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表面処理された炭素繊維の比較物理・力学特性評価
Comparative Physical-Mechanical Properties Assessment of Tailored Surface-Treated Carbon Fibres.
PMID: 32674389 DOI: 10.3390/ma13143136.
抄録
炭素繊維（CF）は、軽量で耐久性のある構造物を構築するために、繊維強化複合材料に広く使用されている。その表面は不活性であるため、マトリックス材料との効果的な接着ができないため、繊維の表面処理により、両者の接着性を向上させることが提案されている。本研究では、繊維に与える機械的強化の観点から、さまざまな表面処理を比較した。プラズマ処理と電気化学的処理の2つの主要な先端技術が研究されています。具体的には、アクティブスクリーンプラズマと低圧プラズマを比較した。電気化学的処理については、アクリル酸及びメタクリル酸,アクリロニトリル及びN-ビニルピロリジンのモノマー溶液の電気化学的酸化及び電解重合をHTA-40 CFsについて試験した。表面処理の効果を評価するために、繊維のモルフォロジー,物理化学的特性,機械的完全性を調査した。また、複合材料におけるCF表面とポリマーマトリックスの相間接着性についても分析した。カーボンファイバーの物理的・機械的特性の改善は、アクティブスクリーンプラズマ処理と電気化学的酸化処理の場合に顕著であった。
Carbon Fibres (CFs) are widely used in textile-reinforced composites for the construction of lightweight, durable structures. Since their inert surface does not allow effective bonding with the matrix material, the surface treatment of fibres is suggested to improve the adhesion between the two. In the present study, different surface modifications are compared in terms of the mechanical enhancement that they can offer to the fibres. Two main advanced technologies have been investigated; namely, plasma treatment and electrochemical treatment. Specifically, active screen plasma and low-pressure plasma were compared. Regarding the electrochemical modification, electrochemical oxidation and electropolymerisation of monomer solutions of acrylic and methacrylic acids, acrylonitrile and N-vinyl pyrrolidine were tested for HTA-40 CFs. In order to assess the effects of the surface treatments, the morphology, the physicochemical properties, as well as the mechanical integrity of the fibres were investigated. The CF surface and polymeric matrix interphase adhesion in composites were also analysed. The improvement of the carbon fibre's physical-mechanical properties was evident for the case of the active screen plasma treatment and the electrochemical oxidation.