碳纤维表面研究及表面处理

碳纤维叶片是风力发电机中的重要组成部分，其制造工艺直接影响着风力发电机的性能和效率。

下面将介绍碳纤维叶片的制造工艺，包括材料准备、叶片设计、模具制造、成型工艺、表面处理等方面的内容。

1. 材料准备碳纤维叶片的制造材料主要包括碳纤维布、环氧树脂、填料和其他辅助材料。

首先需要对碳纤维布进行预处理，包括裁剪、堆叠、预浸渍等工序，以确保碳纤维布的质量和性能符合要求。

同时，对环氧树脂和填料进行配比和搅拌，以获得适合叶片制造的树脂浆料。

2. 叶片设计叶片设计是制造工艺的关键步骤，需要考虑叶片的结构、强度、气动特性等因素。

通过CAD软件进行叶片设计，并进行结构分析和模拟，以确保叶片在风力作用下具有良好的性能和稳定性。

3. 模具制造制造碳纤维叶片需要采用模具来进行成型，模具的制造质量直接影响着叶片的表面质量和尺寸精度。

通常采用数控加工或复合材料成型技术制造叶片模具，以确保模具的精度和耐用性。

4. 成型工艺碳纤维叶片的成型工艺通常包括手工层叠成型和自动化预浸料成型两种方式。

在手工层叠成型中，操作工人需要按照预定的叶片结构，将预处理好的碳纤维布逐层铺放在模具上，并进行树脂浆料的浸渍和挤压，最终形成叶片的预成型件。

而自动化预浸料成型则采用机器设备将碳纤维布和树脂浆料进行预浸润，并在模具中进行成型，以提高生产效率和产品质量。

5. 热固化与固化经过成型后的叶片预成型件需要进行热固化处理，即将其置于恒温恒湿的条件下进行固化，以使树脂浆料完全固化并获得所需的力学性能。

这一步骤是制造碳纤维叶片中至关重要的环节，直接关系到叶片的使用寿命和性能表现。

6. 表面处理最后，经过热固化处理的叶片需要进行表面处理，包括修整、打磨、涂装等工序，以获得光滑平整的表面和保护涂层，提高叶片的气动性能和抗风蚀能力。

通过以上工艺流程，可以生产出具有优良性能和质量稳定的碳纤维叶片，为风力发电机的可靠运行提供了重要保障。

表面处理对碳纤维及其复合材料性能的影响摘要：碳纤维表面活性官能团较少，难以与极性聚合物相容。

通过碳纤维的表面处理，可以接枝官能团和短支链、长链结构和聚合物等，可以改变碳纤维的比表面积和表面极性，提高其与基体的相容性，并扩展碳纤维的适用范围。

关键词：表面处理；碳纤维；复合材料；性能影响前言碳纤维作为最受关注的高性能纤维之一，其表面改性一直受到人们的广泛关注。

国外尤其是日本、美国等发达国家对于碳纤维的制备、改性已有较深入的研究，并取得了一系列成果。

目前，国内外对于碳纤维表面接枝法的研究较多，且普遍围绕如何提高碳纤维与基体复合材料的界面粘结力展开。

碳纤维与基体复合材料的界面粘结机理十分复杂，目前虽已有一些实验和理论对此进行了说明，但相关研究者尚未达成统一认识，仍需进行大量深入的研究。

利用化学接枝法可以有效增加碳纤维的表面粗糙度，提高碳纤维与基体间的粘结力，保证碳纤维材料高强性能的有效发挥。

1氧化法氧化法根据氧化介质不同分为液相氧化、气相氧化、电化学氧化等。

液相或气相氧化是将碳纤维置于具有氧化性的液体或气体中处理的方法。

采用HNO3氧化处理碳纤维，并将处理结果与其他研究人员的结果做对比，发现不同研究人员的研究结果差异较大。

他们认为硝酸氧化处理，可以消除碳纤维制备过程中表面存留的碎片但是表面刻蚀效果并不明显。

王影[4]将碳纤维置于臭氧气氛中进行处理，结果发现臭氧处理后，碳纤维表面发生一定程度的刻蚀，致使碳纤维表面变粗糙，但是表面的氧元素含量、含氧极性官能团的相对含量都有所增加。

