碳纖維作為一種高性能的增強(qiáng)材料，廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料中以提高其機(jī)械性能。而聚醚醚酮（PEEK）作為一種優(yōu)秀的熱塑性樹脂，具有出色的生物相容性、力學(xué)相容性、耐熱性、耐磨性等特點，因此，碳纖維與聚醚醚酮的結(jié)合形成復(fù)合材料，在航空航天、電子電氣、機(jī)械工業(yè)、生物工程等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，碳纖維與樹脂基體的界面結(jié)合強(qiáng)度是影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素之一。為了改善這一界面結(jié)合強(qiáng)度，研究人員采用了高溫氣相氧化法對碳纖維進(jìn)行處理，以期提高碳纖維與聚醚醚酮基體的結(jié)合強(qiáng)度。

高溫氣相氧化是一種通過高溫氧化氣氛對碳纖維表面進(jìn)行刻蝕和官能團(tuán)引入的處理方法。在這一過程中，碳纖維表面的活性得以提高，從而增強(qiáng)了與樹脂基體的結(jié)合能力。本研究將探討碳纖維高溫氣相氧化對聚醚醚酮復(fù)合材料拉伸和層間剪切性能的影響，為復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)用提供理論支持。

首先，我們研究了不同氧化工藝條件對碳纖維表面性質(zhì)的影響。通過改變氧化溫度、時間以及氣氛組成，觀察碳纖維表面刻蝕程度和官能團(tuán)引入情況。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)难趸瘲l件下，碳纖維表面出現(xiàn)了明顯的刻蝕現(xiàn)象，同時引入了一定數(shù)量的含氧官能團(tuán)。這些官能團(tuán)的存在增強(qiáng)了碳纖維表面的極性，有利于與聚醚醚酮基體形成良好的界面結(jié)合。

接下來，我們制備了碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料，并對復(fù)合材料的拉伸和層間剪切性能進(jìn)行了測試。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過高溫氣相氧化處理的碳纖維復(fù)合材料在拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度方面均表現(xiàn)出明顯的提高。這主要歸因于碳纖維表面刻蝕和官能團(tuán)引入所帶來的界面結(jié)合強(qiáng)度的提高。

在拉伸性能方面，碳纖維高溫氣相氧化處理使得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度得到了顯著提升。這是因為氧化處理后的碳纖維表面粗糙度增加，與聚醚醚酮基體的接觸面積增大，從而提高了界面結(jié)合力。此外，含氧官能團(tuán)的引入也增強(qiáng)了碳纖維與基體之間的化學(xué)鍵合作用，進(jìn)一步提高了拉伸強(qiáng)度。

在層間剪切性能方面，碳纖維高溫氣相氧化處理同樣表現(xiàn)出了顯著的改善效果。由于碳纖維表面刻蝕和官能團(tuán)引入的作用，復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度得到了顯著提高。這意味著在受到剪切力作用時，復(fù)合材料能夠更好地抵抗層間剝離現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了復(fù)合材料的整體性能。

此外，我們還對碳纖維高溫氣相氧化處理后的復(fù)合材料進(jìn)行了熱穩(wěn)定性和耐磨損性能的測試。結(jié)果表明，經(jīng)過氧化處理的碳纖維復(fù)合材料在熱穩(wěn)定性和耐磨損性能方面均表現(xiàn)出了良好的性能。這進(jìn)一步證明了高溫氣相氧化處理是一種有效的提高碳纖維與聚醚醚酮基體界面結(jié)合強(qiáng)度的方法。

綜上所述，碳纖維高溫氣相氧化處理對聚醚醚酮復(fù)合材料的拉伸和層間剪切性能具有顯著的影響。通過優(yōu)化氧化工藝條件，可以進(jìn)一步提高碳纖維與聚醚醚酮基體的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而改善復(fù)合材料的整體性能。這一研究為碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。