短切碳纤维表面改性及其增强聚四氟乙烯复合材料性能的研究

       采用偶联剂对短切炭纤维表面改性，然后和聚四氟乙烯（PTFE）粉料混合，冷压成型，烧结固化等手续制备了短切炭纤维增强PTFE复合材料。研究了不同类型偶联剂，其最佳用量和表面改性的工艺条件。结果表明，复合材料的力学性能和耐化学腐蚀性能均优于同类材料。

       炭纤维自六十年代开发成功以来，由于其优异的力学性能和不可代替的某些特性而得到了突飞猛进的发展，它被广泛应用于要求轻质、高弹性模量，高强度和耐腐蚀的特殊领域。炭纤维一般不单独使用，而是和树脂及其它基体材料制成复合材料。在树脂基复合材料中采用环氧树脂为基体时，可有效地提高其比刚度；采用酚醛树脂和聚酰亚胺为基体时，则主要是考虑其耐热稳定性和耐烧蚀性；最近几年又相继对聚酰胺，聚碳酸脂等基体的复合材料进行了研究。聚四氟乙烯(PTEF)树脂以耐腐蚀、耐磨、耐热、电绝缘性和自润滑性等箸称，若用短切炭纤维增强制成复合材料，密度仅为钢材的四分之一，而强度、弹性模量、摩擦系数、耐化学腐蚀性等均远远好于钢材，也优于其它复合材料。然而，这方面近几年来开发研究甚少，究其原因主要是找不到一种适宜的成型方法，另外所得材料的力学性能也不很高。

       近期研究表明，短切炭纤维在增强聚四氟乙烯时，由于炭纤维表面过于光滑，且其弹性模量越高，其表面越光滑，以致复合材料的某些力学性能得不到提高，严重影响该类材料的开发和应用。为此，国内外学者曾采用氧化法如臭氧化处理、硝酸处理、空气氧化处理和阳极氧化处理来改善炭纤维表面的粗糙度，同时炭纤维在氧化的过程中在其表面还能生成某些活性基团，以提高结合力；另外也有采用晶须化法，即在1 100℃～1700℃的高温下使炭纤维表面生长出一些单晶的晶须，以增大纤维和基体间的接触面积，从而改善树脂和纤维之间的结合力。但是由于这类方法成本较高，目前炭纤维的表面处理多以空气氧化法和阳极氧化法为主，但表面改性效果不很明显。

      针对上述问题，本文系统地研究了用偶联剂使短切炭纤维表面改性的有关工艺过程。通过界面相理论和单分子层分布理论的研究，有效地提高短切炭纤维表面与聚四氟乙烯基体间的结合力。实验表明：短切炭纤维经偶联剂表面改性后，可适当提高复合材料的力学性能和耐化学腐蚀性，从而有可能扩大其应用领域。

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