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  碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮樹脂基復(fù)合材料（CF/PEEK）被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶潛水器、核工業(yè)和石油開采等領(lǐng)域。但PEEK優(yōu)異的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性也帶來了一個(gè)“老、大、難”問題：CF/PEEK復(fù)合材料的界面性能較差。近30余年來，研究者們從成型工藝、樹脂基體改性、纖維處理和上漿劑等方向出發(fā)，意圖解決這個(gè)問題。但是，良好的浸潤性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、與樹脂基體的相容性以及工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的能力難以兼得，研究者們不得不進(jìn)行取舍。

  為了兼得魚與熊掌，王貴賓教授課題組提出使用結(jié)晶性PEEK自身作為上漿劑的理念。在實(shí)施過程中，將PEEK轉(zhuǎn)化為一種可溶性的聚合物前驅(qū)體，對纖維進(jìn)行溶液上漿。此前驅(qū)體能夠迅速高效地水解為結(jié)晶性PEEK，最終獲得結(jié)晶性PEEK上漿的碳纖維（示意圖如圖1所示）。該方法不但兼顧上述種五種需求，而且大幅提高了CF/PEEK的界面剪切強(qiáng)度（IFSS）。

圖1. 上漿過程示意圖與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖

  研究團(tuán)隊(duì)探討了上漿劑分子量和濃度對CF/PEEK界面性能的影響。結(jié)果表明溶液中聚合物對纖維表面的浸潤能力是影響IFSS的主要因素，并以此為依據(jù)，獲得了最佳上漿劑配方（結(jié)果如圖2 所示）。在該配方下CF/PEEK的IFSS達(dá)到了83.13 MPa，相比無上漿劑碳纖維提高91.46%，是目前此類研究中最有效的界面提升手段之一。

圖2. 上漿劑分子量與濃度對IFSS的影響

  為了驗(yàn)證產(chǎn)品的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，研究團(tuán)隊(duì)將結(jié)晶性PEEK上漿的碳纖維在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，80℃下超聲處理2h，掃描電子顯微鏡圖像顯示上漿層僅有少量剝離。此外，界面改性的CF/PEEK在去離子水和NMP中，80℃下老化72h，其IFSS保持率分別為91.20%和85.40%，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性（如圖3所示）。

圖3. 改性纖維及其復(fù)合材料的耐熱性與耐溶劑性

  以上成果以通訊的形式發(fā)表在Macromolecular Rapid Communications（DOI：marc.202000001）上。論文的通訊作者為王貴賓教授，共同通訊作者為欒加雙副教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202000001