碳纤维是机械性能较为强悍的一种新型材料，可与多种基体（树脂、金属、陶瓷等）相结合，加工制备成工业领域不可多得的高性能复合材料。不过了解过碳纤维的人应该知道，碳纤维本身具有较强的惰性，想要提高它与基体的结合效果，需要对之进行一定的表面处理，如上浆剂处理、表面氧化处理、纳米粒子改性处理或等离子体处理等。智上新材将结合国外专业论文，介绍另外一种碳纤维表面处理方法——火焰加热，该处理方式可以增加CF/PA6复合材料的界面粘结强度，从而提升复合材料整体性能。
　　
 
　　碳纤维表面火焰处理过程和简述
　　
　　国外科研团队在针对树脂传递模塑（T-RTM）工艺对CF/PA6复合材料的相关实验中，发现对碳纤维织物进行表面火焰处理，可以去除水分，并提高碳纤维与PA6树脂基体之间的界面粘结强度。在碳纤维干燥环节，即便干燥12小时，也会因为碳纤维表面亲水性上浆剂的存在，导致碳纤维表面残留水分，最终影响复合材料性能，因此团队采用火焰加热的方式进行表面处理。后经分析认为，火焰处理增加了碳纤维的表面活化能，这是提高碳纤维和树脂基体界面强粘结强度的原因。
　　
　　实验中使用丙烷气体(C3H8)对碳纤维织物表面进行火焰处理，火焰处理在大气环境下进行，火焰温度为900°C，处理时间为5秒钟，处理距离为100mm，在每层碳纤维织物的两侧都进行加热操作。碳纤维表面火焰处理有严格的要求，尽可能降低火焰对碳纤维自身和上浆剂层的损害，实验中仅选用火焰处理后重量损失小于0.1%的碳纤维试样。
　　
 
　　碳纤维表面火焰处理可增加CF/PA6界面粘结强度
　　
　　通过树脂传递模塑（T-RTM）工艺制备CF/PA6样品，并进行了拉伸试验，固化温度为120℃阶段时，对比了未经过和经过表面火焰处理的CF/PA6试样，可以直观的通过显微镜观察到微观图片中存在的差异。
　　
　　1、未经火焰处理（下图A）：发生不均匀聚合，形成了未反应区域，拉伸至断裂后表面断裂模式有2种，分别是纤维拔出和层间剥离，这2种断裂模式的出现，归因于纤维和基体之间的界面粘结强度较低。分析原因发现，低粘结强度很可能是由碳纤维表面残留的水分引起，残留水分的存在干扰了复合材料的聚合过程，导致催化剂部分失效，从而影响复合材料性能。
　　
　　2、经过火焰处理（下图B）：同样在120℃温度下，固化反应顺利进行，拉伸至断裂后未出现纤维拔出和层间剥离的情况，表明火焰处理有效的去除了碳纤维表面的水分，处理后表面自由能明显增加，直接提升了纤维和基体之间的界面粘结强度。
　　
 
　　再通过观察CF/PA6试样在火焰处理前后的应力-应变曲线（上图C），可以发现火焰处理显着提高了碳纤维与PA6基体之间的界面粘结强度，使得CF/PA6复合材料在拉伸载荷下没有发生剥离和纤维拔出断裂。通过微观图和应变曲线都可以证实，表面火焰处理确实是有利于制备CF/PA6复合材料的重要方式。