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具有超支化聚甘油結(jié)構(gòu)的碳纖維表面接枝氧化石墨烯

碳纖維（CF）增強的聚合物材料重量輕、強度高、抗疲勞性能好、耐化學(xué)腐蝕，因而在航空航天、汽車、建筑等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在環(huán)境條件下以及加載機械負荷條件下，復(fù)合材料性能的關(guān)鍵是碳纖維與樹脂基體之間的界面性能，它控制載荷從基體向纖維以及纖維之間的有效傳遞。碳纖維表面光滑、化學(xué)惰性，這導(dǎo)致其相容性差，且與樹脂基體之間的界面結(jié)合不充分。特別是在高溫條件下，如果負荷材料的界面性能下降，樹脂與纖維之間的負荷傳遞能力也會減弱，復(fù)合材料的機械和熱性能在使用過程中會惡化。各種方法，如電化學(xué)改性、化學(xué)接枝、偶聯(lián)劑涂層等都用于提高樹脂與碳纖維之間的附著力。目前的技術(shù)主要是將碳纖維表面進行改性，旨在通過增加碳纖維表面粗糙度、潤濕性或纖維與基體界面的化學(xué)鍵合以提高復(fù)合材料的界面結(jié)合強度。

氧化石墨烯（GO）是強且韌的二維結(jié)構(gòu)材料。比較于其它納米粒子，碳納米管（CNT）表面具有大量羥基和羧基。作者課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，由于GO 納米粒子的增強作用，可有效改善CF/PA6 材料的界面性能。如GO 接枝CF/PA6復(fù)合材料的IFSS 比退漿的CF/PA6 提高了40.2%。這些結(jié)果表明，HPG 與GO結(jié)合可同時顯著改善經(jīng)碳纖維增強聚合物材料的界面性能。但此類研究在文獻中鮮有報道。此外，由于氧化后碳纖維表面羥基含量較低，GO 的接枝量相當?shù)汀?/p>

江西理工大學(xué)、中科院寧波材料技術(shù)研究所、中國科學(xué)院大學(xué)、重慶長安汽車有限公司的Chun Yan 等人用超支化聚甘油改性CF，將GO 接枝于碳纖維表面，顯著提高了CF/PA6、CF/EP 復(fù)合材料的IFSS。將GO 引入碳纖維表面有利于提高其表面粗糙度，進一步改善纖維-基體之間界面的機械聯(lián)鎖。HPG 與六亞甲基二異氰酸酯（HDI）三聚體反應(yīng)可形成極性酰胺鍵，大大改善了碳纖維、樹脂基體與GO 之間的界面相容性。此外，GO 納米顆粒效應(yīng)也有助于增強復(fù)合材料的界面性質(zhì)。與退漿CF 增強樹脂的復(fù)合材料比較，改性CF/PA6、 CF/EP 復(fù)合材料的IFSS 分別提高了44%、>30%。在碳纖維和樹脂的界面體系中，較好的相容性、較強的機械聯(lián)鎖、納米顆粒增強效應(yīng)等是增強界面性能的關(guān)鍵。另外，碳纖維表面較高的GO 接枝率和樹脂的高耐熱性質(zhì)均可有效提高碳纖維-樹脂復(fù)合材料的耐熱性。

參考文獻：Improved interfacial shear strength of CF/PA6 and CF/epoxy composites by grafting graphene oxide onto carbon fiber surface with hyperbranched polyglycerol, Yingdan Zhu, Yunyun Ma,Chun Yan,Haibing Xu, Dong Liu,Gang Chen,Pengcheng Shi,Junfeng Hu,Cong Gao, Surf Interface Anal. 1–13, 2021