稀土溶液处理可有效提升CF/PI复合材料的力学性能

　　提升碳纤维复合材料性能的方式有很多，其中碳纤维表面处理是较为常用的一种。碳纤维自身惰性较强，表面处理后的碳纤维界面会保留较多的官能团，在与基体材料键合时提供更好的粘连效果，形成的复合材料的力学性能会有一定的提升。空气氧化是目前常用的一种处理方法，普遍应用于碳纤维与热固性树脂的制备中。智上新材料将结合专业论文，介绍另一种可应用于热塑性碳纤维复合材料制备的处理方法，即稀土溶液处理法（RES），稀土溶液处理后的碳纤维与聚酰亚胺（PI）树脂融合，形成的热塑性CF/PI复合材料在力学性能方面有更为出色的表现。

　　稀土溶液处理后，CF/PI复合材料力学性能提升明显

　　1、拉伸性能：对比不同重量百分比下稀土溶液处理后的CF/PI试样，拉伸强度分别为114.5MPa（0.1wt%）、118.5MPa（0.2wt%）、123.5MPa（0.3wt%）、120MPa（0.4wt%）和117.5MPa（0.5wt%）；拉伸模量分别为3.02GPa（0.1wt%）、3.13GPa（0.2wt%）、3.27GPa（0.3wt%）、3.16GPa（0.4wt%）和3.07GPa（0.5wt%）。在0.3wt%重量百分比下，拉伸强度和模量提升达到峰值。

　　对比0.3wt%重量百分比下，未处理、空气氧化处理和稀土溶液处理后的CF/PI试样的拉伸强度和模量数据，其中拉伸强度分别是103MPa、113Pa和123Pa,拉伸模量分别是2.75GPa、2.85GPa和3.25GPa,稀土溶液处理后的CF/PI试样的拉伸性能提升更为明显。

　　用电镜扫描未处理、空气氧化处理和稀土溶液处理后的CF/PI试样截面，其中未处理的试样表面（图a）较为光滑，纤维和树脂之间存在较大的间隙，粘黏性较差；空气氧化处理后的试样表面（图b）稍显粗糙，碳纤维和树脂之间依然存在不小的间隙，而且碳纤维有明显的倾斜，这是因为空气氧化处理后增加了表面官能团和粗糙度，提升了粘黏性，但同时对碳纤维造成了一定的损伤，总体来说拉伸强度和模量有一定的提升；稀土溶液处理后的试样表面（图c）表面也比较光滑，碳纤维没有从基体中拉出，被基体包裹得较为紧实，整体粘黏性更好，能够传递更大的应力载荷，因此拉伸强度和模量有了更大的提升。

　　2、抗弯性能：在载荷力9N和滑动频率4Hz的环境下，测试未处理、空气氧化处理和稀土溶液处理后的CF/PI试样的弯曲强度和模量数据，其中弯曲强度分别为150MPa、170MPa和178MPa,弯曲模量分别为5.67GPa、5.75GPa和5.79GPa,稀土溶液处理后的CF/PI试样的拉伸性能提升较为明显。

　　稀土溶液处理对于CF/PI复合材料力学性能的提升是较为明显的，但该处理方式不一定适用于所有的热塑性碳纤维复合材料。智上新材料认为，想要打开热塑性碳纤维这扇门，批量制备出性能更好的热塑性碳纤维复合材料（如CF/PEEK、CF/PPS等），并将之成熟的应用于各行各业，不仅需要更多的技术和资金的投入，而且需要更多企业和组织的参与，同样还需要国家政策的大力倾斜，这是一个需要长久接力、共同努力才能完成的事业。