吉林大学王贵宾教授课题组在CF/PEEK复合材料界面强化取得进展
碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）被广泛应用于航空航天、船舶潜水器、核工业和石油开采等领域。但PEEK优异的耐热性和化学稳定性也带来了一个“老、大、难”问题：CF/PEEK复合材料的界面性能较差。近30余年来，研究者们从成型工艺、树脂基体改性、纤维处理和上浆剂等方向出发，意图解决这个问题。但是，良好的浸润性、耐热性、化学稳定性、与树脂基体的相容性以及工业化连续生产的能力难以兼得，研究者们不得不进行取舍。
为了兼得鱼与熊掌，王贵宾教授课题组提出使用结晶性PEEK自身作为上浆剂的理念。在实施过程中，将PEEK转化为一种可溶性的聚合物前驱体，对纤维进行溶液上浆。此前驱体能够迅速高效地水解为结晶性PEEK，最终获得结晶性PEEK上浆的碳纤维（示意图如图1所示）。该方法不但兼顾上述种五种需求，而且大幅提高了CF/PEEK的界面剪切强度（IFSS）。
图1. 上浆过程示意图与复合材料结构示意图
研究团队探讨了上浆剂分子量和浓度对CF/PEEK界面性能的影响。结果表明溶液中聚合物对纤维表面的浸润能力是影响IFSS的主要因素，并以此为依据，获得了最佳上浆剂配方（结果如图2 所示）。在该配方下CF/PEEK的IFSS达到了83.13 MPa，相比无上浆剂碳纤维提高91.46%，是目前此类研究中最有效的界面提升手段之一。
图2. 上浆剂分子量与浓度对IFSS的影响
为了验证产品的耐热性和化学稳定性，研究团队将结晶性PEEK上浆的碳纤维在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，80℃下超声处理2h，扫描电子显微镜图像显示上浆层仅有少量剥离。此外，界面改性的CF/PEEK在去离子水和NMP中，80℃下老化72h，其IFSS保持率分别为91.20%和85.40%，表现出优异的耐热性和化学稳定性（如图3所示）。
图3. 改性纤维及其复合材料的耐热性与耐溶剂性
以上成果以通讯的形式发表在Macromolecular Rapid Communications（DOI：marc.202000001）上。论文的通讯作者为王贵宾教授，共同通讯作者为栾加双副教授。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202000001
相关进展
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多