臭氧处理后的碳纤维表面仍为类石墨结构，但表面石墨化程度下降，表面被活化。

2高能辐射处理法高能辐射处理是利用高能射线发出的微粒子或者等离子体轰击纤维的表面，在纤维表面与树脂基体间产生化学键合作用，提高树脂基体对碳纤维的润湿性。

采用电晕放电的方式产生低温等离子体。

通过该途径产生的低温等离子体包括大量活性离子，这些粒子能与碳纤维表面发生相互作用，清洁纤维表面，使碳纤维表面变粗糙，同时产生微观球状结构；根据放电气体的不同，在纤维表面引入不同的化学基团；改变纤维表面的接触角和表面能。

碳纤维后处理工艺流程碳纤维是一种轻、强、高模量的新型纤维材料，具有优异的力学性能和化学稳定性，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、体育器材等领域。

然而，碳纤维作为一种高性能材料，在生产过程中仍然需要进行后处理工艺，以提高其表面质量和增强其性能。

碳纤维后处理工艺涉及到表面处理、改性处理和功能化处理等环节，本文将详细介绍碳纤维后处理工艺流程。

一、碳纤维后处理工艺流程概述碳纤维后处理工艺是在碳纤维制备过程中的最后一个环节，主要目的是改善碳纤维的表面性质，提高其粘接性、润湿性、导热性等特性，进而增强其在复合材料中的应用效果。

碳纤维后处理工艺流程主要包括表面处理、改性处理和功能化处理三个环节，具体步骤如下：1.表面处理碳纤维的表面处理是后处理工艺的第一步，主要是利用物理或化学方法清洁碳纤维表面，去除尘埃、油脂和其他污染物，以确保后续处理工艺的顺利进行。

常用的表面处理方法包括喷砂、溶剂清洗、气体等离子处理等。

2.改性处理改性处理是碳纤维后处理工艺的核心环节，通过改性处理可以有效改善碳纤维的表面特性，增强其黏附性和润湿性，提高其力学强度和耐热性。

常用的碳纤维改性处理方法包括氧化、氢化、表面活性剂处理、离子注入、化学涂层等。

3.功能化处理功能化处理是对碳纤维进行特定功能的表面改性，以赋予其特定的性能，如增强导电性、抗静电性、耐化学腐蚀性等。

常用的碳纤维功能化处理方法包括导电涂层、化学修饰、阳离子改性等。

以上是碳纤维后处理工艺流程的概述，下面将详细介绍每个环节的具体处理工艺。

二、碳纤维后处理工艺流程详解1.表面处理表面处理是碳纤维后处理工艺的第一步，其目的是清洁碳纤维表面，去除表面杂质和污染物，提高后续处理工艺的效果。

常用的表面处理方法包括：（1）喷砂：利用高速气流将砂粒冲击碳纤维表面，去除表面污染物和氧化层，增加表面粗糙度，提高黏附性。

（2）溶剂清洗：采用有机溶剂如丙酮、丙醇等对碳纤维表面进行清洁，去除油脂、树脂等污染物。

中间相沥青基碳纤维表面处理的工艺浅谈作者：谢恺来源：《科技风》2017年第17期摘要：现阶段，我国各个领域都取得了很大的进步，碳纤维有着耐热性好、高强的优点，同时它的导电性也是十分突出的，因此经常被用在一些复合材料中，如碳基、树脂等，但是由于碳纤维高温抗氧化的性能比较差，如果在空气中400°C以上就会出现失重的现象，这时候纤维的强度会明显降低，这对材料来说也有着严重的影响，要想让碳纤维得到更加广泛的应用就要从多方面来进行考虑，这样才能看出最好的效果。

