(1)化學(xué)氧化

對(duì)非極性材料，化學(xué)氧化是一種有效的處理方法，主要目的是使材料表面產(chǎn)生相當(dāng)大量的含氧基團(tuán)。處理的主要程序是將待處理材料浸人濃硝酸或硫酸、次氯酸鈉、高錳酸鉀、重鉻酸鹽或過氧化氫等氧化劑溶液中。

對(duì)碳材料，硝酸氧化是最廣泛使用的增強(qiáng)活性的濕態(tài)氧化處理方法。例如在沸騰的硝酸中處理的碳材料將引起酸性表面基團(tuán)(如羰基和羧基)的大量增加。

(2)電化學(xué)氧化

上述浸人法處理常常引起原材料結(jié)構(gòu)的變化，甚至導(dǎo)致基本性質(zhì)的改變。溫和的電氧化處理能在增強(qiáng)體表面建立氧功能基團(tuán)，同時(shí)克服了浸入法的缺點(diǎn)。這種方法比起傳統(tǒng)的化學(xué)氧化法有下列明顯的優(yōu)點(diǎn):

1. 由直流電源提供的電子是唯一的反應(yīng)劑;

2. 反應(yīng)條件能準(zhǔn)確地重現(xiàn);反應(yīng)化學(xué)計(jì)量能用功率供應(yīng)調(diào)節(jié);

3. 盡管表面活性有顯著增強(qiáng)，增強(qiáng)體(如碳纖維)的力學(xué)性能和表面積保持不變。

陽(yáng)極氧化主要用于碳纖維。不同電解質(zhì)處理后的碳纖維表面有不同的化學(xué)組成。例如，用NH4HCO3作電解質(zhì)，碳纖維表面將引人能增加界面化學(xué)鍵的含氮基團(tuán)，并減弱表面的氧化程度。

(3)偶聯(lián)劑改性

偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維表面的改性效果顯著，已經(jīng)在工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)中使用。偶聯(lián)劑可用水或有機(jī)溶劑溶解后涂覆在纖維表面。通常，化學(xué)鍵理論被用于解釋硅烷偶聯(lián)劑與增強(qiáng)體玻璃纖維和基體樹脂之間的反應(yīng)，雙官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑分子通過硅氧鍵與纖維表面形成化學(xué)鍵連接，而其有機(jī)官能團(tuán)部分則與樹脂基團(tuán)相連接。

(4)等離子體處理

等離子體處理是增強(qiáng)體表面改性很普遍使用的方法，適用于各種增強(qiáng)體材料。它能使增強(qiáng)體表面產(chǎn)生自由基、離子和亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，引起燒蝕、交聯(lián)和氧化反應(yīng)。等離子體處理的表面改性效果顯著。例如，氧等離子體處理可使碳纖維表面生成-COOH、C-OH等官能團(tuán)，同時(shí)改善了碳纖維的潤(rùn)濕性，表面粗糙度也有明顯增大。對(duì)有機(jī)纖維的處理也有類似的結(jié)果。例如 PBO纖維經(jīng)氧等離子體處理15min后，表面總自由能由47.6mJ/m2增大到64.4mJ/m2。芳綸纖維在常壓下的等離子體處理后，表面粗糙度發(fā)生明顯變化，O/C質(zhì)量比從處理前的15.99%增大到處理后的27.15%。這種方法有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn):反應(yīng)深度易于控制，反應(yīng)一般僅發(fā)生在材料表面，因而不影響材料的整體性質(zhì);可使用多種環(huán)境氣氛，例如氧化、還原或惰性氣體環(huán)境。此外，所使用的技術(shù)操作簡(jiǎn)便，效率較高。

設(shè)備推薦

(5)臭氧處理

非極性碳材料可以通過在空氣或氧(O2)或臭氧(O3)中熱處理的氧化反應(yīng)獲得適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。在各種氧源中，臭氧是最常使用的一種。臭氧處理用于在碳材料表面引人氧官能團(tuán)。

(6)高能射線輻照處理

使用高能射線輻照處理改善增強(qiáng)體表面性質(zhì)有如下優(yōu)點(diǎn):可在包括室溫在內(nèi)的任意溫度下實(shí)施;射線穿透力強(qiáng)，作用比較均勻，除表面外還能改善材料本體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì);處理工藝簡(jiǎn)單，操作方便，便于連續(xù)化批量生產(chǎn);無(wú)環(huán)境污染。

雙馬樹脂作為先進(jìn)復(fù)合材料基體，具有耐高溫、耐濕熱等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是存在預(yù)聚體黏度大、單體溶解性差、對(duì)增強(qiáng)體浸潤(rùn)差和加工成本高等不足。

因此，研究雙馬樹脂基復(fù)合材料界面調(diào)控對(duì)于其復(fù)合材料應(yīng)用而言至關(guān)重要。

為了更好的了解高性能纖維表面改性及其雙馬樹脂基復(fù)合材料界面調(diào)控，2022復(fù)合材料界面論壇邀請(qǐng)大連理工大學(xué)陳平教授作為論文特邀嘉賓，分享《高性能纖維表面改性及其雙馬樹脂基復(fù)合材料界面調(diào)控》主題報(bào)告。

報(bào)告主要內(nèi)容

采用電感耦合射頻等離子體(ICP)和介質(zhì)阻擋放電(DBD)低溫等離子體對(duì)高性能連續(xù)纖維表面進(jìn)行改性，分別采用X光電子能譜(XPS)、原子力顯微鏡(AFM)和動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)定儀(DCA)等分析測(cè)試手段系統(tǒng)地研究了等離子體處理時(shí)間、放電功率、放電氣壓等對(duì)連續(xù)碳纖維、聚苯并二噁唑(PBO)纖維改性處理前后,纖維表面狀態(tài)、表面組成、表面形貌、浸潤(rùn)性能的變化規(guī)律以及經(jīng)等離子體處理前后纖維增強(qiáng)雙馬樹脂基復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能的影響關(guān)系及變化規(guī)律、復(fù)合材料界面粘結(jié)和破壞機(jī)理。研究結(jié)果表明，經(jīng)過等離子體處理后，纖維表面接枝上了大量的含羧基、羥基等極性官能團(tuán)，表面粗糙度增加，表面自由能增加，纖維浸潤(rùn)性能得到明顯改善，導(dǎo)致纖維與雙馬樹脂基體界面層間剪切強(qiáng)度(ILSS)明顯提高，復(fù)合材料的破壞模式由未處理的界面脫粘破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體處理后的樹脂基體破壞。最后，對(duì)纖維表面時(shí)效性及其對(duì)纖維增強(qiáng)雙馬樹脂基復(fù)合材料界面性能的影響關(guān)系也進(jìn)行了論述。

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