碳纤维/环氧复合材料存在界面结合力弱、易脆性断裂等突出问题，而碳纳米管直接掺杂易团聚、共价改性会破坏碳管本征力学性能，限制界面增强效果。近日，石油化工学院孙健副教授团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》发表题为“Improving Mechanical Properties of Carbon Fiber Composites Using Ionic Liquid-Modified Carbon Nanotube/Polyimide Sizing Agent”的研究论文。
团队成员以[BMIM][Cl]离子液体非共价改性碳纳米管，将改性碳纳米管（ICNT）与柔性聚酰亚胺（PI）复配，制备有机-无机杂化上浆剂，在碳纤维表面构筑“刚柔协同”界面过渡层，系统研究上浆剂对碳纤维及碳纤维/环氧复合材料性能的影响。其中，当碳纳米管与离子液体质量配比为1:3（CF-ICPI3体系）时，改性碳纤维单丝拉伸强度较原始碳纤维提升30.02%；对应CF-ICPI3/EP复合材料弯曲强度、层间剪切强度、储能模量分别提升85.52%、45.26%、130.70%，复合材料热膨胀系数降低32.30%。断口SEM表征证实，复合材料失效模式由原始纤维的界面脱粘失效转变为树脂内聚失效，界面结合强度大幅提升。
刚柔协同界面结构及复合材料增强机理示意图
该工作得到吉林化纤集团、吉林省高等教育协会高等教育研究项目（JGJX2022D280）、吉林省自然科学基金（YDZJ202201zyTS386）、吉林省教育厅科研项目（JJKH20230307KJ）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.6c09164
