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442629613金蟲(chóng) (小有名氣)
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碳纖維和芳綸纖維的蝕刻改性及其復(fù)合材料 界面結(jié)合性能研究進(jìn)展
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圖片 摘 要：纖維作為復(fù)合材料中的增強(qiáng)體，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)力傳遞、承擔(dān)外部載荷等方面發(fā)揮了重要作用。通常纖維與樹(shù)脂基體的結(jié)合性能極大地取決于纖維表面的微觀形貌和化學(xué)性質(zhì)，其界面結(jié)合的強(qiáng)度則決定了復(fù)合材料的綜合性能和應(yīng)用范圍。為了最大提升纖維材料與樹(shù)脂基體的界面結(jié)合能力，在應(yīng)用前需對(duì)纖維材料進(jìn)行有效的表面改性處理。其中，蝕刻法同時(shí)涉及了纖維表面的物理變化和化學(xué)變化，具有高效的表面改性能力，能顯著地改變纖維表面的物理化學(xué)性質(zhì)。綜述了表面蝕刻這一改性思路分別在碳纖維和芳綸纖維中的實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)兩種纖維各自的性質(zhì)，提出了酸性溶液蝕刻、有機(jī)溶液蝕刻、電化學(xué)陽(yáng)極氧化、等離子體處理、微波輻射、超聲波蝕刻等常用蝕刻改性方法，對(duì)各方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了討論。總結(jié)并對(duì)比了蝕刻介質(zhì)、蝕刻工藝對(duì)纖維表面微觀形貌、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能以及復(fù)合材料界面結(jié)合性能等方面的影響。討論了當(dāng)前纖維材料與樹(shù)脂基體界面結(jié)合的機(jī)理與界面表征方法的研究現(xiàn)狀。此外，還對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向和要求進(jìn)行了展望，提出應(yīng)該聚焦纖維表面腐蝕行為，優(yōu)化傳統(tǒng)改性方法，開(kāi)發(fā)多種方法協(xié)同作用的改性新工藝。同時(shí)基于現(xiàn)有技術(shù)，發(fā)展更為先進(jìn)的界面表征手段，進(jìn)一步加深對(duì)纖維表面腐蝕行為與復(fù)合材料界面性能之間影響機(jī)制的理解。 關(guān)鍵詞：碳纖維；芳綸纖維；表面蝕刻；界面結(jié)合 腐蝕現(xiàn)象因其廣泛存在且破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)，通常會(huì)給生產(chǎn)生活帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失，材料的腐蝕將導(dǎo)致多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的破壞，造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。但是腐蝕也有有益的一面，例如利用腐蝕反應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行表面處理作為表面改性的基本思路，已廣泛應(yīng)用于金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和高分子材料等領(lǐng)域。通過(guò)控制反應(yīng)條件，進(jìn)而控制腐蝕的程度和規(guī)模在一個(gè)相對(duì)合理的范圍，以調(diào)控材料表面的物理和化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而獲得期望的表面性能。其中，纖維蝕刻改性正是腐蝕原理在復(fù)合材料界面性能領(lǐng)域的經(jīng)典運(yùn)用。在一定蝕刻環(huán)境中，纖維表面被腐蝕破壞，腐蝕行為決定了纖維甚至纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，而處理時(shí)間、溫度、蝕刻介質(zhì)等因素對(duì)纖維表面的腐蝕行為有著不同程度的影響。本文基于材料表面腐蝕的基本原理，總結(jié)了碳纖維和芳綸纖維在蝕刻改性處理中的表面腐蝕行為，從腐蝕介質(zhì)、纖維結(jié)構(gòu)性能變化、復(fù)合材料性能提升等方面進(jìn)行了綜合分析，并結(jié)合目前研究中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。 