「技术」碳纤维涂层改性技术及研究进展
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碳纤维（CF）作为一种新型的复合增强材料，现在已经广泛应用于各种行业，因此备受关注。但CF表面比较光滑且无活性基团，纤维表面呈现化学惰性，所以纤维的亲水性、与基体粘附性比较差，易脱落。因此，需要改善CF与基体增强界面。 碳纤维涂层改性通过喷涂、物理或化学沉积、聚合物、溶胶－凝胶法和涂层工艺，可以覆盖多种材料，如金属盐、金属合金、碳纳米材料等。涂层后，CFs的表面具有不同的性能。CF复合材料的界面力也可以得到提高。 1、沉积法 沉积法是将性能较好的材料沉积在CF表面，从而起到包覆CF的功能。包括有气相沉积和液相沉积两种。由于碳纤维表面光滑、粘附性差，常规的液相沉积难以进行，所以需要电场辅助，常用的液相沉积法有两种：电化学沉积（ECD）法和电泳沉积（EPD）法，其中电泳沉积具有简单、高效、可控、沉积均匀等优点，可以大覆盖率和均匀涂覆任何导电纳米填料。 Kyoung等采用CVD方法在CF表面沉积和生长碳纳米管，增加了CF表面的晶粒尺寸，有效地抑制了内部裂纹扩展，使改性CF复合材料能吸收更多能量，通过控制催化剂的薄涂层并确保适当的CVD条件，实现了CF的拉伸强度的提高（超过14%）。 Hu等通过简单的浸涂法，在预涂偶联剂后，在碳纤维表面沉积了多壁碳纳米管（MWCNTs）和一种偶联剂，改善了碳纤维/树脂的界面性能。当CF装载偶联剂和多WCNT时，纤维与基体之间的界面剪切强度显著增强。 Yadav等使用原位聚合和电泳沉积（EPD）技术，用原始和功能化的碳纳米管（CNT/FCNTs）对碳纤维增强乙烯基酯（CVE）复合材料进行了改性。结果显示，CNT和FCNT改性的复合材料的最佳弯曲强度比纯CVE复合材料高6.2%和9.9%。 2、电化学涂层法 电化学涂层法已被用于CF的表面改性。不同的单体，如丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯等，已被报道在CFs上电聚合。电化学涂层具有操作方便，聚合物层厚度可控，聚合物层与CFs之间具有良好的粘附性等优点。 Zhao等设计了一种连续电聚合设备，其表面用环氧树脂或乙烯醚进行修饰，由光引发UVI-6974引发。通过改变单体的结构、聚合时间、电压、引发剂的浓度以及CFs与电极之间的距离，可以控制CFs上聚合物层的性能和厚度。 HUNER等在CF表面用环氧树脂导电聚合物基复合材料进行电聚合。用聚3,4－亚乙基二氧噻吩（PEDOT）和环氧树脂对表面进行了电化学功能化，它们的电化学性能与商用CFs进行比较。电化学涂层的CFs具有更高的电容性能和表面粗糙度。 3、聚合物涂层 越来越多的研究集中在具有较高粘度和活性基团的分子或聚合物上，它们可以作为与基质进一步相互作用的中间桥梁。聚合物涂层法是利用原位聚合或直接均匀涂覆，通过氢键或Π健作用形成致密的涂层。这种表面处理方式不会损伤碳纤维本身的力学性能，其界面改性效果也比较好。 Yang等使用聚多巴胺作为高效而坚固的“平台”，将聚氨基结构接枝到纤维表面。富含氨基的八铵POSS和聚酰胺（PAMAM）骨架分别与强粘附PDA网络锁定在一起，同时整个分层骨架锚定在纤维表面。引入的氨基可以与树脂的环氧基团产生优异的化学键，增强复合材料的力学性能。此外，纤维的拉伸强度没有下降。 Li等采用碳纳米管（CNTs）气相分散快速喷涂CF表面的物理改性方法，以加强CF与基体之间的界面结合。结果表明，CF复合纤维的层间剪切强度、拉伸强度和压缩强度分别提高了12.07%、8.73%和13.83%。 Xiong等采用一步浸渍法制备了一种碳纤维/碳纳米管（CF/CNTs）多尺度增强体，其中硅烷偶联剂作为CF与CNTs之间的桥梁，结果表明CNTs被均匀地包覆在CF表面，改性CF的表面化学活性、润湿性和单纤维拉伸强度都得到了明显改善。 Jiao等制备了一种新型的不饱和施胶剂，通过将CF与VE（乙烯酯树脂）基体共价键合来提高界面强度。合成了施胶剂的主要成分N-（404-二氨基二苯基甲烷）-2-甲基丙烯酸羟丙酯（DMHM），DMHM粘附在细纤维表面，并与纤维表面的一些活性官能团发生反应。改性后具有较高的表面粗糙度和表面能。 资料来源：《陈思魁,郭荣辉.碳纤维表面改性的研究进展[J].纺织科学与工程学报,2023,40(03):94-100+112》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
