硫酸环境下电流强度对碳纤维表面电化学活化的影响

作     者：马崇攀 张洋 张恒 高爱君 王宇 MA Chongpan;ZHANG Yang;ZHANG Heng;GAO Aijun;WANG Yu

作者机构：北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年第41卷第4期

页      面：1788-1797页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主　　题：碳纤维 电化学活化 表面结构 稀硫酸 活性氧[O] 

摘      要：碳纤维的碳含量在90%以上,表面惰性强,表面活化处理是其制备过程中的重要工艺。研究采用XPS、Raman、动态接触角、单丝拉伸和界面剪切强度等测试方法,借助非接触式阳极氧化装置,明确了稀H2SO4作为电解液时电流强度对电化学活化碳纤维表面结构和性能的影响。结果表明:活性氧[O]进攻碳纤维表面使其含氧活性官能团含量增加,在本研究范围内电流越大活化效果越显著;处于阳极附近的碳纤维,受静电与扩散作用影响,SO_(4)^(2−)和S_(2)O_(8)^(2−)进入碳结构内部间隙,碳纤维表面S/C升高,直径增大。在SO_(4)^(2−)刻蚀作用下,碳纤维表面无序碳结构脱落而缺陷减少,石墨化程度降低;SO_(4)^(2−)和S_(2)O_(8)^(2−)插层进入碳结构内部,通过静电作用形成缔合结构,在刻蚀和插层的共同作用下,碳纤维的单丝拉伸强度提升,最高提高了16.77%。0.5 A电流处理后,碳纤维表面粗糙度提升,表面可与环氧树脂基体反应的羟基、羧基官能团含量最高,碳纤维表面极性最强,与去离子水的动态接触角由未处理时的89.9°降低到50.6°,相应的复合材料界面剪切强度提高了47.70%。