碳纖維的蝕刻改性 在制備復(fù)合材料時(shí)，碳纖維表面高的結(jié)晶度和化學(xué)惰性會(huì)影響樹(shù)脂對(duì)碳纖維的潤(rùn)濕能力，從而阻礙樹(shù)脂基體與碳纖維的充分接觸和結(jié)合。同時(shí)，大部分樹(shù)脂基體與碳纖維的模量都存在一定的差異，界面處承受的應(yīng)力過(guò)于集中，從而使復(fù)合材料界面易因脫粘而失效，所以在使用時(shí)必須處理碳纖維的表面，以提高兩相界面的相容性。目前針對(duì)碳纖維的表面處理主要有液相氧化、氣相氧化、電化學(xué)陽(yáng)極氧化、等離子體處理、微波輻射、激光照射和超聲處理等，這些方法的共同點(diǎn)都是通過(guò)一定的處理來(lái)提高表面粗糙度和比表面積，便于碳纖維與樹(shù)脂基體結(jié)合，從而提升復(fù)合材料的性能。本文主要介紹酸液蝕刻、電化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻以及微波輻射4種蝕刻改性工藝。 1. 酸性溶液蝕刻 碳纖維的酸液蝕刻一般是以硝酸、硫酸等酸性溶液作為腐蝕介質(zhì)，使得溶液中的 H+與碳纖維表面的特定位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)， 從而在低濃度下達(dá)到消除表面缺陷，提高表面粗糙和表面浸潤(rùn)性的目的。 但是，蝕刻處理同時(shí)也會(huì)不可避免地破壞碳纖維的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能，碳纖維的最終強(qiáng)度則取決于這兩個(gè)相反效應(yīng)的凈貢獻(xiàn)值，因此必須研究刻蝕過(guò)程中的腐蝕行為，并將腐蝕控制在一個(gè)相對(duì)理想的水平，以便在這些相反的效果之間取得平衡，從而使碳纖維和復(fù)合材料均具有最佳的性能。從以上分析可知，碳纖維在酸性蝕刻液中的腐蝕體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)碳纖維表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響，二是對(duì)復(fù)合材料界面結(jié)合性能的影響，且這兩個(gè)方面直接相關(guān)。 圖片 2. 電化學(xué)陽(yáng)極氧化 電化學(xué)陽(yáng)極氧化就是在電解液中以碳纖維作為陽(yáng)極，石墨板作為陰極，在通電的情況下，依靠碳纖維上發(fā)生的陽(yáng)極氧化反應(yīng)和剝蝕效應(yīng)，對(duì)碳纖維表面進(jìn)行蝕刻和改性處理。 在該處理中，電解液包括硝酸、硫酸、磷酸等酸類(lèi)和氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿類(lèi)，還包括氯化鈉、碳酸銨、硝酸鉀、磷酸銨等鹽類(lèi)水溶液，且不同電解液電化學(xué)處理時(shí)涉及不同的電化學(xué)氧化機(jī)制[39]。與酸蝕刻相比，電化學(xué)陽(yáng)極氧化處理的優(yōu)勢(shì)在于，施加穩(wěn)定的電流可以使腐蝕以恒定的速率進(jìn)行，因此可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)處理碳纖維，且其操作簡(jiǎn)單、處理?xiàng)l件溫和并易于控制，在諸多處理方法中具有較大的實(shí)用價(jià)值。 圖片 3. 等離子體處理 等離子體是指在放電或高能輻射的條件下，目標(biāo)氣體中的自由電子獲得極大動(dòng)能， 高速電子與氣體分子碰撞，使之激發(fā)或離解形成各種激發(fā)態(tài)的分子、原子、自由基和電子混雜的呈電中性的電離狀態(tài)。等離子體表面改性正是一種基于等離子體中產(chǎn)生的粒子與處理材料表面的相互作用， 對(duì)目標(biāo)材料表面進(jìn)行活化、蝕刻甚至化學(xué)修飾和功能化的改性工藝。 圖片 4 微波輻射 微波是指頻率在 300 MHz 到 300 GHz 范圍內(nèi)的高頻電磁波，由于其熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，微波輻射蝕刻已被廣泛用于碳纖維的表面改性。 其中，熱效應(yīng)是指在微波場(chǎng)的作用下，碳纖維吸收能量，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的內(nèi)摩擦運(yùn)動(dòng)，從而將所吸收的電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程。在這一過(guò)程中，碳纖維表面處于非穩(wěn)定狀態(tài)，分子活化導(dǎo)致原有化學(xué)鍵被破壞，并形成新的化學(xué)鍵，碳纖維表面的部分碳結(jié)構(gòu)由于結(jié)合力不足而脫離纖維主體，導(dǎo)致表面粗糙度增大和力學(xué)性能輕微下降。