编号：FTJS10453
篇名：铵盐电解质溶液中高模碳纤维的电化学氧化机制
作者：宫浩婷 钱鑫 郭梅 李春洁 张永刚
关键词： 高模碳纤维 电化学氧化 铵盐电解质溶液 碳纤维复合材料 界面结合
机构： 宁波大学材料科学与化学工程学院 中国科学院宁波材料技术与工程研究所碳纤维制备技术国家工程实验室
摘要： 聚丙烯腈基高模碳纤维(HMCFs)具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数等优异性能,在航空航天、高端运动器材等领域应用广泛,但因其表面呈现极高惰性而难以与树脂基体有效结合,直接影响了复合材料性能。目前,电化学氧化是唯一实现在线配套的碳纤维表面改性工艺,而有关高模碳纤维表面的电化学氧化研究尤其是电解质溶液对HMCF表面的氧化机制尚缺乏系统研究。通过采用具有4种不同酸碱性特征的铵盐溶液对HMCF进行电化学氧化处理,表征并分析了处理前后纤维表面结构、力学性能及复合材料界面性能变化。结果表明:碳纤维经铵类电解质溶液处理后,表面发生氧化的同时引入N元素、产生含氮官能团,纤维表面无序化程度及含氧量随电解质溶液酸碱性的增强而增加;电化学处理后纤维模量都有不同程度地提高,而只有弱碱性的NH4HCO3和酸性的NH4H2PO4电解质溶液处理后的纤维拉伸强度出现增加,分别从处理前的4.21 GPa提升到4.82 GPa和4.75 GPa,并且其复合材料界面剪切强度相对于从未处理碳纤维的复合材料分别提高了49.86%和49.02%,证明电化学氧化过程中适度的氧化刻蚀能够在纤维表面改性的同时提高纤维拉伸强度。
