碳纖維增強樹脂基復合材料的比強度高、比模量大、尺寸穩定性好、耐腐蝕和耐疲勞，廣泛應用在航空航天、武器裝備、海洋艦船、體育器材制造等領域[1,2]
但是，碳纖維與樹脂基體復合時，界面相的穩定性需要特別關注
其原因是，性能優良的界面可使增強纖維與樹脂基體緊密結合，在連續相和分散相之間通過界面層傳遞應力
而碳纖維光滑的表面和較強的化學惰性，使其與基體樹脂間的浸漬和潤濕效果不理想，導致復合材料的界面薄弱
在加載條件下不穩定的界面容易產生初始損傷，嚴重降低結構的整體性能
為了消除碳纖維的表面惰性和提高基體對纖維潤濕，可進行基于化學和物理方法的改性，包括氧化氟化[3,4]、電泳沉積[5]、高能粒子轟擊[6~8]、偶聯及硅烷表面化處理等[9,10]
這些基于纖維表面修飾的改性方法在增強復合材料界面性能方面取得了很大進展，但是改性效果需要進一步提高
例如，在基于等離子體技術的改性應用方面，須考慮進一步抑制改性的時效性和實現穩定的工業化制造等[11,12]
碳纖維的直徑只有5~10 μm，而一根纖維束包含成千上萬根單絲，這導致表面等離子體改性效果產生不均勻性
為了揭示改性后碳纖維增強樹脂基復合材料界面性能的離散程度，本文用等離子體表面改性和等離子體接枝改性碳纖維/環氧樹脂基復合材料，研究其對界面不均勻性的影響
1 實驗方法1.1 實驗用材料
復合材料增強相和基體相分別為聚丙烯腈基碳纖維(GQ3522，直徑6.9 μm，3 K)和環氧樹脂(E51 618，環氧當量188~196)
在碳纖維表面用作接枝劑的環氧樹脂與復合材料的基體相同
固化劑是4, 4'-二氨基二苯甲烷(DDM，活潑氫當量49.6)和異佛爾酮二胺(IPDA，活潑氫當量42.6)
按照質量比E51∶DDM∶IPDA=12∶2∶1(也即環氧基團與活潑氫原子摩爾比為1∶0.64∶0.37)制備復合材料基體樹脂的固化體系，其室溫下凝膠時間約為5 h
其它試劑是丙酮和蒸餾水
1.2 碳纖維改性及其復合材料的制備
先用丙酮清洗去除碳纖維表面的污染物，再用蒸餾水清洗并烘干
進行等離子體接枝改性前進一步采用濃度為1%~10%的環氧樹脂/丙酮溶液浸漬碳纖維，然后在60℃/2 h干燥以去除丙酮溶劑
對經過環氧樹脂/丙酮溶液浸漬的碳纖維實施低溫等離子體處理，即進行等離子體接枝改性；同時，對沒有經過表面浸漬的碳纖維進行等
聲明：
“碳纖維/環氧復合材料界面改性的不均勻性” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：王乾,蒲磊,賈彩霞,李志歆,李俊
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2025年07月09日 ~ 11日 
