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  碳纖維復(fù)合材料（CFRP）由于輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)異的特性被廣泛用于航空航天領(lǐng)域。隨著高超音速航空航天結(jié)構(gòu)件的快速發(fā)展，傳統(tǒng)CFRP在高溫下的服役可靠性需要進(jìn)一步加強(qiáng)。界面作為CFRP中的重要組成部分，在高溫環(huán)境下相較于耐高溫的樹脂基體更容易提前失效。且當(dāng)前上漿劑的主體成分大多為改性環(huán)氧樹脂，其在高溫條件下易軟化導(dǎo)致界面脫粘，引起CFRP結(jié)構(gòu)件失穩(wěn)。因此，構(gòu)建新型耐高溫界面相對(duì)于提高CFRP在高溫環(huán)境下的服役可靠性至關(guān)重要。針對(duì)該問題，該團(tuán)隊(duì)在前期開展了新型耐高溫界面相的構(gòu)筑工作，通過引入了高耐溫的酞菁結(jié)構(gòu)構(gòu)建了耐高溫界面相，確認(rèn)了界面相T_g與界面相耐溫性能的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)了CFRP界面性能在180 ℃下高性能保持率（Compos. Sci. Technol. 2019, 173, 24-32. Chem. Eng. J., 2020, 388, 124255.）。通過設(shè)計(jì)合成了耐高溫水性聚酰胺酸上漿劑，實(shí)現(xiàn)碳纖維/雙馬復(fù)合材料耐高溫界面層的構(gòu)建，探討了280 ℃高溫下碳纖維表面和復(fù)合材料界面的熱氧老化規(guī)律（Polym. Degrad. Stab. 2022, 206, 110171.）。

  近期，該團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)的指導(dǎo)下，以耐高溫的胺基改性熱塑聚醚酰亞胺（APEI，結(jié)構(gòu)式如圖1）作為“泥”組分，氧化石墨烯（GO）作為“磚”組分構(gòu)建了一種新型的耐高溫“磚泥”結(jié)構(gòu)界面相（圖2）。得益于APEI的活性胺基和優(yōu)異的耐溫性，顯著提高了界面相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（208 ℃）和活化能（542.3 kJ/mol），有效避免了界面相在高溫下軟化和降解。同時(shí)，GO的高強(qiáng)度和剛度彌補(bǔ)了纖維與樹脂基體之間的巨大模量差異，彌補(bǔ)了復(fù)合材料界面區(qū)域的模量不匹配問題，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料界面力學(xué)性能在高溫服役環(huán)境下的高保持率，大大提高了CFRP結(jié)構(gòu)件在高溫環(huán)境下的服役可靠性。

 圖5 （a）界面相的DSC曲線，（b）界面相的活化能和（c）界面相增強(qiáng)機(jī)理

  以上研究成果以“Bio-inspired fabrication of "brick-and-mortar" interphase in carbon fiber/epoxy composites with significantly improved high-temperature durability” 為題，發(fā)表于Advanced Composites and Hybrid Materials（IF=20.1）上。北京化工大學(xué)博士研究生黎何豐為第一作者，北京化工大學(xué)賈曉龍教授與澳大利亞南昆士蘭大學(xué)王浩教授為通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s42114-024-00876-9