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碳纖維是一種由碳原子組成的纖維材料，具有輕質高強、耐高溫、耐腐蝕、導電等優異性質。其基本結構為六角形晶格的長鏈形態，可分為單向纖維和多向纖維兩種形式。在航空航天、汽車、體育器材等領域有廣泛的應用。

碳纖維表面的石墨結構和極性官能團的缺失導致了其與樹脂間較差的浸潤性。表面低反應活性導致碳纖維和樹脂界面粘結強度弱，從而不利于復合材料的宏觀力學性能。因此，要解決這個問題并滿足實際條件下復合材料的力學性能需求，有必要對碳纖維表面進行改性。近年來，等離子體表面改性技術因其短暫作用時間、環保特性，以及僅改變表層而不影響基體內部性能的優勢，備受研究者青睞。

等離子體對碳纖維表面改性

等離子體是一種介于氣體和固體之間的物態，其粒子部分電離，形成正電離子和自由電子。在電磁場的作用下，電離粒子展現復雜行為，如激發態、離子碰撞和電子重組。等離子體技術，特別是氣體放電技術，可用于改性碳纖維復合材料。等離子體含有眾多活性粒子如電子、離子和激發態原子，其優點包括低激發溫度、高活性粒子濃度、操作簡便、高效且無污染，被廣泛應用于材料表面處理等領域。

等離子處理碳纖維原理

等離子體處理能明顯改善碳纖維表面與樹脂基體的結合力且不影響纖維本身的強度。對于等離子體處理碳纖維表面的作用原理有不同的解釋:

（1）等離子體處理可以在碳纖維表面引入活性基團，例如羥基(-OH)、羰基(-COOH)、氨基(-NH2)等，這些活性基團能夠增加表面的極性，提高與樹脂基體之間的親和力，從而增強界面的粘合強度;

（2）等離子體處理可以清除碳纖維表面的雜質和氧化層，同時活化表面，使其更容易與樹脂基體發生化學反應或物理吸附，從而提高了界面的結合力;

（3）等離子體處理可能會在碳纖維表面引起微觀結構的改變，例如微觀凹凸、納米級粗糙度的增加等，這些結構的改變能夠增加表面積，提高與樹脂基體的接觸面積，有利于界面的結合;

（4）等離子體處理過程中可以將功能化納米材料(如納米顆粒、納米管等)引入到碳纖維表面，這些納米材料可以增強表面的粗糙度和活性基團密度，進一步提高了表面與樹脂基體的結合力;

（5）等離子體處理過程中的離子轟擊效應可以使表面的結晶度增加、斷裂面增多，從而增加了表面的能量和活性，有利于界面的結合。

等離子體處理對碳纖維表面改性作用分類

綜上，等離子體處理能夠通過多種機理改善碳纖維表面與樹脂基體的結合力，等離子體處理可以改變碳纖維表面的化學組成、形貌和能量狀態，引入功能基團、增加表面能量，這些改變能有效提高碳纖維與聚合物基體之間的界面粘附強度，從而提高復合材料的性能和應用范圍。