非熱效應(yīng)則指的是由微波引起的電場(chǎng)與極性分子相互作用，例如電場(chǎng)在粒子界面聚焦形成等離子體，并生成極性基團(tuán)[63]。此外，由于碳纖維具有導(dǎo)電性，且單絲直徑遠(yuǎn)小于輻射微波的波長(zhǎng)，根據(jù)趨膚效應(yīng)，碳纖維可以被視為電偶極子，所以微波輻射可以在碳纖維表面產(chǎn)生極化電流。因此，通常認(rèn)為微波預(yù)處理引起的極化電流效應(yīng)和微波效應(yīng)同時(shí)對(duì)碳纖維的表面改性發(fā)揮作用。 圖片 小結(jié) 包括酸液蝕刻和電化學(xué)處理在內(nèi)的液相處理可以高效地改變碳纖維的表面結(jié)構(gòu)，且根據(jù)處理介質(zhì)的不同，可以實(shí)現(xiàn)表面化學(xué)成分和官能團(tuán)的調(diào)控。但就工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用而言，液相處理會(huì)不可避免地產(chǎn)生液體污染，給后續(xù)處理帶來(lái)不便，同時(shí)酸液蝕刻一旦開(kāi)始，則不易控制，涉及的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，不能根據(jù)需求對(duì)蝕刻程度進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，過(guò)度處理則會(huì)極大地破壞纖維主體。所以，在碳纖維工業(yè)處理得到實(shí)際應(yīng)用的主要是電化學(xué)陽(yáng)極氧化法，而酸液蝕刻主要用于間歇處理和機(jī)理研究[70]。等離子體蝕刻涉及的是氣相與固相之間的反應(yīng)，不使用化學(xué)試劑，避免了濕法處理中繁雜的工藝和污染，其過(guò)程綠色安全、高效便捷，被認(rèn)為是材料表面改性中一種極具應(yīng)用價(jià)值的方法[71]。但是，等離子體處理存在成本高、設(shè)備投資昂貴的弊端。此外，基于碳纖維出色的微波吸收能力，微波輻射作為對(duì)碳纖維表面蝕刻和修飾的處理方法，因其環(huán)境友好、高效且易于進(jìn)行的特點(diǎn)，得到了廣泛研究，但對(duì)設(shè)備和能耗的高要求使其成本投入提高。 芳綸纖維的蝕刻改性 芳綸纖維由于其高的延展性和斷裂韌性、優(yōu)異的熱性能，以及能夠沿其分子結(jié)構(gòu)有效轉(zhuǎn)移機(jī)械載荷的能力，成為理想的復(fù)合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料[72]。芳綸纖維的分子鏈由苯環(huán)和酰胺鍵交替連接構(gòu)成[73]，具有很強(qiáng)的對(duì)稱(chēng)性，其定向程度和表面結(jié)晶度都很高，即表面沒(méi)有可以與周?chē)h(huán)境牢固結(jié)合的側(cè)基。該化學(xué)結(jié)構(gòu)使得芳綸纖維表面呈現(xiàn)出較大的化學(xué)惰性，導(dǎo)致對(duì)樹(shù)脂的粘附性及浸潤(rùn)能力很差。同時(shí)，從化學(xué)反應(yīng)的角度看，酰胺基團(tuán)很難通過(guò)與樹(shù)脂基體分子的基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)而結(jié)合，所以芳綸纖維與大多數(shù)樹(shù)脂的界面結(jié)合能力都較差。但是界面是實(shí)現(xiàn)應(yīng)力傳遞的關(guān)鍵區(qū)域，弱的層間剪切強(qiáng)度不利于提升復(fù)合材料的整體性能，從而限制了芳綸纖維在復(fù)合材料中的廣泛使用[74]。為了發(fā)揮芳綸纖維在增強(qiáng)復(fù)合材料中的潛力，研究者嘗試通過(guò)多種工藝對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面改性，以提升芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面結(jié)合性能[75-76]，其中蝕刻改性是通過(guò)與特定化學(xué)試劑的化學(xué)反應(yīng)，引起芳綸纖維表面主鏈中酰氨鍵水解，從而破壞芳綸纖維高度結(jié)晶的表面，達(dá)到提升表面粗糙度的目的[77]。但某些蝕刻介質(zhì)的使用也會(huì)涉及到諸如硝化、氯磺化等反應(yīng)機(jī)理，以在芳綸纖維表面引入易與基體結(jié)合的氨基、羥基等活性基團(tuán)[78]。因此，常使用的處理介質(zhì)分為兩類(lèi)：一是氯磺酸[79]、甲磺酸、乙酸酐、甲基丙烯酸以及二氯乙烷[80]等有機(jī)溶液；二是磷酸[81]、硝酸[82]、LiCl等無(wú)機(jī)酸性或中性溶液。此外，等離子體處理和超聲波處理通過(guò)物理作用，同樣可以起到粗化芳綸纖維表面，促進(jìn)兩相結(jié)合的重要作用。 1. 