电化学表面处理对碳纤维结构及性能的影响

刘杰¹，白艳霞¹，田宇黎¹，黄翔宇²，王春华¹，梁节英¹

1. 北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室2. 上海石油化工股份有限公司

摘 要：采用新型电化学表面处理设备,以10%(质量分数)NH4HCO3溶液为电解质,对12KPAN基碳纤维进行连续化的表面处理,探索了在提高碳纤维/树脂复合材料层间剪切强度的同时降低碳纤维本征拉伸强度损失的结构变化特征及规律。利用SEM、XRD、XPS、Raman等方法研究了改性前后碳纤维表面的物理和化学状态、晶体尺寸和表面有序度。结果显示,在适当的条件下,碳纤维/树脂复合材料的层间剪切强度提高了23.3%,同时碳纤维的拉伸强度仅损失了4.4%。碳纤维/树脂复合材料层间剪切强度的提高是碳纤维表面粗糙度和表面含氧、含氮官能团共同作用的结果。表面处理后碳纤维石墨网片层尺寸减小了6.3%～27.6%,微晶尺寸相应减小;适度的氧化刻蚀使碳纤维表面有序度略有提高,并且产生新的活性点;以上两种作用减小了碳纤维的本征拉伸强度的损失量。

关键词：PAN基碳纤维;电化学氧化法;拉伸强度;层间剪切强度;力学性能;表面官能团;