HNO₃/H₂SO₄处理对碳纤维表面性质以及碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

李泽英¹，易丹青^2,1，汪波¹，刘会群^2,1，王斌^2,1

1. 中南大学材料科学与工程学院2. 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室

摘 要：采用浓HNO3/浓H2SO4混合酸在60℃超声环境下对T300碳纤维进行表面氧化处理,并以其为增强体制备碳纤维/环氧树脂复合材料。利用X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、扫描电镜、原子力显微镜对表面氧化前后的碳纤维形态与表面化学性质进行表征,研究氧化时间对纤维的表面形貌与表面性质以及碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响。结果表明,氧化初期,碳纤维表面生成S—、N—含氧基团,以及—OH和—C=O;后期形成—COOH,氧化时间为15 min时,—COOH的浓度达到最大值。碳纤维/环氧树脂复合材料的强度随混合酸氧化时间延长而不断增强,氧化15 min时强度达到峰值,相比于未氧化处理的样品,复合材料层剪切强度从16.3 MPa提高到38.8 MPa,抗弯强度从148.3 MPa提高到379.7 MPa。

关键词：碳纤维;环氧树脂;复合材料;氧化机制;力学性能;