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碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域。碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)性能在很大程度上取決于碳纖維與基體之間的界面性能，而碳纖維表面光滑、惰性大、具有化學(xué)活性的官能團(tuán)少，導(dǎo)致碳纖維與基體樹脂之間的界面黏結(jié)性較弱，界面相往往成為復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)。碳纖維復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)與界面性能密切相關(guān)。碳纖維的表面極性歸根到底在于碳纖維的表面形貌和化學(xué)官能團(tuán)的種類，碳纖維表面無論是活性基團(tuán)的增加還是粗糙度的增加都有利于碳纖維表面能的增加。碳纖維表面物理性能主要包括表面形貌、表面溝槽大小及分布、表面粗糙度、表面自由能等。從表面形態(tài)上看，碳纖維的表面有很多孔隙、凹槽、雜質(zhì)及結(jié)晶，這些對(duì)復(fù)合材料的黏結(jié)性能有很大影響。碳纖維表面的化學(xué)反應(yīng)活性與其活性基團(tuán)的濃度密切相關(guān)，而這些活性基團(tuán)主要為羥基、羧基和環(huán)氧基團(tuán)等含氧官能團(tuán)。碳纖維表面的官能基團(tuán)數(shù)量取決于表面電化學(xué)處理方法和纖維碳化的程度或溫度，比如酸處理會(huì)賦予纖維與堿處理不同的官能基，而對(duì)于相同處理?xiàng)l件，碳化溫度越高，官能基越少。低模量碳纖維因其較低碳化程度一般有較多的官能基，在制備環(huán)氧基復(fù)合材料時(shí)會(huì)與環(huán)氧基團(tuán)有-定的反應(yīng)，而高模量碳纖維體系這種反應(yīng)可以忽略,纖維和樹脂間主要是弱相互作用。眾多研究表明，通過碳纖維表面改性調(diào)控復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)能有效改善復(fù)合材料的界面性能，這也是碳纖維復(fù)臺(tái)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
碳纖維的表面處理方法很多(見圖2-21 )，可以分為表面化學(xué)反應(yīng)和涂覆處理。表面化學(xué)反應(yīng)又分為氧化處理和非氧化處理。氧化處理又分為低溫或高溫氣相氧化、用化學(xué)或電化學(xué)方法進(jìn)行的液相氧化和陽極氧化法。非氧化處理是在碳纖維表面沉積更活潑的碳和其他物質(zhì)，如晶須法、聚合物接枝法等。