复合材料学报

作者：乔伟静, 田艳红, 张学军,

关键词：碳纤维, 有机电解液, 循环伏安, 表面处理, 氮化机制,

高温石墨化使高强高模碳纤维(CF)表面光滑，反应活性低，导致其复合材料界面粘接性能差。杂原子改性是改善CF表面反应活性的有效手段之一。采用循环伏安(CV)方法在有机复合电解液中对高强高模CF进行了表面氧化和氮化改性，采用CV优选的复合电解液进行恒流电化学氧化处理，研究了CV扫描次数和电解液中含氮有机物对CF表面化学组成的影响。电化学处理前后CF表面化学元素组成和微观形态变化通过XPS、SEM及拉曼光谱表征。基于实验数据探讨了CF表面含氮官能团的生成及转变机制。研究结果显示，有机溶剂、有机氮源和含硫铵盐的协同作用使CF表面N含量从0.28at%增至4.77at%。适量的水存在，可以使CF表面O含量显著提高。CF表面的含氧官能团可以与CO(NH₂)₂中的—NH₂及电解液中的NH₄⁺反应形成酰胺基团，随着反应时间延长，CF表面的酰胺N会先转变成氧化氮，随后转变成吡啶和吡咯N，并最终转换成石墨N。恒流电化学处理后CF/环氧树脂复合材料的层间剪切强度(ILSS)较未处理的提高了132%，同时CF拉伸强度略有提高，表明有机复合电解液是一种温和、有效的CF表面电化学处理液。

来源：2023年第3期

《复合材料学报》期刊编辑部

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