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碳纤维表面改性研究进展殷永霞沃西源(北京空间机电研究所,北京 100076 ) 摘要文章阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中界面的粘接机理,介绍了碳纤维的表面结构与性能,重点综述了常用的碳纤维表面处理方法。关键词碳纤维复合材料界面表面处理中图分类号: V25文献标识码: A 文章编号:1009-8518 (2004 )01-0051-04 ReviewofCarbonFiber’ sSurfaceModification YinyYongxia WoXiyuan (BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100076 ) Abstract Inthispaper,theadhesionmechanismsoftheinterfaceinCFRPareanalyzed;Thesurfacestructure andperformanceofcarbonfiberisintroduced;monlyusedsurfacetreatmentmethodsofcarbonfiberaresum2 marized1 KeyWords positeinterface Surfacetreatment 收稿日期:2003-12-10 1 前言碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP )由于具有密度小、比强度高、比模量高、热膨胀系数小等一系列优异特性,在航天器结构上已得到广泛的应用。其中碳纤维是增强体,为主要的承力结构,树脂基体起连接纤维和传递载荷的作用,可以传递和承受剪切应力,承受垂直于纤维的拉伸和压缩载荷,并保护纤维不受损伤和腐蚀。复合材料的性能不仅取决于其组分材料,同时也很大程度上取决于各组分间界面的质量,复合材料的界面是增强相和基体相的中间相,是增强相和基体相连接的桥梁,也是应力及其他信息的传递者,良好的界面结合能有效地传递载荷,提高复合材料的力学性能。因此如何提高复合材料各组份间结合性,充分利用界面效应的优越性能,一直是复合材料领域重点研究课题之一。纤维和基体复合过程的本质就是将纤维单位体积内数千平方厘米的表面形成为完全润湿而能传递应力的界面。界面的作用首先是将施加于复合材料的外力,经由基体通过界面传递到增强体,这需要适当的粘结强度,因此界面形成的条件,首先需要两相接触和表面润湿,在这一过程中基体组分间会产生化学反应,纤维与基体间产生化学、物理和力学的作用,而后通过分子间形成化学键的化学作用和摩擦粘附等机械作用,使界面固定下来。在碳纤维复合材料中,由于碳纤维直径很小,界面面积占有很大比例,每 100cm 3的碳纤维体积中,界面面积约为 89m 2, 可见界面起着重要的作用。但是由于碳纤维表面惰性大、表面能低,缺乏有化学活性的官能团,反应活性低,与基体的粘结性差,界面中存在较多的缺第 25卷第 1期 2004年 3月航天返回与遥感 SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING 51 ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ,直接影响了复合材料的力学性能,限制了碳纤维高性能的发挥。为了改善界面性能,充分利用界面效应的有利因素,可以通过对碳纤维进行表面改