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寧波材料所碳纖維復合材料研究取得新成果


      碳纖維具有高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕等優異性能,廣泛應用于航空航天、軍事工業、體育運動器材等領域中。碳纖維增強聚合物基復合材料的力學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、具有化學活性的官能團少,導致碳纖維與基體樹脂之間的界面粘結性較弱,界面相往往成為復合材料的薄弱環節。碳纖維復合材料的界面微觀結構與界面性能密切相關,眾多研究表明,通過碳纖維表面改性調控復合材料的界面微觀結構能有效改善復合材料的界面性能,這也是碳纖維復合材料領域的研究熱點之一。
      最近,中國科學院寧波材料技術與工程研究所(寧波工業技術研究院)所屬先進制造技術研究所復合材料研究團隊在碳纖維表面改性方面取得進展。研究人員將氧化石墨烯引入環氧基上漿乳液中,采用浸漬法對碳纖維進行表面改性,可以有效調控碳纖維復合材料的界面微觀結構,進而顯著改善碳纖維復合材料的界面性能。研究結果表明,氧化石墨烯均勻的分散在碳纖維表界面層中,改性碳纖維復合材料的界面剪切強度(IFSS)相比未上漿和未改性的碳纖維復合材料,分別提高了70.9%和36.3%,且單向改性碳纖維復合材料的層間剪切強度(ILSS)和拉伸性能也有明顯提高。
      該研究結果為制備高性能碳纖維復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合材料的界面改性也具有重要的指導意義。此外,這種碳纖維表面改性技術具有可靠易操作的特點,可以將該技術與碳纖維生產工藝中的表面處理過程相結合,具有較好的產業化應用前景。
      上述研究成果發表于美國化學會期刊ACS Appl. Mater. Interfaces (2012, 4, 1543-1552)上。
      相關研究工作獲得中科院知識創新工程方向項目(KGCX2-EW-210)、寧波市自然科學基金(2011A610115)和寧波市博士后特別資助等的支持。


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