碳纤维主要作为先进树脂基复合材料的增强体得到了广泛的应用。在纤维与树脂进行复合的过程中会形成一个两相交接的界面层,其物理化学结构特性在很大程度上决定着
复合材料的力学性能。碳纤维是一种高度碳化的无机材料,其表面化学惰性较强,不易与树脂基体产生较好的结合界面,从而使得复合材料的力学性能低于预期,因此对碳
纤维表面进行活化改性显得尤为重要。

等离子清洗机处理对碳纤维结构性能的影响
观察碳纤维经过不同时间等离子清洗机处理过后碳纤维表面形貌的变化,采用SEM对等离子体处理后的碳纤维进行了形貌分析,将碳纤维放大35k倍后的形貌。

(a) Os, (b) 4s, (c) 6s, (d) 8s, (e) 12s, (f) 24s
可发现经过短时间等离子清洗机处理后碳纤维表面的形貌基本没有太大变化,说明等离子体处理并不会影响纤维本体的性能,但经过等离子清洗机表面处理后碳纤维表面杂质
减少,碳纤维表面产生了一些细小的沟槽,这主要是因为高能的真空等离子体在碳纤维表面发生了刻蚀,将原有的惰性表面破坏。
采用AFM表征等离子体表面处理效果
图中可看出经过等离子清洗机处理后碳纤维表面的杂质突起物逐渐 被等离子体轰击松散,随着时间的延长而减少,并且碳纤维表面产生了很多纳米级的等离子体轰击坑。等
离子清洗机处理时间为12s时,碳纤维表面Ra值最小,仅为1.69nm, 说明在此处理时间下碳纤维表面杂质较少。当处理时间超过12s后,碳纤维表面结构 容易被破坏,产生表
面微缺陷。

(a) Os, (b) 4s, (c) 6s, (d) 8s, (e) 12s, (f) 24s
等离子体在处理中对碳纤维表面化学结构的影响
XPS对等离子清洗机处理前后的样品进行表面化学元素和各官能团相对含量的分析。

刚开始使用等离子清洗机处理时,表面产生了较多的含氧结构,从而显著地提高了氧元素的含量,随着等离子体照射时间的延长氧元素的含量分别提升到15.66%、16.85%、
17.82%、12.16%、12.13%,而氮元素的相对含量变化较小,均在0.50%之内。说明在使用等离子清洗机处理中,氧等离子体主要发挥作用,在碳纤维表面产生含氧自由基
和活性位点。

