Page 132 - 《精细化工）》2023年第10期

·2210· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

2.2 表面形貌分析 纹区域主要由碳纤维及碳纤维交织形成的孔隙构
为表征碳纸经亲疏水交替处理后，亲水区域与 成。EDS（图 2b）表明，该区域几乎全部为碳元素，
疏水区域的表面形貌与无差别疏水处理碳纸的差 存在少量氟元素，其中碳元素质量分数约 99.51%，
异，用 SEM 测试了亲疏水交替处理碳纸样品的明条 而氟元素质量分数约 0.49%（表 1）。由图 2c 可见，
纹区域与暗条纹区域、以及无差别疏水碳纸的表面 碳纸经过亲疏水交替处理后暗条纹区域除了碳纤维
形貌，同时对亲疏水交替处理碳纸样品的明条纹区 及碳纤维彼此交织形成的孔隙外，还黏附了一层
域与暗条纹区域、无差别疏水碳纸作 EDS 元素分析， PTFE 薄膜。EDS（图 2d）表明，该区域主要由碳
结果如图 2 及表 1 所示。 元素和氟元素组成，其中，碳元素质量分数约 67.54%，
氟元素质量分数约 32.46%（表 1）。由图 2e 可见，
无差别疏水碳纸区域除了碳纤维以及碳纤维彼此交
织形成的孔隙外，同样黏附了一层 PTFE 薄膜，但
黏附的 PTFE 薄膜较亲疏水交替处理碳纸疏水区少，
因此，该区域的孔隙较亲疏水交替处理碳纸疏水区
多。EDS（图 2f）表明，该区域主要由碳元素和氟
元素组成，其中，碳元素质量分数约为 74.91%，氟
元素质量分数约为 25.09%（表 1），氟元素质量分数
远高于亲疏水交替处理碳纸亲水区，但低于亲疏水
交替处理碳纸疏水区。
碳纸的疏水处理主要由 PTFE 浸渍和干燥两个
步骤组成。在制备亲疏水交替碳纸和无差别疏水碳
纸时，二者的 PTFE 浸渍过程是一致的，区别在于
制备亲疏水交替碳纸时，使用特定的模具并配以一
定压力进行干燥，压力迫使与金属模具接触的碳纸
区域的疏水剂朝着与空气接触的碳纸区域转移，导致
与金属模具接触的碳纸区域的疏水剂含量下降，而与
空气接触的碳纸区域的疏水剂含量上升。而无差别
疏水处理的碳纸，由于在碳纸平面方向上的疏水剂
分布无差异，因此整体表现出疏水性，且氟元素质
量分数介于亲疏水交替碳纸亲水区与疏水区之间。
2.3 接触角分析
接触角是衡量某液体对材料表面润湿性能的重

要参数 [14] ，为进一步探究亲疏水交替处理碳纸及无
a、b—亲疏水交替处理碳纸明条纹区域；c、d—亲疏水交替处理
碳纸暗条纹区域；e、f—无差别疏水处理碳纸 差别疏水处理碳纸表面亲疏水性的差异，用接触角
图 2 采用不同方式疏水处理后碳纸的 SEM 图（a、c、e） 测量仪分别对亲疏水交替处理碳纸的亲水区和疏水
和 EDS（b、d、f）图 区、无差别疏水处理碳纸的水接触角进行测量，结
Fig. 2 SEM (a, c, e) and EDS (b, d, f) of carbon paper after 果如表 2 所示。
hydrophobic treatment in different ways

表 1 采用不同方式疏水处理后碳纸表面的元素含量 表 2 采用不同方式疏水处理后碳纸的水接触角
Table 1 Element content of carbon paper surface after Table 2 Contact angle of carbon paper after hydrophobic
hydrophobic treatment in different ways treatment in different ways
类型 碳原子质量分数/% 氟原子质量分数/% 类型 亲水角/(°) 疏水角/(°)
亲疏水交替处理碳纸明 99.51 0.49 亲疏水交替处理碳纸 70~75 130~135
条纹区域 无差别疏水处理碳纸 — 125~130
亲疏水交替处理碳纸暗 67.54 32.46 注：“—”代表无数据。
条纹区域
无差别疏水处理碳纸 74.91 25.09 由表 2 可见，亲疏水交替处理碳纸亲水区接触
角介于 70°~75°，疏水区接触角介于 130°~135°，而
由图 2a 可见，碳纸经过亲疏水交替处理后明条 无差别疏水处理碳纸整体为疏水的，其表面不存在