硝酸氧化处理对热塑性CF/TPI复合材料拉伸性能的影响

　　碳纤维与高性能热塑性树脂的融合，形成了机械性能更好、耐用性更强、加工难度更低的新型复合材料，但是碳纤维自身表现较差的润湿性，而热塑性树脂高温熔融状态具有极高的粘度，使得热塑性碳纤维复合材料在制备阶段出现了不少的困扰。碳纤维表面惰性较强，需要经过一些表面处理，使其与热塑性树脂之间形成较强的化学键合作用。

　　为了提高碳纤维的润湿性和复合材料中的界面粘结性，较为常用的方法有湿法氧化处理，其中就包含硝酸氧化处理。硝酸氧化处理可以有效提高碳纤维与热塑性树脂的界面粘结强度，从而提高机械性能。智上新材料将结合专业论文，介绍硝酸氧化处理对热塑性CF/TPI复合材料拉伸性能的影响。

　　硝酸氧化处理对热塑性CF/TPI复合材料拉伸性能的影响

　　1、硝酸氧化处理：在120℃下回流5小时的硝酸氧化，获得表面氧化处理的碳纤维，然后用蒸馏水清洗至pH变成中性。

　　2、制备CF/TPI复合材料：将碳纤维和聚酰亚胺在搅拌机中混合，将不同重量比的两种原料在模具中以120 MPa的压力压制2分钟，然后在345℃下以40 MPa的压力烧结40分钟，冷却至室温时继续施加40MPa压力，制备出热塑性CF/TPI复合材料。

　　3、拉伸性能测试：根据标准GB/T1040-1992，将热塑性CF/TPI复合材料切割成窄腰哑铃形的拉伸试样，然后室温下在万能测试机上进行拉伸测试，拉伸速度以5mm/min进行。

　　4、测试结果：不同碳纤维含量的CF/TPI复合材料的抗拉性能如上图所示。从图中可以看出，当碳纤维重量含量为10%-30%时，抗拉强度和拉伸模量显着增加，当重量含量为30wt.%时，拉伸强度和模量达到顶点。后续进一步增加碳纤维含量反而会导致抗拉性能下降，这是因为过多的碳纤维容易团聚，导致复合材料分布不均匀，从而降低了复合材料的整体性，拉低了机械性能。

　　如上图所示，将硝酸氧化处理的热塑性CF/TPI复合材料，与未经氧化处理的热塑性CF/TPI复合材料进行对比，前者的抗拉强度和拉伸模量分别比后者提高了约28%和10%。从数据上可以直观的发现，经过硝酸氧化处理有效提高了碳纤维与热塑性树脂之间的兼容性和界面粘结性能，从而提高了复合材料的抗拉强度。