本文關(guān)鍵詞：碳纖維表面化學(xué)鍍鎳前處理工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

42 中 國 表 面 工 程 2007年

1 碳纖維表面去膠及去油處理

碳纖維出廠時表面都有一層保護(hù)的膠膜，而這層膠膜的存在會直接影響金屬鍍層與碳纖維表面的結(jié)合強(qiáng)度。

文中選用灼燒法去膠。前期工作結(jié)果表明，適宜的灼燒溫度為400 ℃。為此研究了灼燒溫度為400 ℃時，時間–失重量規(guī)律。參見圖1，雖然400 ℃/5 min失重率最低，但由于碳纖維表面除了浸膠保護(hù)以外，表面還附著一些石墨粉等附著物，所以需延長灼燒時間。由圖1可見，400 ℃/20 min開始成比例失重，表明弱吸附雜質(zhì)完全灼燒，纖維開始出現(xiàn)自身氧化失重，由此確定灼燒時間和溫度為：400 ℃/20 min。

圖1 灼燒時間–碳纖維失重規(guī)律

Fig.1 Regularity of weightloss of carbon fiber at different time of burning

去膠后，碳纖維表面尚沾有少量有機(jī)物及無機(jī)物雜質(zhì)。文中采用ALH除油劑除去碳纖維表面的附著物。具體操作是：將碳纖維束邊緣用透明膠封好，將除油液加熱到50 ℃，將碳纖維放入，電磁攪拌15~30 min取出。除油后用蒸餾水反復(fù)沖洗。

經(jīng)除油的碳纖維可被水浸潤，滿足化學(xué)粗化潤濕條件。除油步驟對提高鍍層–基體結(jié)合強(qiáng)度、保持粗化液純度作用明顯。

2 碳纖維表面粗化處理

粗化的目的是增大碳纖維表面的微觀粗糙度和接觸面積以及親水能力，是碳纖維表面金屬化關(guān)鍵步驟之一。粗化處理對鍍層的結(jié)合力及平整性有很大的影響。粗化液的化學(xué)組分為：200 g/ L(Na4)2S2O8（過硫酸銨），100 ml/L H2SO4 (d=1.84 g/cm3)，試驗條件：30~40 ℃，電磁攪拌。

2.1 不同粗化時間試驗

試驗過程如下：① 粗化：將除油處理后的碳纖維放入30~40 ℃的粗化液中，電磁攪拌，粗化時間20 min、80 min。② 中和：將粗化后的纖維取出，用10 %氫氧化鈉溶液中和纖維表面的酸，再用蒸餾水清洗干凈，晾干。 2.2 粗化分析

圖2為粗化后纖維表面形貌。采用FEI sirion 200型熱場發(fā)射掃描電鏡觀察。由圖可見，纖維在粗化20 min后表面光滑，無損傷。而粗化80 min后表面出現(xiàn)腐蝕溝。根據(jù)不同粗化時間在相同配方(見表1)和工藝條件下進(jìn)行化學(xué)鍍，得到鍍層的型貌如圖3所示�？梢姡捍只瘯r間20 min的表面鍍層脫落嚴(yán)重，結(jié)合不理想。而粗化80 min的鍍層表面卻很緊密、連續(xù)，由此可見，粗化時間對化學(xué)鍍層的膜–基結(jié)合力影響十分顯著。

對不同粗化時間的纖維，利用PHI5700型X光電子能譜儀對纖維表面成分進(jìn)行分析。參見表2，分析結(jié)果表明：纖維表面含有C、N、O、Si、S元素。由

于粗化時間80 min樣品的Si、S含量明顯比20 min樣品高，可以斷定此兩種元素來自粗化過程。通常，S含量增加可提高碳纖維–Ni鍍層界面結(jié)合力[6]，由表2可見，粗化80 min的含S量明顯高于20 min樣品高，對強(qiáng)化界面更有利。此判斷與SEM結(jié)果相符。

圖4為粗化時間不同的兩種纖維表面XPS測試結(jié)果的C1s譜解析圖。見圖4(a)，結(jié)合能為284.30 eV的1號主峰應(yīng)屬于–C–C(H)基；

2號峰的主峰處的能量為285.83 eV，含較多–CH基，但由于其表面還含有少量的含氮官能團(tuán)，且與N成鍵的C的電子結(jié)合能介于–C–C鍵與–C–O鍵之間，表面可能含有少量的–C≡N及–C＝NH基團(tuán)；結(jié)合能為287.4 eV的3號峰應(yīng)為–C＝O；結(jié)合能為288.54 eV的4號峰應(yīng)為–COO(R)H。

解析結(jié)果列于表3，從分析結(jié)果中可以看出：粗化80 min的碳纖維親水官能團(tuán)含量為12.21 %，高于粗化20 min氧官能團(tuán)含量8.55 %。親水官能團(tuán)含量越高在化學(xué)鍍鎳過程中鍍層的結(jié)合越好，這也很好的解釋了粗化時間80 min的纖維得到鍍層好的原因。

  本文關(guān)鍵詞：碳纖維表面化學(xué)鍍鎳前處理工藝研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。