在脱浆阶段使用管式炉的主要目的是从碳纤维表面热剥离上浆剂和化学残留物。
通过在惰性气氛中将原始碳纤维在约 550 °C 的温度下烘烤，管式炉可以去除初始制造过程中应用的保护性聚合物涂层（上浆剂）。此过程会暴露原始碳表面，为先进的改性提供所需的纯净基准。
核心要点 脱浆是碳纤维复合材料界面工程的基础步骤。它不仅仅是一个清洁过程，更是结构完整性的先决条件；如果不去除这些残留物，后续的碳纳米管（CNT）等材料就无法牢固地附着在纤维上。
脱浆的机理
上浆剂的热去除
管式炉提供了一个可控的高温环境，用于烧掉商业上使用的“上浆剂”— 一种在处理过程中为保护纤维而应用的薄聚合物涂层。
在 550 °C 下，这些有机上浆剂会分解并汽化。这会在不机械损伤纤维的情况下，暴露其下方的碳结构。
惰性气氛的必要性
管式炉至关重要，因为它允许在加热过程中严格控制惰性气氛（通常是氮气）。
如果此过程在空气中进行，氧气会在这些温度下与碳发生反应，导致纤维本身发生氧化烧蚀（燃烧）。管式炉可确保仅去除上浆剂，而碳纤维保持完整。
为什么脱浆是先决条件
为催化剂沉积做准备
脱浆的直接目标是为催化剂的沉积提供一个清洁的基底。
如果残留物仍然存在，后续步骤中使用的催化剂颗粒将沉积在上浆剂之上，而不是碳上。随着上浆剂的降解或移动，催化剂的分布会变得不稳定。
确保碳纳米管牢固生长
最终目标通常是在纤维表面生长碳纳米管（CNT），以增强复合材料的强度。
为了使碳纳米管牢固生长并锚定在纤维上，它们需要与碳基底直接接触。脱浆消除了纤维与新型纳米材料之间的物理屏障，防止了应力下会失效的薄弱界面。
理解权衡
温度精度与纤维损伤
虽然管式炉能够实现精确加热，但温度控制至关重要。
如果温度过低，上浆剂残留物将无法去除，导致未来涂层附着力差。如果温度超过特定的脱浆窗口（例如，接近用于其他前驱体的 800 °C+ 的碳化温度），则有改变纤维固有机械性能或引入不希望的缺陷的风险。
气氛完整性
该过程的有效性完全取决于惰性气体的密封和流动。
即使管式炉环境中出现微小的泄漏，也会引入氧气。在 550 °C 下，氧气的进入不仅会清洁纤维，还会开始蚀刻和降解纤维直径，从而显著降低最终材料的拉伸强度。
根据您的目标做出正确选择
无论您是为研究还是工业应用制备纤维，脱浆参数都必须与您的下游加工需求相匹配。
- 如果您的主要重点是表面纯度：确保您的管式炉保持稳定的 550 °C，以完全分解有机残留物，而不会出现热过冲。
- 如果您的主要重点是复合材料强度（CNT 接枝）：验证惰性气氛是否得到严格维持，以防止表面出现点蚀，从而确保 CNT 锚定在光滑、未损坏的基底上。
任何先进碳纤维改性的成功都完全依赖于此次初始表面处理的质量。
总结表：
| 工艺阶段 | 温度 | 气氛 | 关键目标 |
|---|---|---|---|
| 脱浆 | ~550 °C | 惰性（氮气） | 热去除聚合物涂层/上浆剂 |
| 表面处理 | 受控 | 严格惰性 | 暴露原始碳以进行催化剂沉积 |
| 增强 | 可变 | 受控 | 确保 CNT 牢固锚定和界面强度 |
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参考文献
- Suma Ayyagari, Marwan Al‐Haik. Mitigating Crack Propagation in Hybrid Composites: An Experimental and Computational Study. DOI: 10.3390/jcs8040122
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
