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复舍材料亏报第25卷第5期1O月2008年

∞‰∞Vol_25No．5October20O8

文章编号：1000—3851(2008)05—0064—05

表面处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

宋艳江，高鑫，朱鹏，王晓东，黄培
(南京工业大学化学化工学院，材料化学工程国家重点实验室，南京210009)

摘要：采用空气氧化法和硝酸氧化法对碳纤维进行表面处理，研究了碳纤维(CF)增强热塑性聚酰亚胺(TPI)
复合材料的力学性能。采用Boehm滴定方法测定了经过硝酸处理后CF表面酸性官能团数量。结果表明：CF表
面酸性官能团的数量随着浓硝酸处理时间的增加而增加；浓硝酸处理效果比空气氧化好，当浓硝酸处理CF的时
间为20min时，CF／TPI复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高1O和14，XPS表明此时CF表面活性官能
团比未处理增加35．89％。AFM表明，浓硝酸对CF表面刻蚀沟明显；SEM表明，CF与TPI基体之间形成良好
的界面，CF起到了增强效果。
关键词：聚酰亚胺；碳纤维；表面处理；浓硝酸；力学性能
中图分类号：TB332；TQ327．1文献标志码：A

Mechanicalpropertiesofcarbonfibermodifiedthermoplasticpolyimidewithsurfacetreatment

SONGYanjiang，GAOXin，ZHUPeng，WANGXiaodong，HUANGPei
(StateKeyLaboratoryofMaterials—OrientedChemicalEngineering，CollegeofChemistryandChemical

Engineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)

Abstract：Theshortcutcarbonfibers(CF)weretreatedbyairoxidationandnitricacidoxidation，andthe
mechanicalpropertiesofCFreinforcedthermoplasticpolyimide(TPI)resinmatrixcomposites(CF／TPI)were

studied．TheresultsofBoehmtitrationmethodshowthattheacidicfunctionalgroupsonthetreatedsurfaceofCF

increaseasthetreatingtimeextends，andthenitricacidoxidationisbetterthantheairoxidation．Comparedwith

theuntreatedcomposite．thetensilestrengthandflexuralstrengthareimprovedby10and14，whenthe

treatmenttimeofnitricacidis20rain．X—rayphotoelectronspectroscopy(XPS)indicatesthattheacidicoxygen

functionalgroupsonCFincreaseby35．89．Theatomicforcemicroscopy(AFM)imagesshowthatthenitric

acidiscapableofincreasingtheroughnessofCF．Thescanningelectronmicroscopy(SEM)photographofthe

fracturesurfacerevealsthatthereisinterfacebondingbetweentreatedCFandTPI．

Keywords：polyimide；carbonfiber；surfacetreatment；concentratednitricacid；mechanicalproperties

聚酰亚胺以其优异的耐高、低温，耐腐蚀，自起复合材料自身缺陷，因此在碳纤维使用时一般对
润滑性能，以及突出的力学性能受到国内外的普遍其进行表面改性]。王军祥等利用空气氧化处理
关注_1]。而热塑性聚酰亚胺(TPI)相比热固性聚CF增强尼龙[9]，关新春等液相氧化CF增强水泥石
酰亚胺具有更好的加工性能，可以一次成型结构复性能口，王玉国等利用表面处理三维编织碳纤维
杂的制品，TPI及其复合材料对满足航空航天、电增强环氧复合材料力学性能口，丁美平等利用不
子工业等领域对尖端材料的需求具有重要意义_3]。同方法处理CF增强PTFE复合材料[1，都是通过
碳纤维(CF)以其高比强度、耐磨损、耐