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由于经过了高温石墨化处理,高模量(高惰性表面)碳纤维表面非碳元素的含量极低,且高度石墨化的结构使得碳纤维表面的化学性质十分稳定,更难被氧化。本论文以建立高效、实际可行的表面处理方法为目标。首先探讨了电场环境对高惰性表面碳纤维表面结构的影响,确定出氧化效果比较明显的处理条件。然后研究了不同电解质体系对高惰性表面碳纤维及其复合材料性能的影响,从中选择出合适的电解质。接着探讨了两段阳极氧化工艺对高惰性表面碳纤维及其复合材料力学性能的影响。最后将电化学氧化和电化学接枝方法相结合,摸索出一种可以同时提高含氧、含氮基团的表面改性方法。研究结果表明:(1)以NH4HCO3为电解质时,在一定的范围内,增大电流密度或者升高电解液温度都可使纤维表面的氧含量提高,而超过该范围后,纤维表面的氧含量趋于稳定甚至略微下降。然而,由于纤维表面的高惰性,电流密度、电解液温度对纤维表面化学组成和石墨化结构的影响较小。改变电场环境并不能有效地改善高惰性表面碳纤维的氧化效果。(2)酸性电解质对高惰性表面碳纤维的氧化性要强于碱性电解质。其中,NH4HSO4对纤维表面的氧化、刻蚀能力最强,表面处理后纤维的表面沟槽明显加深、变宽,表面粗糙度明显增大,表面氧含量明显增加。NH4H2PO4和(NH4)2SO4的氧化能力相近,(NH4)2SO4的刻蚀能力略小于NH4H2PO4。NH4HCO3的氧化、刻蚀能力相对比较小,表面处理后粗糙度变化不大,氧含量提升不明显。NH4HSO4和NH4H2PO4对纤维本体拉伸强度的损伤较大,严重影响了表面处理后碳纤维复合材料性能的发挥。(3)在使用NH4HCO3和(NH4)2SO4对高惰性表面碳纤维进行两段阳极氧化处理时,NH4HCO3→NH4HCO3组合的两段阳极氧化法处理强度较低,纤维表面引入的活性基团较少;而(NH4)2SO4→(NH4)2SO4组合的两段阳极氧化法处理强度大,但会导致纤维表面过度氧化。NH4HCO3和(NH4)2SO4交叉组合的方法可以在高惰性表面碳纤维的表面引入更多的活性基团,有效地改善了高惰性表面碳纤维与树脂基体的界面结合。(4)采用电化学氧化与电化学接枝相结合的方法处理高惰性表面碳纤维时,在DETA溶液中加入NH4HCO3电解质,可以促进DETA接枝反应的进行,使纤维表面接枝DETA的量增加。而加入(NH4)2SO4电解质,不仅可以促进接枝反应的进行,还可以进一步氧化纤维表面产生更多的含氧基团。这种表面处理方法可以大幅度提高复合材料的ILSS同时保持纤维本体的拉伸性能。