尼龍用碳纖維表面改性方法詳談
尼龍用碳纖維表面改性方法詳談：
一、濕法改性
1.上漿處理
上漿處理可以在纖維表面引入大量活性官能團，提高CF的表面活性，產生的官能團會進一步與基體發生化學反應，進而使纖維與樹脂基體結合得更加緊密。該方法不會使纖維表面產生缺陷，同時不會影響其拉伸強度。上漿劑的選擇很重要，其與CF的相容性直接決定了CF與基體界面的粘結性，故CF上漿是一個十分復雜的過程。當上漿劑擴散到聚合物基體中會對復合材料的界面強度產生影響，界面強度增強還是降低取決于它們之間的相容性。若上漿劑中的官能團對CF具有優先選擇性，則不利于纖維在基體中的均勻分散，導致纖維與基體之間形成薄弱界面。
2.液相氧化法
液相氧化法是通過將CF置于強酸（如濃硝酸）溶液，使得纖維表面發生氧化生成—COOH和—OH等基團，提高了CF的表面活性。同時強酸會腐蝕CF表面，使其表面的粗糙度增加，甚至會在其表面形成蝕孔，增加CF與PA基體間的機械嵌鎖力。CF在強酸氧化過程中表面粗糙度有所增加，同時會在其表面形成坑槽和微裂縫等缺陷，但這會導致單根CF的強度降低。除濃硝酸氧化外，也可以采用甲酸對CF表面進行氧化處理。
3.陽極電解氧化法
電化學改性是另一種重要的CF表面改性方法。在陽極電解氧化法中，CF作為陽極，而陰極通常為石墨。通過電解使得CF表面發生氧化反應，生成含氧官能團，提高了CF的表面能和粗糙度。但陽極氧化法在提高CF與PA界面結合的同時，也會對單根CF的強度造成損害。
二、納米材料多尺度改性
納米材料改性纖維表面主要有兩種方法。一種方法是通過簡單的浸涂方法，將纖維浸入含有納米材料的懸浮液中；另一種方法是通過沉積技術，如化學氣相沉積(CVD ) 和注入化學氣相沉積(ICVD) 將這些納米材料直接接枝到纖維表面。這兩種技術都有其優點和局限性，例如后者可以提高纖維／基體界面粘結強度，但卻會使單纖維強度降低。而采用浸涂法在CF表面引入納米材料，可增加CF表面粗糙度，同時改變纖維表面活性，進而增強CF與PA界面間的化學鍵合力。
三、干法改性
1.輻照處理法
輻照處理作為聚合物改性的一種高新技術，具有環保、節能、高效和工藝簡單等優點。此技術可以有效增強CF與PA基體的界面粘合力，又不會對CF本身強度造成損失。輻照光源有X射線、γ射線、電子束、微波和紫外光。其中γ射線最常用來對CF表面進行改性，經γ射線輻照的CF表面較未改性CF變得更加粗糙，使得CF與PA基體之間的機械嵌鎖力增加。
與其它表面處理方法相比，輻照處理具有明顯的優勢。該方法高效節能、操作簡單，不會在CF 表面引進其它雜質，最重要的是適當的輻照處理不會破壞纖維本身的內部結構和力學特性。但是，輻照處理還存在其它不足的地方，如設備比較昂貴；對CF的改性的機理還不能完全掌握，改性結果存在不確定性。
2.氣相氧化法
氣相氧化法是直接將碳纖維（CF）置于氧化性氣體中進行表面氧化處理的一種方法。氣相氧化法操作簡單、經濟實用，對纖維改性效果較好。此方法主要是通過對CF表面進行氧化，使CF表面變得更加粗糙，提高CF與尼龍（PA）樹脂基體間的機械嵌鎖力。同時引入活性官能團增加CF表面能，增加與PA基體間化學鍵合力。另外，經氧化處理改性的CF表面易生成羧基(—COOH) 和羥基(—OH) 官能團，其易與PA基體中的酰胺鍵發生化學反應，在CF與樹脂基體之間形成化學鍵，使CF 與PA 樹脂基體間的相互作用力增強。除了空氣外，臭氧(O3) 也可以作為氧化劑對CF表面進行氧化，用O3對PA6／CF復合材料進行氧化可以引入—COOH，纖維與基體界面粘結力增強。
3.等離子體氧化法
等離子體氧化法是一種重要的CF改性方法。CF經等離子體處理后在其表面生成了含氧官能團如—OH、醚基和羰基等活性官能團。目前最常用的是利用低溫等離子體對CF表面進行改性。如利用空氣等離子體對CF表面進行改性，可使CF表面生成大量含氧極性官能團，提高了CF與PA基體潤濕性和相互作用力，同時此改性方法不會對CF自身強度產生不利影響。
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