酸性溶液蝕刻 目前，芳綸纖維表面改性的方法一般集中在利用化學(xué)反應(yīng)改善纖維表面組成和結(jié)構(gòu)，以及利用物理方法提高芳綸纖維與基體樹(shù)脂之間的浸潤(rùn)性這兩個(gè)方面，其中對(duì)于芳綸纖維在無(wú)機(jī)酸性或中性溶液中的蝕刻處理研究己經(jīng)有了很多報(bào)道。通常來(lái)講，酸性溶液的強(qiáng)腐蝕作用會(huì)使芳綸纖維的表層結(jié)構(gòu)被破壞， 并與芳綸纖維本體剝離，產(chǎn)生許多微纖維結(jié)構(gòu)，芳綸纖維的聚合度和力學(xué)性能也因此降低。 圖片 2. 有機(jī)溶液蝕刻 在眾多的樹(shù)脂基體中，芳綸纖維不僅常被用于增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂，其在乙烯基酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂和丁腈橡膠等也有所應(yīng)用。因此，表面刻蝕應(yīng)該針對(duì)性地改善芳綸纖維表面的活性，以提高纖維與不同樹(shù)脂基體間的界面強(qiáng)度， 有機(jī)溶液蝕刻改性因其兼具表面粗化和高效引入官能團(tuán)的特點(diǎn)， 可以通過(guò)其獨(dú)特的反應(yīng)機(jī)理，引入特定的官能團(tuán)，在應(yīng)對(duì)芳綸纖維與不同樹(shù)脂基體的復(fù)合時(shí)，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 圖片 3. 等離子體處理 芳綸纖維的等離子體處理是利用等離子體作用下芳綸纖維發(fā)生的自由基反應(yīng)和對(duì)纖維表面的蝕刻作用，顯著提升芳綸纖維復(fù)合材料界面結(jié)合性能的一種方法。在這一過(guò)程中，等離子體的高速轟擊去除了芳綸纖維表面的氧化層，進(jìn)而形成粗糙表面，同時(shí)，表面層的化學(xué)鍵因獲得能量而發(fā)生斷裂， 形成的自由基與等離子中 O2 或 H2O 產(chǎn)生的自由基相結(jié)合，誘發(fā)了自氧化作用，從而在纖維表面形成極性含氧基團(tuán)[99]。等離子體處理作用強(qiáng)度高，改性的區(qū)域和程度具有可控性，并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在改善表面性能的同時(shí)，并未改變芳綸纖維的分子結(jié)構(gòu)，是目前芳綸纖維表面改性處理研究較多、技術(shù)成熟且非常有效的一種方法。 圖片 4. 超聲波蝕刻 超聲波通過(guò)一定介質(zhì)作用于目標(biāo)材料表面時(shí)， 其空化作用會(huì)導(dǎo)致微觀氣泡的生長(zhǎng)和爆炸性破裂， 產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和射流，從而在目標(biāo)材料表面形成瞬時(shí)的高溫高壓區(qū)，由此產(chǎn)生了超聲作用的各種效應(yīng)。芳綸纖維的超聲波蝕刻正是利用空化氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊和剪切作用，對(duì)芳綸纖維表面進(jìn)行清洗和刻蝕，以達(dá)到提高纖維粗糙度和浸潤(rùn)性的目的，其處理效果主要受到超聲波功率和處理時(shí)間的影響。 圖片 小結(jié) 芳綸纖維作為一種有機(jī)纖維，酸性溶液和有機(jī)溶液對(duì)其表面的蝕刻主要是通過(guò)破壞表面規(guī)整分子鏈中的酰胺結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種破壞作用會(huì)較嚴(yán)重地改善芳綸纖維的高結(jié)晶表面，但處理時(shí)反應(yīng)迅速發(fā)生且難以控制，且在處理完成后，產(chǎn)生大量廢液。同時(shí)，大多數(shù)無(wú)機(jī)蝕刻介質(zhì)的反應(yīng)機(jī)制單一，只能達(dá)到粗化表面或改變表面化學(xué)組成的目的，而不能顯著地引入具有較大反應(yīng)的活性官能團(tuán)；有機(jī)溶液蝕刻能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)枝接活性較大的官能團(tuán)，但大多數(shù)有機(jī)溶液價(jià)格昂貴，且有毒有害，廢液處理所需成本較高。等離子體和超聲波處理采用綠色清潔的途徑修飾芳綸纖維表面，避免了溶液浸泡階段和廢液處理階段帶來(lái)的成本投入和環(huán)境污染，其工藝操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大量樣品的連續(xù)高效處理，但兩者都需要滿足相當(dāng)高的設(shè)備要求。 