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閱讀：31發布時間：2025-2-22
碳纖維是指含碳量達到90%以上，由許多微晶堆砌而成的多晶體，且具有耐高溫、模量高、強度大的無機高性能纖維。廣泛應用于體育器材、汽車構件、航空航天、等領域。其軸向結合力較大，相對徑向強度較弱，所以延伸度低，是一種脆性材料。根據碳纖維制備過程原材料的不同，又將其分為應用范圍的聚丙烯腈碳纖維、吸音功能較強的瀝青基碳纖維、具有儲氫功能的碳納米管碳纖維三類。由于各類碳纖維均由晶體堆砌而成，纖維表面的浸潤性差、呈惰性，與有機聚合物基體界面間的范德華力減小、氫鍵減弱、化學鍵合能力降低，使纖維應力的傳遞效率變差，碳纖維與樹脂間界面剪切強度減弱。碳纖維使用受到限制，為了提高碳纖維界面活性，增加界面剪切強度，即需要對碳纖維表面進行改性處理。為此以等離子體技術處理碳纖維界面研究為例，探討等離子體處理過程中碳纖維界面基團變化特性，具體反應機理如下：
(1) 碳纖維界面基團相互作用。碳纖維界面存在不同類型的羧基、羰基、羥基等官能團，相互可能發生反應形成酯基。在高能等離子作用下，碳纖維界面中的酮羰基，受外界氫活性粒子作用，活性粒子位置變化，活性基團產生離子過程。碳纖維界面基團分布如圖1所示。
碳纖維界面基團分布
(2) 活性基團產生離子的過程。圖2為活性基團產生的離子過程。圖3為碳纖維界面等離子反應過程。由以上反應過程可知，碳纖維界面官能團包含酸性的羧基或羧基基團、中性醌類結構和堿性吡喃酮類結構，界面的含氧官能團主要控制其化學活性。
碳纖維界面等離子反應過程
(3) 碳纖維界面活性粒子整體等離子反應。碳纖維界面活性粒子發生反應過程如圖3所示。碳纖維分子結構中的羥基、羧基基團及與碳原子相連的氫受高能離子作用后脫落，結構中的碳氫鍵形成—C?，羥基與羧基脫氫后形成O—O單鍵以及其他含氧粒子。
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