碳纤维增强树脂基复合材料的比强度高、比模量大、尺寸稳定性好、耐腐蚀和耐疲劳，广泛应用在航空航天、武器装备、海洋舰船、体育器材制造等领域[1,2]
但是，碳纤维与树脂基体复合时，界面相的稳定性需要特别关注
其原因是，性能优良的界面可使增强纤维与树脂基体紧密结合，在连续相和分散相之间通过界面层传递应力
而碳纤维光滑的表面和较强的化学惰性，使其与基体树脂间的浸渍和润湿效果不理想，导致复合材料的界面薄弱
在加载条件下不稳定的界面容易产生初始损伤，严重降低结构的整体性能
为了消除碳纤维的表面惰性和提高基体对纤维润湿，可进行基于化学和物理方法的改性，包括氧化氟化[3,4]、电泳沉积[5]、高能粒子轰击[6~8]、偶联及硅烷表面化处理等[9,10]
这些基于纤维表面修饰的改性方法在增强复合材料界面性能方面取得了很大进展，但是改性效果需要进一步提高
例如，在基于等离子体技术的改性应用方面，须考虑进一步抑制改性的时效性和实现稳定的工业化制造等[11,12]
碳纤维的直径只有5~10 μm，而一根纤维束包含成千上万根单丝，这导致表面等离子体改性效果产生不均匀性
为了揭示改性后碳纤维增强树脂基复合材料界面性能的离散程度，本文用等离子体表面改性和等离子体接枝改性碳纤维/环氧树脂基复合材料，研究其对界面不均匀性的影响
1 实验方法1.1 实验用材料
复合材料增强相和基体相分别为聚丙烯腈基碳纤维(GQ3522，直径6.9 μm，3 K)和环氧树脂(E51 618，环氧当量188~196)
在碳纤维表面用作接枝剂的环氧树脂与复合材料的基体相同
固化剂是4, 4'-二氨基二苯甲烷(DDM，活泼氢当量49.6)和异佛尔酮二胺(IPDA，活泼氢当量42.6)
按照质量比E51∶DDM∶IPDA=12∶2∶1(也即环氧基团与活泼氢原子摩尔比为1∶0.64∶0.37)制备复合材料基体树脂的固化体系，其室温下凝胶时间约为5 h
其它试剂是丙酮和蒸馏水
1.2 碳纤维改性及其复合材料的制备
先用丙酮清洗去除碳纤维表面的污染物，再用蒸馏水清洗并烘干
进行等离子体接枝改性前进一步采用浓度为1%~10%的环氧树脂/丙酮溶液浸渍碳纤维，然后在60℃/2 h干燥以去除丙酮溶剂
对经过环氧树脂/丙酮溶液浸渍的碳纤维实施低温等离子体处理，即进行等离子体接枝改性；同时，对没有经过表面浸渍的碳纤维进行等
声明：
“碳纤维/环氧复合材料界面改性的不均匀性” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：王乾,蒲磊,贾彩霞,李志歆,李俊
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2025年05月16日 ~ 18日 