結(jié)論與展望 作為具有巨大潛力的高性能材料，碳纖維和芳綸纖維在表面處理方面已經(jīng)進(jìn)行了許多研究，結(jié)合了機(jī)械互鎖和纖維與基體之間化學(xué)鍵合的多功能表面處理，是當(dāng)前該領(lǐng)域的最新趨勢(shì)，但是目前依然存在許多需要面臨的挑戰(zhàn)，因此應(yīng)該對(duì)表面改性技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，開(kāi)發(fā)更多創(chuàng)新、高效的表面處理技術(shù)，以替代某些較舊且對(duì)環(huán)境有害的方法。本文主要從表面蝕刻這一經(jīng)典改性方法出發(fā)，總結(jié)了腐蝕原理在碳纖維和芳綸纖維領(lǐng)域的具體應(yīng)用和研究進(jìn)展，具體形成了以下幾個(gè)方面的看法： 1）應(yīng)聚焦纖維表面腐蝕行為，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化和開(kāi)發(fā)蝕刻工藝。盡管兩種纖維在結(jié)構(gòu)性能、應(yīng)用領(lǐng)域方面有所差異，但蝕刻改性工藝和機(jī)理卻有許多類(lèi)似之處，兩者在蝕刻后的表面形貌和力學(xué)性能變化均呈現(xiàn)出相似的規(guī)律。但是，在相同介質(zhì)下，兩種纖維的改性機(jī)理和腐蝕行為卻不完全一致。例如在硝酸溶液中，由于碳纖維的表面結(jié)晶度高，為了達(dá)到預(yù)期的粗糙度和官能團(tuán)，往往需要較高的溫度和較長(zhǎng)的時(shí)間；而芳綸纖維則是與硝酸發(fā)生硝化反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將極性基團(tuán)引入到芳綸纖維表面，此過(guò)程主要是增強(qiáng)化學(xué)鍵合，而表面形貌的改變居次要地位，故通常不要求較高的反應(yīng)條件。 所以，對(duì)新腐蝕介質(zhì)和工藝的開(kāi)發(fā)以及不同腐蝕作用機(jī)理的研究是十分有必要的，例如可以考慮混合酸、緩蝕劑、絡(luò)合劑的復(fù)配應(yīng)用，在保留化學(xué)處理優(yōu)勢(shì)的前提下，盡量減少對(duì)纖維本體的損害。通過(guò)對(duì)蝕刻改性工藝和腐蝕行為在微觀層面上進(jìn)行表征和研究，有助于更好地控制纖維表面腐蝕發(fā)生的程度和尺度，從而得到更優(yōu)的界面微觀結(jié)構(gòu)和界面結(jié)合性能，進(jìn)一步豐富和發(fā)展蝕刻處理這一經(jīng)典改性方法。 2）需要加深理解纖維表面腐蝕對(duì)纖維性能和復(fù)合材料界面性能的影響機(jī)制。纖維蝕刻改性通過(guò)在纖維表面形成凹坑或裂紋等微結(jié)構(gòu)，以增加粗糙度，同時(shí)在纖維表面某些位點(diǎn)引入活性官能團(tuán)，通過(guò)機(jī)械嵌合和化學(xué)鍵力結(jié)合兩種機(jī)制提升纖維與基體的結(jié)合力。但是由于纖維耐蝕性差異和實(shí)際發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同，蝕刻對(duì)兩種纖維性能的影響和復(fù)合材料界面性能的提升存在一定差異。例如在酸性溶液中，羧基或羥基在芳綸纖維聚合物主鏈上的加成是通過(guò)斷鏈進(jìn)行的，這種強(qiáng)的斷鏈對(duì)于芳綸纖維而言通常過(guò)于苛刻，會(huì)導(dǎo)致纖維表面和纖芯的降解，從而對(duì)處理后的纖維的拉伸性能產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。強(qiáng)而有序的結(jié)合界面是復(fù)合材料性能獲得提升的基礎(chǔ)，蝕刻改性的目的就是提升兩相在界面處的結(jié)合力，以利于轉(zhuǎn)移基質(zhì)到增強(qiáng)材料的有效載荷，纖維表面在蝕刻液中的腐蝕行為直接決定了纖維的化學(xué)性質(zhì)和微觀形貌，進(jìn)而決定了纖維與樹(shù)脂基體的界面區(qū)域的形成和結(jié)合能力的強(qiáng)弱。所以，如何兼顧界面結(jié)合性能與纖維力學(xué)性能，加強(qiáng)界面性能的調(diào)控，是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究的關(guān)鍵一環(huán)。 3）基于蝕刻改性思路，發(fā)展更加廉價(jià)高效、綠色環(huán)保的蝕刻技術(shù)。蝕刻技術(shù)應(yīng)用于纖維表面處理已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷程，研究人員對(duì)液相處理、電化學(xué)氧化、等離子體處理等技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并得到了豐富的研究成果，人們對(duì)于各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍都有了明確深入的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)，許多綠色清潔、高效便捷的蝕刻新方法逐漸被引入到纖維表面改性領(lǐng)域，如微波、紫外線、伽馬射線等輻照改性、超聲波空化蝕刻改性，以及超臨界流體活化等，這為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)纖維材料的高效改性提供了更多的工藝選擇和技術(shù)支撐。 