碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)、體育運(yùn)動器材等領(lǐng)域中。碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)性能在很大程度上取決于碳纖維與基體之間的界面性能，而碳纖維表面光滑、惰性大、具有化學(xué)活性的官能團(tuán)少，導(dǎo)致碳纖維與基體樹脂之間的界面粘結(jié)性較弱，界面相往往成為復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)。碳纖維復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)與界面性能密切相關(guān)，眾多研究表明，通過碳纖維表面改性調(diào)控復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)能有效改善復(fù)合材料的界面性能，這也是碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域的研究熱點之一。
最近，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所（寧波工業(yè)技術(shù)研究院）所屬先進(jìn)制造技術(shù)研究所復(fù)合材料研究團(tuán)隊在碳纖維表面改性方面取得進(jìn)展。研究人員將氧化石墨烯引入環(huán)氧基上漿乳液中，采用浸漬法對碳纖維進(jìn)行表面改性，可以有效調(diào)控碳纖維復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而顯著改善碳纖維復(fù)合材料的界面性能。研究結(jié)果表明，氧化石墨烯均勻的分散在碳纖維表界面層中，改性碳纖維復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)相比未上漿和未改性的碳纖維復(fù)合材料，分別提高了70.9%和36.3%，且單向改性碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)和拉伸性能也有明顯提高。
該研究結(jié)果為制備高性能碳纖維復(fù)合材料提供了一種新的方法和思路，對熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料的界面改性也具有重要的指導(dǎo)意義。此外，這種碳纖維表面改性技術(shù)具有可靠易操作的特點，可以將該技術(shù)與碳纖維生產(chǎn)工藝中的表面處理過程相結(jié)合，具有較好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
上述研究成果發(fā)表于美國化學(xué)會期刊ACS Appl. Mater. Interfaces (2012, 4, 1543-1552)上。
相關(guān)研究工作獲得中科院知識創(chuàng)新工程方向項目(KGCX2-EW-210)、寧波市自然科學(xué)基金(2011A610115)和寧波市博士后特別資助等的支持。