1、前言
高性能纤维由于有某些特殊的性能，其应用领域越来越广泛，特别是以增强材料的复合，功能性材料的广泛应用，使得复合材料的预成型的工艺越来越复杂、加工过程中的机械化、自动化的程度越来越高；目前复合材料已向结构件、主承力件、承受动载荷、冲击载荷件的方向发展。但是，碳纤维、玻璃纤维的断裂伸长率小。玻璃纤维的耐磨性、耐扭断性差，吸水后裂纹扩展，更检第了本身的耐磨性、耐扭断性。碳纤维存在脆弱性等缺点，因此高性能纤维的可纺性、可织性较差。高性能纤维表面活性能低，基体与纤维在界面上难以形成理想的结合，这将会严重影响复合材料的力学性能。对高性能纤维进行表面处理是解决这些问题的最有效的方法。这一领域的研究十分活跃，并取得了许多重要成果。
2、高性能纤维表面处理技术和研究
2.1 碳纤维
碳纤维存在脆弱性和抗氧化性等缺点，很少单独使用。若单独使用，在弯曲时极易破坏。故常与基体材料复合，加工成型成不同的复合材料。
为了促进碳纤维与基体（金属、陶瓷、橡胶等）两相之间的粘接，提高复合材料性能，一般对碳纤维进行涂层处理，所获得的涂层制品皆可称之为碳纤维中间产品。树脂基复合材料中间制品将是热固性或热塑性树脂浸渍、涂膜或混炼到碳纤维束丝或短切纤维。毡或织物中制成不同品种的预浸料、粒料和片状模塑等半成品；金属基复合材料中间制品是采用CVD、熔融金属预浸剂、离子镀和电镀等方法，将涂层物（如钛硼钠锌镁铜锆硅及其碳化物）复合到碳纤维表面，制成涂层（单层成分或多层成分）的碳束丝，再通过基体金属熔融，使液态金属基体均匀地浸渍到已涂层地纤维束中，形成金属基复合体。
由于碳纤维为圆截面，比表面积小，边缘活性原子少，表面能低，表面与树脂接触角大，使得纤维与树脂接触不良。为了克服这些缺陷，常对纤维进行表面氧化处理、涂层处理、电聚合和电沉积处理、等离子体处理。氧化处理由气相、液相、阳极氧化三类。所有的氧化处理都是减量处理，即纤维在氧化的刻蚀作用下，被清洁、剥离和粗化。涂层法一般多应用沉积土层法，在高温或还原气氛中使金属卤化物等以碳化物的形式在纤维表面形成沉积膜。电聚合法是将现瓦诶作为阳极，在电极液中加入含不饱和的丙稀酸酯、苯乙烯、丙稀腈等大单体，通过电极反应产生自由基，在纤维表面发生聚合形成含有大分子支链的碳，以提高碳纤维表面活性。
对碳纤维进行等离子表面处理的研究和应用成果很多。目前，常用的方法由（1）冷等离子体表面处理。在低压（2～20Pa）下，相密闭的容器输入高频电源（一般13.6Hz）电感耦合而使气体产生等离子，依气体的化学处理活性不同，可分为惰性气体（N2、Ar、He）等离子体处理活性气体（O2、NH3、CO2）等离子体处理。（2）电晕放电等离子体处理，使用的气体可以是惰性气体或活性气体、碳纤维表面等离子体处理后，拉伸强度提高70％左右。
2.1 玻璃纤维
在拉制连接玻璃纤维中，在单根纤维表面涂敷的一种由粘结组分、润滑组分和表面活性剂配置合成的乳液统称为浸润剂，分成纺织型和增强型两种。20世纪80年代国外开发了增强纺织型浸润剂。中国使用的纺织型浸润剂主要是石蜡型浸润剂。国际上广泛使用的是淀粉－油浸润剂。纺织型浸润剂具有良好的集束性、浸滑性、成膜性和抗静电性。主要用于生产玻璃纤维纺织加工制品，如玻璃纱线和织物等。增强型浸润剂是专门为了生产增强用玻璃纤维发展起来的，它除了能满足纤维生产工艺要求外，还要满足纤维制品加工以及玻璃纤维复合材料成型中的多方面要求，更主要的是改善树脂对纤维浸润行，提高树脂与纤维的粘接力。主要成分油：成膜剂、偶联剂、润滑剂和润湿机、抗静电剂及其它添加剂。
增强纺织型亲润剂是国际上80年代新发展的用于三向编织纱的亲润剂，其纱既有良好的纺织性能既有良好的纺织性能，可经受苛刻的制造条件而保持较高的强度，又可直接浸润树脂，有较高的浸透性。此种浸润剂的成膜剂主要采用水溶性聚氨酯乳液，聚丙烯酸酯乳液等。此种浸润剂已在中国研制成功，定名为N-40系列增强型亲润剂。
