含有纳米尺度组元界面相对碳纤维/环氧复合材料性能的影响机制

本项目以先进聚合物基复合材料中普遍采用的碳纤维和环氧树脂为主要体系，针对目前界面改性中普遍存在的以牺牲复合材料冲击性能为代价提高其界面黏结性能的问题，将POSS和碳纳米管这些具有纳米尺度的组元引入复合材料界面微区，通过调节界面层厚度和模量，以期全面提高复合材料界面粘结强度、冲击韧性和耐高温等性能，并研究新型界面对复合材料中纤维与树脂基体应力传递与能量耗散的影响规律，在更加精细的层次上通过调节纤维/聚合物基体间的界面相结构来最大限度地优化复合材料的性能，揭示含纳米组员界面相的作用规律，为最终提高先进聚合物基复合材料的使用性能奠定理论和实践基础。这对于推动我国复合材料界面科学理论及表面处理技术的发展，都具有重要的理论和实际意义。

本项目以先进聚合物基复合材料常用的碳纤维和环氧树脂体系为研究对象，针对目前界面改性中普遍存在的以牺牲冲击韧性为代价提高界面结合强度的问题,将纳米组元引入复合材料界面，制备出力学性能全面提高的复合材料，并通过对碳纤维表面物理化学状态及复合材料界面性能的研究，提出纳米组元对复合材料界面性能的影响机制。以超临界CO2流体技术对碳纤维表面进行清洗，研究了碳纤维表面活化工艺，得到表面化学性质可控的碳纤维。针对碳纤维表面及树脂基体的性质，选取含有不同数量环氧基及氨基的POSS和CNTs，配制成不同成分的纳米上浆剂并将其涂覆在纤维表面，得到界面性能与冲击韧性同时提高的复合材料，并重点分析了不同成分上浆剂的工艺性及其对纤维表面及复合材料界面的影响。以表面接枝有POSS及CNTs的碳纤维为研究对象，详细分析了含有纳米组元的界面相的形成过程，构建了含纳米组元界面相的结构模型，提出了纳米组元对复合材料界面性能的影响机制，为复合材料力学性能的全面提高奠定了理论及实践基础。