碳纖維因其具有高的比模量和比強(qiáng)度、良好導(dǎo)電性、耐腐蝕性以及較低的線性熱膨脹系數(shù)被作為增強(qiáng)相大量的應(yīng)用于聚合物復(fù)合材料。特別是航天航空以及門，越來越多的使用碳纖維代替金屬來減輕飛行器和交通運(yùn)輸工具的重量，提高其燃料效率和動(dòng)力學(xué)性能。然而，碳纖維由于表面邊緣活性碳原子少和表面能較低，表現(xiàn)出惰性的特點(diǎn)，并且與樹脂基體的潤濕性差，在生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料過程中產(chǎn)生的內(nèi)部孔隙也會(huì)導(dǎo)致纖維和基體之間界面不連續(xù)，這些都會(huì)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能造成不利影響，尤其對(duì)界面剪切，層間剪切、抗沖擊等性能。因此，提高碳纖維和基體的結(jié)合度，充分發(fā)揮碳纖維優(yōu)異性能，對(duì)于提升復(fù)合材料的性能具有重大的意義。
等離子體表面處理法是利用電化學(xué)放電或者高頻率的電磁波震蕩產(chǎn)生的高能量離子體（電子、離子、中性粒子）來轟擊纖維表面對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。一方面，高能量的粒子轟擊纖維表面導(dǎo)致了纖維分子的激發(fā)、電離、和化學(xué)鍵斷裂，在纖維表面上產(chǎn)生各種極性基團(tuán)和自由基，提高了纖維表面的潤濕性，從而增加了樹脂在纖維表面的粘附性。另一方面，高能量的電子通過加速較低溫度的活性離子引起了濺射效應(yīng)，可以清除纖維表面雜質(zhì)，使得纖維表面粗化，在纖維和樹脂基體之間形成機(jī)械聯(lián)鎖。氧等離子體處理還可以提高碳纖維表面含氧基團(tuán)的濃度，改善纖維表面的粗糙度。等離子處理法僅僅通過改變纖維表層的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)來提高纖維表面和基體間的粘結(jié)能力，而不會(huì)對(duì)纖維本體的大部分力學(xué)性能造成改變。
碳纖維和基體良好的浸潤性能是二者形成緊密界面的首要條件。碳纖維的直徑、粗糙度以及表面能都會(huì)對(duì)纖維的浸潤性有影響，其中表面粗糙度和表面能對(duì)浸潤性影響顯著。纖維表面能大于基體的表面張力是基體能夠在纖維表面形成有效浸潤的前提。
碳纖維的表面結(jié)構(gòu)是影響碳纖維表面浸潤性的重要因素，適當(dāng)?shù)臉O性表面更有利于提高碳纖維和基體的結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)等離子處理能夠提高碳纖維表面極性基團(tuán)的數(shù)量，使得碳纖維表面能相比未處理的碳纖維表面能增加一倍，與水的接觸角也大幅減少，能夠明顯改善碳纖維對(duì)水的浸潤能力。
采用離子體處理后的碳纖維，各種官能團(tuán)（羥基、醚、羰基）被引入到纖維表面，這些官能團(tuán)提高了碳纖維的表面活性和附著力，同時(shí)也增加了纖維表面的濕潤性和與親水聚合基體物理界面的結(jié)合，進(jìn)而提高了纖維和基體界面的粘結(jié)強(qiáng)度。
綜上所述，等離子體表面處理后的碳纖維作為增強(qiáng)相的復(fù)合材料，由于纖維改性提高了碳纖維表面的活性、浸潤性和粗糙程度，從而增加了纖維與基體的粘結(jié)和錨定。
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