高强高模碳纤维表面电化学氮化机制

摘要：

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.

关键词：碳纤维、有机电解液、循环伏安、表面处理、氮化机制

所属期刊栏目：40

分类号：TB332(工程材料学)

在线出版日期：2023-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1446-1454