Influence du traitement électrochimique sur les propriétés de surface des fibres de carbone : caractère acido-basique et enthalpie d’adsorption

¹ Laboratoire de chimie physique, École nationale supérieure de chimie de Mulhouse, 3, rue Alfred-Werner, F-68093 Mulhouse, France ;
² Centre de recherches sur la physico-chimie des surfaces solides, CRPCSS-CNRS, 24, av du Président-Kennedy, F-68200, Mulhouse, France.

Résumé

Des fibres de carbone “haute résistance” (SOFICAR, T-300, 3K fibres) ont été oxydées par un traitement électrochimique dans une solution aqueuse de soude, grâce à une méthode originale de traitement en continu. Le traitement électrochimique a entraîné une modification des propriétés de surface mesurées par chromatographie en phase gazeuse inverse (CGI), à dilution infinie. On montre cependant que les sondes faiblement acides (CCl₄-chloroforme) de Gutmann ne peuvent pas être utilisées pour la détermination du caractère acido-basique de la surface des fibres. En utilisant d’autres sondes acides, on note que la surface des fibres étudiées a un caractère amphotère, à tendance basique. Le traitement électrochimique accroît l’acido-basicité de la surface pour des intensités de courant de 90-300 mA. Pour des traitements de forte intensité, il n’y a pas de modification significative du caractère acido-basique. D’autre part, un traitement modéré (90 mA) est suffisant pour observer un maximum d’enthalpie d’adsorption de sondes polaires : ceci peut être une conséquence de l’importante acido-basicité de surface des fibres traitées. Ce comportement indique que le traitement semble approprié aux fibres de carbone incorporées dans des composites à matrice organique polaire afin d’optimiser la liaison fibre-résine.

Abstract

High strength carbon fibers (SOFICAR, T-300, 3K fibers), were electrochemically treated in an aqueous sodium hydroxide solution, at increasing current densities, using an original continuous treatment process. The electrochemical treatment induced a modification of the surface properties, i.e. acid-base character and adsorption enthalpy of gaseous probes, as measured by inverse gas chromatography (IGC) at infinite dilution. Our results show that the use of weak acidic probes (CCl₄-chloroform) of Gutmann is not adequate for the determination of the acid- base character of a solid surface. Firstly, it appears that all studied carbon fiber surfaces have an amphoteric character, becoming more basic in our experimental treatment conditions. When the current intensity of the electrochemical treatment increases, both surface acidity and basicity increase, in the interval of about 90-300mA. However, no significant changes in the acid-base characters are observed for strong treatment (> 300mA). Hence, a moderate treatment (90mA) is sufficient to obtain optimum acid-base properties. This treatment is possibly suitable for carbon fibers to be incorporated in polar organic matrices and will lead to efficient fiber-resin bonding.