編號(hào)：FTJS10453
篇名：銨鹽電解質(zhì)溶液中高模碳纖維的電化學(xué)氧化機(jī)制
作者：宮浩婷 錢鑫 郭梅 李春潔 張永剛
關(guān)鍵詞： 高模碳纖維 電化學(xué)氧化 銨鹽電解質(zhì)溶液 碳纖維復(fù)合材料 界面結(jié)合
機(jī)構(gòu)： 寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所碳纖維制備技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室
摘要： 聚丙烯腈基高模碳纖維(HMCFs)具有高比強(qiáng)度、高比模量、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能,在航空航天、高端運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但因其表面呈現(xiàn)極高惰性而難以與樹脂基體有效結(jié)合,直接影響了復(fù)合材料性能。目前,電化學(xué)氧化是唯一實(shí)現(xiàn)在線配套的碳纖維表面改性工藝,而有關(guān)高模碳纖維表面的電化學(xué)氧化研究尤其是電解質(zhì)溶液對(duì)HMCF表面的氧化機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究。通過采用具有4種不同酸堿性特征的銨鹽溶液對(duì)HMCF進(jìn)行電化學(xué)氧化處理,表征并分析了處理前后纖維表面結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及復(fù)合材料界面性能變化。結(jié)果表明:碳纖維經(jīng)銨類電解質(zhì)溶液處理后,表面發(fā)生氧化的同時(shí)引入N元素、產(chǎn)生含氮官能團(tuán),纖維表面無序化程度及含氧量隨電解質(zhì)溶液酸堿性的增強(qiáng)而增加;電化學(xué)處理后纖維模量都有不同程度地提高,而只有弱堿性的NH4HCO3和酸性的NH4H2PO4電解質(zhì)溶液處理后的纖維拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)增加,分別從處理前的4.21 GPa提升到4.82 GPa和4.75 GPa,并且其復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度相對(duì)于從未處理碳纖維的復(fù)合材料分別提高了49.86%和49.02%,證明電化學(xué)氧化過程中適度的氧化刻蝕能夠在纖維表面改性的同時(shí)提高纖維拉伸強(qiáng)度。
