PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究

袁 华， 王成国， 卢文博， 张 珊， 陈 旸， 于美杰

（1.山东大学材料科学与工程学院材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，济南250061;2.山东大学材料科学与工程学院 碳纤维工程技术研究中心，济南 250061）

碳纤维是近代发展起来的一种增强材料，由于具有高比强度、高比模量和耐腐蚀等优良性能，碳纤维及其复合材料已广泛用于航空、航天、体育器械等领域的结构部件上。

碳纤维在先进复合材料中起到增强作用，而基体树脂使其成型为一承载外力的整体，并通过界面传递载荷于增强纤维。界面的面积很大，在碳纤维复合材料中每100cm3的体积中界面面积为89cm2［1］，界面的结构、性质和作用直接影响复合材料的各项力学性能。但是未进行表面处理的碳纤维具有表面光滑、惰性大、表面能低、表面活性差、与树脂及金属的浸润性欠佳［2，3］等缺点，限制了纤维高性能的发挥，并且碳纤维作为增强相必须通过纤维-基体界面才能实现增韧和补强的双重功效［4］，因此使用时需要对碳纤维表面进行改性［5～9］。

碳纤维织物常用于制备高性能复合材料，由于碳纤维布的二维特点，因此对其表面改性方法要求简单可控。液相氧化法是采用液相介质对碳纤维表面进行氧化的方法，方法较温和，不会导致纤维产生过多的起坑和裂解［6］。

一般认为，氧化处理可以使纤维表面的物理化学性质有所改变，增加纤维的表面积、表面粗糙度、表面裂纹和凹坑数目，纤维表面粗糙度的增加有利于提高锚固效应［5］，可以改善纤维与极性树脂的浸润性，并提高黏结强度。……