表面氧化系统通过从根本上改变石墨纤维的表面形貌和化学性质，显著提高了其性能。通过利用受控氧化环境，这些系统蚀刻掉无定形碳，同时在纤维表面引入极性官能团。这个过程将原本惰性的表面转化为适合粘合的表面，直接解决了碳纤维与树脂基体之间界面的挑战。
表面氧化通过双重机制改善界面性能：它增加了物理粗糙度以实现更好的互锁，并将表面能提高了 63%，以实现卓越的化学键合。
表面改性机制
要理解氧化系统如何工作，必须考察微观层面发生的具体变化。该过程同时针对纤维的物理结构和化学反应性。
物理蚀刻和互锁
表面氧化的主要物理作用是蚀刻掉纤维表面的无定形碳。
这种选择性去除会产生更粗糙的表面纹理。这种增加的粗糙度允许纤维和基体之间实现更强的物理互锁，从而防止在负载下发生滑动。
化学活化
同时，氧化环境在纤维表面引入了极性官能团。
石墨纤维天然是非极性且疏水的，这使得它们难以与典型的极性树脂基体粘合。这些官能团的引入充当了桥梁，实现了纤维与树脂之间牢固的化学键合。
可量化的性能指标
表面氧化带来的改进不仅仅是理论上的；它们可以通过纤维性能的特定变化来衡量。
D 峰强度增加
该过程导致 D 峰强度大约增加了 40%。
在碳纤维分析中，D 峰代表碳晶格上的无序或缺陷位点。虽然“缺陷”听起来是负面的，但在这种情况下，它表明表面结构已成功改性，为基体提供了更多的锚固点。
表面能升高
数据显示，处理后表面能增加了 63%。
较高的表面能对于润湿性至关重要。它确保液体树脂能够流入纤维的微观纹理，而不是在表面上形成珠状，从而确保无孔隙的界面。
理解关键要求
尽管益处显著，但该过程非常依赖精度。
受控环境的重要性
主要参考资料明确指出，这些结果是在受控氧化环境中实现的。
这个区别至关重要。不受控制的氧化可能导致过度点蚀或损坏下方的石墨结构，从而可能削弱纤维的拉伸强度。目标是改性表面而不损害核心结构完整性。
为您的目标做出正确选择
在评估用于复合材料应用的表面氧化时，请考虑您的具体性能目标。
- 如果您的主要重点是树脂相容性：引入极性官能团和表面能增加 63% 将是确保与极性基体正确润湿的关键因素。
- 如果您的主要重点是载荷传递：D 峰强度增加 40% 和无定形碳的蚀刻是表面足够粗糙以实现机械互锁的关键指标。
表面氧化将石墨纤维从惰性结构元素转变为化学活性增强剂。
总结表：
| 特性 | 改性效果 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 表面纹理 | 无定形碳的蚀刻 | 增强物理机械互锁 |
| 化学基团 | 引入极性官能团 | 促进与树脂的牢固化学键合 |
| 表面能 | 增加 63% | 提高润湿性并确保无孔隙界面 |
| D 峰强度 | 增加 40% | 为基体提供更多锚固点 |
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