碳纖維復(fù)合材料因輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等一系列特性,在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域的應(yīng)用與日俱增。然而,由于碳纖維表面光滑、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)強(qiáng)度低,界面存在較多缺陷,往往成為復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)。中國科學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)近期在石墨烯強(qiáng)韌化碳纖維復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)方面取得了新進(jìn)展。
在前期研究工作中發(fā)現(xiàn),石墨烯納米粒子接枝到碳纖維表面可以有效提高碳纖維復(fù)合材料的界面性能。為了實(shí)現(xiàn)石墨烯改性碳纖維的規(guī)模化路線,采用石墨烯改性上漿劑對(duì)碳纖維表面進(jìn)行改性,以提高碳纖維復(fù)合材料的界面性能。研究人員通過對(duì)石墨烯表面改性,制備出在水溶液和上漿劑中均能穩(wěn)定分散的石墨烯,通過對(duì)石墨烯尺寸的分級(jí)調(diào)控,制備出了表面改性的石墨烯,可以穩(wěn)定分散于不同的上漿劑體系中,成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯在上漿劑中的穩(wěn)定分散技術(shù)。通過相反轉(zhuǎn)法和自乳化法成功研發(fā)出兩種具有良好穩(wěn)定性的石墨烯改性上漿劑,并且有效提升了碳纖維的復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能,其界面剪切強(qiáng)度(IFSS)可達(dá)92.3MPa,而且碳纖維的上漿率低于1.5%,飽和吸水率低于2%。采用石墨烯強(qiáng)韌化碳纖維,優(yōu)化加工成型工藝條件,得到綜合性能優(yōu)異的石墨烯強(qiáng)韌化碳纖維復(fù)合材料,復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度可達(dá)73.5MPa;I型層間斷裂韌性提高幅度為33.3%。