本文就对中间相沥青基碳纤维表面处理的工艺进行具体的分析，希望能为以后该方面的工作提供一些帮助。

关键词：中间相沥青基碳纤维；表面处理；工艺分析1 中间相沥青基碳纤维表面处理的工艺1.1 实验材料以及相应的设备要想研究中间相沥青基碳纤维表面处理方面的工艺，就要将各种材料准备好，最主要的就是实验的材料要准备妥当，主要的材料包括：中间相沥青基碳纤维、二甲基乙酰胺、高纯五氯化钽以及无水乙醇。

所谓沥青是一种将杂环化合物与稠环芳烃化合物结合的混合物，其结构十分的复杂，通常是黑色且有光泽的固体。

中间相是介于液体与晶体之间的中间状态，将这些材料都准备好了之后就要开始准备溶胶与涂层，按照相应的比例将五氯化钽溶解在乙醇中，在分子间力的作用之下，众多分子都是按照液晶状态进行排列的，如果形成核，那么就会吸附并分散在母液中的大分子，这样经过一定陈化就能进行使用。

应该在低温干燥的环境利用制备的溶胶对碳纤维进行涂层，应该在低温干燥的环境中利用溶胶来对碳纤维进行涂层，将有机的涂层变为无机的涂层，这样纤维与涂层就能进行充分的融合，从而体现出最好的效果，在增加纤维表面的氧含量的同时，达到提高碳纤维与涂层之间结合力的效果。

1.2 实验结果及讨论实验完成之后对实验的结果进行一定的分析，将溶胶的形成过程以及结构做出解释，同时与乙醇进行反应，最终生成一种新的物质即醇基钽，这时候再加入适当的二甲基乙酰胺进行中和，让两者融合并出现反应，这样钽溶胶之间的关联度再次加深，黏度变大。

表面处理对碳纤织物增强环氧树脂复合材料界面及性能影响研究论文表面处理对碳纤织物增强环氧树脂复合材料界面及性能影响研究全文如下：金属背衬型聚合物自润滑复合材料因具有减摩、耐磨等优点，在机械设备、船舶等重载摩擦副上得到了广泛应用。

碳纤织物增强环氧树脂基自润滑复合材料作为衬层型重载摩擦副用材料，以其优异的力学性能和摩擦学性能、良好的自粘接性以及成型工艺简单等特性已成为当前国内外研究的热点之一。

在纤维增强树脂基复合材料中，主要承载组元为纤维，树脂基体将纤维粘接固定并将载荷传递到每根纤维，因此复合材料的界面特性对其力学性能有着重大影响。

但是，由于碳纤维表面缺少活性基团呈化学惰性，且其表面光滑，导致碳纤织物与基体浸润性差，不能与基体进行有效结合。

因此，要获得力学性能优良的碳纤织物增强复合材料，必须对其进行表面处理，改善其表面浸润性、粗糙程度，产生适合于聚合物粘接的表面形态，从而提高碳纤织物增强复合材料的力学性能。

目前，提高碳纤织物增强复合材料界面性能主要从以下两方面着手: 一是增加纤维表面活性官能团，二是增大纤维表面粗糙度。

在对碳纤织物进行表面处理时，以上2 个因素往往同时出现并对碳纤织物增强复合材料的界面性能的改善起协同作用。

为了探索提高碳纤织物增强环氧树脂复合材料的力学性能，寻求简单有效的碳纤织物表面处理工艺，在已有研究和前期大量实验基础上，本文研究比较了空气氧化处理、浓硝酸氧化处理、偶联剂涂覆处理、气液双效处理和液相双效处理等表面处理方法对碳纤织物表面及复合材料界面和性能的影响，以此来探索一种工艺简单、环境友好且可显著提高复合材料性能的碳纤织物表面处理工艺。

1 实验部分1. 1 实验材料碳纤织物 1K/T300 : 日本东丽; 环氧树脂E51 环氧值0. 53 : 巴陵石化公司; 环氧丙烷丁基醚 501 : 纯度大于等于99. 5%，广州江盛华工科技有限公司; 邻苯二甲酸二丁酯: 纯度大于99. 0%，天津市富宇精细华工有限公司; 105 缩胺环氧固化剂缩胺105 : 苏州光福材料厂; 偶联剂Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 KH-560 : 东莞市信康有机硅材料有限公司。