4）基于傳統(tǒng)改性方法，應(yīng)該著重開(kāi)發(fā)多種方法協(xié)同作用的改性新工藝。化學(xué)改性通常會(huì)使用強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，蝕刻效果明顯，但難以控制且會(huì)造成廢液污染。相對(duì)化學(xué)改性來(lái)說(shuō)，物理改性對(duì)纖維本體強(qiáng)度的損傷較小，省去了濕法化學(xué)處理中不可缺少的浸泡、烘干和廢水處理操作，工藝簡(jiǎn)單且易于控制，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化操作，處理效率高，對(duì)環(huán)境污染較小，但對(duì)能耗和處理設(shè)備的要求高，增加了成本投入，是目前阻礙其工業(yè)應(yīng)用前景的主要因素。因此，綜合考慮現(xiàn)有改性處理工藝，將不同改性方法配合使用，優(yōu)化工藝條件，開(kāi)發(fā)出既滿足工程要求，又兼顧實(shí)際生產(chǎn)的協(xié)同改性處理工藝，以彌補(bǔ)單一技術(shù)的不足，是進(jìn)一步拓展纖維材料表面處理領(lǐng)域的方向之一。同時(shí)，處理過(guò)程不易控制、作用不均勻、實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)難度大等問(wèn)題亟待解決，改性均勻、易控制和工程化將是一個(gè)持續(xù)研究的課題，表面處理的低成本化、綠色化和連續(xù)生產(chǎn)化也將是今后的重點(diǎn)研究方向。 5）深入復(fù)合材料界面調(diào)控研究，增強(qiáng)纖維在復(fù)合材料中的應(yīng)用。應(yīng)該進(jìn)一步完善界面理論，深入研究界面作用機(jī)理，并將界面設(shè)計(jì)問(wèn)題量化，綜合考慮改性方法、界面理論、界面設(shè)計(jì)工藝參數(shù)，來(lái)控制界面性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料的高性能化。開(kāi)發(fā)高性能、可設(shè)計(jì)的復(fù)合材料是該領(lǐng)域具有極大提升空間的課題之一，也是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 6）充分利用現(xiàn)有技術(shù)，開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的界面表征手段，發(fā)展更直觀的界面測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法，也是十分有必要的。以結(jié)果和性能為導(dǎo)向的研究思路，將有助于從源頭上用好改性這一工具，來(lái)協(xié)調(diào)纖維性能和界面結(jié)合能力，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料綜合性能的顯著提高。 原文信息：胡建海, 唐鋆磊, 李湉, 等. 碳纖維和芳綸纖維的蝕刻改性及其復(fù)合材料界面結(jié)合性能研究進(jìn)展[J]. 表面技術(shù), 2021, 50(10):94-116. |
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chenhuanlong
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3樓2022-02-13 17:36:18
chenhuanlong
禁蟲(chóng) (文學(xué)泰斗)
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6樓2022-02-14 22:20:36
differwind
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7樓2022-02-15 13:15:49
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nono20094樓
2022-02-13 22:28
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tzynew2樓
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喵喵妙妙苗8樓
2022-10-18 16:55
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