碳纤维涂层改性技术及研究进展

第第页碳纤维涂层改性技术及研究进展碳纤维（CF）作为一种新型的复合加强料子，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与基体加强界面。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，可以掩盖多种料子，如金属盐、金属合金、碳纳米料子等。涂层后，CFs的表面具有不同的性能。CF复合料子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料子沉积在CF表面，从而起到包覆CF的功能。包含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，所以需要电场辅佑襄助，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，可以大掩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，加添了CF表面的晶粒尺寸，有效地抑制了内部裂纹扩展，使改性CF复合料子能吸取更多能量，通过掌控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（超出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加强。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）对碳纤维加强乙烯基酯（CVE）复合料子进行了改性。结果显示，CNT和FCNT改性的复合料子的最佳弯曲强度比纯CVE复合料子高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。通过变化单体的结构、聚合时间、电压、引发剂的浓度以及CFs与电极之间的距离，可以掌控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料子进行电聚合。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心桥梁。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自身的力学性能，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，加强复合料子的力学性能。另外，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）多尺度加强体，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。合成了施胶剂的紧要成