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碳纖維是一種由碳原子組成的纖維材料，具有輕質(zhì)高強、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電等優(yōu)異性質(zhì)。其基本結(jié)構(gòu)為六角形晶格的長鏈形態(tài)，可分為單向纖維和多向纖維兩種形式。在航空航天、汽車、體育器材等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

碳纖維表面的石墨結(jié)構(gòu)和極性官能團的缺失導(dǎo)致了其與樹脂間較差的浸潤性。表面低反應(yīng)活性導(dǎo)致碳纖維和樹脂界面粘結(jié)強度弱，從而不利于復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。因此，要解決這個問題并滿足實際條件下復(fù)合材料的力學(xué)性能需求，有必要對碳纖維表面進行改性。近年來，等離子體表面改性技術(shù)因其短暫作用時間、環(huán)保特性，以及僅改變表層而不影響基體內(nèi)部性能的優(yōu)勢，備受研究者青睞。

等離子體對碳纖維表面改性

等離子體是一種介于氣體和固體之間的物態(tài)，其粒子部分電離，形成正電離子和自由電子。在電磁場的作用下，電離粒子展現(xiàn)復(fù)雜行為，如激發(fā)態(tài)、離子碰撞和電子重組。等離子體技術(shù)，特別是氣體放電技術(shù)，可用于改性碳纖維復(fù)合材料。等離子體含有眾多活性粒子如電子、離子和激發(fā)態(tài)原子，其優(yōu)點包括低激發(fā)溫度、高活性粒子濃度、操作簡便、高效且無污染，被廣泛應(yīng)用于材料表面處理等領(lǐng)域。

等離子處理碳纖維原理

等離子體處理能明顯改善碳纖維表面與樹脂基體的結(jié)合力且不影響纖維本身的強度。對于等離子體處理碳纖維表面的作用原理有不同的解釋:

（1）等離子體處理可以在碳纖維表面引入活性基團，例如羥基(-OH)、羰基(-COOH)、氨基(-NH2)等，這些活性基團能夠增加表面的極性，提高與樹脂基體之間的親和力，從而增強界面的粘合強度;

（2）等離子體處理可以清除碳纖維表面的雜質(zhì)和氧化層，同時活化表面，使其更容易與樹脂基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理吸附，從而提高了界面的結(jié)合力;

（3）等離子體處理可能會在碳纖維表面引起微觀結(jié)構(gòu)的改變，例如微觀凹凸、納米級粗糙度的增加等，這些結(jié)構(gòu)的改變能夠增加表面積，提高與樹脂基體的接觸面積，有利于界面的結(jié)合;

（4）等離子體處理過程中可以將功能化納米材料(如納米顆粒、納米管等)引入到碳纖維表面，這些納米材料可以增強表面的粗糙度和活性基團密度，進一步提高了表面與樹脂基體的結(jié)合力;

（5）等離子體處理過程中的離子轟擊效應(yīng)可以使表面的結(jié)晶度增加、斷裂面增多，從而增加了表面的能量和活性，有利于界面的結(jié)合。

等離子體處理對碳纖維表面改性作用分類

綜上，等離子體處理能夠通過多種機理改善碳纖維表面與樹脂基體的結(jié)合力，等離子體處理可以改變碳纖維表面的化學(xué)組成、形貌和能量狀態(tài)，引入功能基團、增加表面能量，這些改變能有效提高碳纖維與聚合物基體之間的界面粘附強度，從而提高復(fù)合材料的性能和應(yīng)用范圍。