研究表明，玻璃纤维经0.2％阳离子活性剂水溶液处理后，耐磨性提高200多倍，经A-172硅烷偶联剂处理，耐扭断性液可大幅度提高。而且，经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维能有效地解决玻璃纤维增强聚丙烯复合材料中，由于聚丙烯基体材料地非常性而导致纤维界面粘性差，影响复合材料的力学性能的问题，研究表面，马来酸酐接枝改性的基体与未经偶联剂溶液处理的玻璃纤维能产生化学反应，形成良好的界面粘性，显著提高复合材料的拉伸、弯曲性能。
2.3 超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高模量的独特性能，其力学性能已超过了KEVLAR纤维。质轻、耐磨、耐腐蚀、优异的耐冲击性能。但由于聚乙烯大分子无极性基团，无化学活性，表面能很低，纤维与树脂之间难以产生化学键结合，纤维分子与树脂分子之间不易产生较强的相互作用力，纤维液不易倍树脂浸润。纤维表面光滑，纤度较高，比表面积小，不利于纤维与树脂的结合。
改善纤维粘接强度的有效方法之一是在纤维的表面引入反应性基团，使制能与基体材料分子上的基团反应，同时，又能增加纤维表面能，并改善纤维的浸润行。引入反应性基团通常采用化学刻蚀或接枝，涂层和氧化等方法，但因纤维的化学惰性，很难改善纤维的表面粘合性。低温等离子体表面改性能有效地提高纤维地表面能，并引入极性基团，产生刻蚀，从而提高和改善纤维与树脂地结合能力，而对纤维地性能损伤很小。
有机气体或蒸气和通过等离子态形成聚合物，在纤维比哦阿门形成涂层，从而改变表面性能。如：丙稀胺等离子处理UHMW-PE纤维时，在纤维表面形成地聚合物层中含有大量地一级胺，少量地二级胺、三级胺、腈等官能团，还有CO、CN等不饱和官能团，是纤维地界面粘合性有所改善。但对纤维本身强度有轻微地损伤。
日本三菱化成公司对浸渍环氧树脂钱地UHMW-PE纤维进行火焰处理，制得的预浸料和片材适用于作船舶的结构构件和建筑板材。Stamicarbon公司采用材氧或二氧化碳中进行电晕来处理UHMW-PE纤维表面，大大提高了纤维对聚酯、环氧和聚酰胺基材的粘结性，处理后纤维的熔点可提高8℃。另外，在纺丝液中添加填料液可改善纤维的粘结性、浸润性。
2.4 芳纶纤维
芳纶纤维表面改性方法主要有化学改性和物理改性方法两种。化学改性是通过硝化/还原、卤氯磺化等化学反应，在纤维表面引入胺基等活性或极性基团，通过化学键合或极性作用提高纤维与基体之间的粘合强度；而物理改性方法则是通过等离子体，电子束等物理技术对纤维表面进行刻蚀和清洗，并在纤维表面引入羟基、 羰基等极性或活性基团，还可以在纤维表面形成一些活性中心，进而引发接枝聚合，通过刻蚀、清洗、活化和接枝的综合作用，改善纤维表面的物理和化学状态，进而提高纤维与基体之间的相互作用。在上述改性方法中，冷等离子体改性是应用最为广泛的一种。
有些学者将一种大分子接枝偶联剂MGC, 采用等离子体处理将大分子直接接枝到F-12.采用硅烷偶联剂A和双官能的大分子预聚物B在适当的催化剂催化下生成大分子接枝偶联剂MGC系列，将纤维收卷在框上，在120℃、20㎜Hg真空干燥5h，然后将框放入等离子体腔中，使用N2等离子体在0.1㎜Hg的真空下，对纤维预处理30h将预处理的纤维涂上接枝剂，将溶剂烘干后进行等离子体接枝反应。结果表明：在F－12/环氧复合材料的界面上存在应力集中，小分子量的MGCj接枝剂等离子体接枝后，能够消除应力集中，但是不能增强纤维表面与树脂基体之间的相互作用，反而形成弱界面层；大分子量的MGC接枝到纤维表面以后，能够在纤维表面与树脂基体之间引入扩散界面，不但能够消除应力集中，而且使界面性能有较大提高。
3 、 结束语
以上介绍了几种高性能纤维的相对成熟的表面处理技术，这些处理技术所产生的产品有的已经进入市场，在各行各业发挥其独特的作用，有的还处于市场探索阶段。国内外纺织界正在共同努力，不断研究开发新的高性能纤维剂及其表面处理方法，高性能纤维必将在人们的日常生活和国家建设中发挥重要的作用。
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