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      常壓氬氣等離子體處理改善碳纖維表面親水性

      碳纖維作為一種重要的纖維材料,以其高比 強度、高比模量、耐高溫耐腐蝕等優異性能, 廣泛應用于航空航天、武器裝備等國防軍工領域以及交通運輸、生物醫療等高技術工業領域。 然而,由于碳纖維是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆徹而成的微晶石墨材料,其表面為非極性的高度結晶的石墨片層結構,呈現出較高的化學惰性,從而導致其表界面性能較差, 影響后續復合材料的綜合性能,極大程度地限制了碳纖維在特殊工況下的應用。目前,碳纖維表面改性已成為碳纖維生產制備過程中不可缺少的重要工序。日本東麗公司、日本三菱麗陽公司、德國西格里公司等碳纖維生產企業已經將表面改性效果作為評價碳纖維質量的一個關鍵因素。因此,對碳纖維進行表面改性處理,從而改善其表界面性能,這對于碳纖維的生產和應用至關重要。

      多年來,國內外學者和工業界對碳纖維表面 改性開展了大量研究工作。其中,主要的研究重 點是從提高碳纖維表面粗糙程度和增加表面化學官能團的角度,來改善纖維表界面性能。常見的碳纖維表面改性方法主要包括表面氧化處理、表 面涂層處理、高能射線輻照、超臨界流體表面接 枝和等離子體表面改性等。其中,由于電化學氧化法具有生產連續、處理條件易控等特點,已在工業領域中得到實際應用。但其仍需要使用大量的化學試劑、消耗大量的能源并產生大量的廢水廢液,且對于高模量碳纖維,由于氧化困難,需延長處理時間。相比而言,等離子體表面改性技術具有清潔環保、省時高效等優點,是目前最具工程化應用前景的一種方法。其作用原理主要包含兩方面:一方面通過活性粒子使纖維表面形成自由基和極性基團,增強表面自由能和浸潤性;另一方面通過刻蝕作用,增加纖維比表面積和表面粗糙度,并清除纖維表面污染物。

      采用常壓氬氣等離子體對水溶液中的碳纖維進行表面改性處理,利用等離子體中活性粒子與水分子的相互作用,在去除碳纖維表面漿料的同時,實現碳纖維的親水功能化改性。

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