碳纤维是一种由碳原子组成的纤维材料，具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀、导电等优异性质。其基本结构为六角形晶格的长链形态，可分为单向纤维和多向纤维两种形式。在航空航天、汽车、体育器材等领域有广泛的应用。

碳纤维表面的石墨结构和极性官能团的缺失导致了其与树脂间较差的浸润性。表面低反应活性导致碳纤维和树脂界面粘结强度弱，从而不利于复合材料的宏观力学性能。因此，要解决这个问题并满足实际条件下复合材料的力学性能需求，有必要对碳纤维表面进行改性。近年来，等离子体表面改性技术因其短暂作用时间、环保特性，以及仅改变表层而不影响基体内部性能的优势，备受研究者青睐。

等离子体对碳纤维表面改性

等离子体是一种介于气体和固体之间的物态，其粒子部分电离，形成正电离子和自由电子。在电磁场的作用下，电离粒子展现复杂行为，如激发态、离子碰撞和电子重组。等离子体技术，特别是气体放电技术，可用于改性碳纤维复合材料。等离子体含有众多活性粒子如电子、离子和激发态原子，其优点包括低激发温度、高活性粒子浓度、操作简便、高效且无污染，被广泛应用于材料表面处理等领域。

等离子处理碳纤维原理

等离子体处理能明显改善碳纤维表面与树脂基体的结合力且不影响纤维本身的强度。对于等离子体处理碳纤维表面的作用原理有不同的解释:

（1）等离子体处理可以在碳纤维表面引入活性基团，例如羟基(-OH)、羰基(-COOH)、氨基(-NH2)等，这些活性基团能够增加表面的极性，提高与树脂基体之间的亲和力，从而增强界面的粘合强度;

（2）等离子体处理可以清除碳纤维表面的杂质和氧化层，同时活化表面，使其更容易与树脂基体发生化学反应或物理吸附，从而提高了界面的结合力;

（3）等离子体处理可能会在碳纤维表面引起微观结构的改变，例如微观凹凸、纳米级粗糙度的增加等，这些结构的改变能够增加表面积，提高与树脂基体的接触面积，有利于界面的结合;

（4）等离子体处理过程中可以将功能化纳米材料(如纳米颗粒、纳米管等)引入到碳纤维表面，这些纳米材料可以增强表面的粗糙度和活性基团密度，进一步提高了表面与树脂基体的结合力;

（5）等离子体处理过程中的离子轰击效应可以使表面的结晶度增加、断裂面增多，从而增加了表面的能量和活性，有利于界面的结合。

等离子体处理对碳纤维表面改性作用分类

综上，等离子体处理能够通过多种机理改善碳纤维表面与树脂基体的结合力，等离子体处理可以改变碳纤维表面的化学组成、形貌和能量状态，引入功能基团、增加表面能量，这些改变能有效提高碳纤维与聚合物基体之间的界面粘附强度，从而提高复合材料的性能和应用范围。