HTA碳纤维表面氧化的研究

王景昌，刘春明，董 旭

（大连大学 环境与化学工程学院，辽宁 大连 116622）

碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。它已经成为当代高性能复合材料的主要强化材料[1]。碳纤维增强复合材料具有很好的力学性能、耐磨性和自润滑性能。但是，碳纤维表面由于碳碳之间以非极性共价键相连接，碳纤维晶界间呈平行的石墨微晶的乱层结构[2]，导致碳纤维比表面很小、表面呈化学惰性和憎液性，几乎不含有活性官能团，很难被树脂浸润，这些都导致了碳纤维复合材料力学性能的下降，因此碳纤维的表面处理是非常必要的。目前，不同的表面改性路线已有文献报道，其中包括液相氧化，等离子体改性、涂层处理、化学处理技术、电化学技术[3]等。

以HTA型碳纤维为研究对象，通过SEM、FTIR研究了硝酸氧化对碳纤维表面改性的影响，讨论了氧化过程中碳纤维表面结构和含氧基团随氧化条件变化的规律。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

碳纤维采用日本东邦公司生产的 HTAW12K碳纤维原丝（未上胶），单丝直径7.0 μm，抗拉强度 3.0～3.6 GPa，抗伸模量 220～240 GPa，含碳量≥95%，伸长率1.5%，密度1.76 g/cm3，体积电阻率 1.5×10-3Ωcm。

65%的浓硝酸(北京化工厂)，0.101 1 mol/LHCl标准溶液，0.182 0 mol/LNaOH标准溶液，其它试剂均为分析纯。

日立的 TM-1000扫描电子显微镜，尼高丽550型傅立叶红外光谱仪，IKA ETS-D4磁力搅拌加热器，SHZ-82数显恒温水浴振荡器，DZF-6020型真空干燥箱（上海精宏）。

1.2 实验步骤

碳纤维的清洗：用乙醇和蒸馏水依次洗涤碳纤维各3次，于真空干燥箱中80℃烘干12 h备用。

碳纤维的氧化：在装有冷凝回流管的烧瓶中，加入65%的浓硝酸，恒温加热氧化碳纤维，氧化过程中忽略硝酸浓度的变化。……