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碳纤维(CF)增强树脂基复合材料(CFRP)是先进复合材料的典型代表,具有密度小、力学性能优异、耐热、耐低温等优点,在航空航天、军事、汽车、体育等领域具有重要的应用前景。然而CF表面光滑呈惰性,与树脂基体的界面粘结性差,限制了CFRP复合材料性能的发挥。针对CF与与树脂基体界面粘结性差这一问题,本文分别选用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂(EP)作为复合材料的增强相和树脂基体,展开CF的表面处理及其CFRP复合材料的研究。本文采用氨水处理和浓HNO3处理对CF进行表面改性,并分别采用处理前后的CF制备了CF/EP复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、元素分析(EA)、X-光电子能谱(XPS)、拉伸强度测试及动态接触角分析(DCAA)等方法研究了处理前后CF表面形貌、表面粗糙度、表面元素组成及化学结构、单丝拉伸强度及表面浸润性能的变化。通过单丝拔出实验测试复合材料的界面结合强度(IFSS)来表征复合材料的界面粘结性能。首先,考察了氨水处理对CF表面及其增强EP复合材料界面性能的影响。结果表明,经氨水处理之后,CF表面粗糙程度增大;表面化学组成没有明显变化;CF单丝拉伸强度随处理时间延长而下降,最大降低了18.8%;表面浸润性能得到改善;处理时间为120h时,CF/EP复合材料的IFSS由未处理时的25.1MPa提高到38.9MPa,提高了55.0%,表明表面粗糙度的增加能有效提高CF/EP复合材料的界面粘结。其次,考察了浓HNO3处理对CF表面及其增强EP复合材料界面性能的影响。经浓HNO3处理之后,不仅CF表面粗糙程度增加,表面活性官能团的数量也大大提高了;CF单丝拉伸强度随处理时间延长而下降,最大降低了28.2%;CF对极性强的去离子水的浸润性明显提高,表面自由能增加了8.1%;浓HNO3处理90min时,CF/EP复合材料的IFSS提高了77.2%。将CF表面特性与CF/EP复合材料IFSS结合分析得出:机械锚定和化学键合两种作用同时存在时,机械锚定作用对复合材料的界面粘结起主导作用。最后,基于提高CF/EP复合材料的界面粘结性能的目标,探讨了氨水处理和浓HNO3处理对CF的改性机理,研究了表面粗糙度对复合材料界面性能的影响,分析了机械锚定和化学键合两种作用共同出现并对复合材料界面性能起改善作用时,两个因素之间的关系,以及起主导作用的因素,对碳纤维与树脂间相容性机理的研究具有指导作用。