摘要：单位：1. 长安大学材料科学与工程学院；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院；3. 陕西三防三诚特种材料科技有限公司

热固性树脂过渡层对聚醚砜树脂基碳纤维复合材料界面性能的增强改性

Enhanced modification of interface performance of polyethersulfone resin matrix carbon fiber composite by thermosetting resin transition layer

收稿日期：2023–09–20；录用日期：2023–11–26

作者：许培俊* 1, 李兆1, 郭新良2, 刘荣海2, 吴道生3

单位：1. 长安大学材料科学与工程学院；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院；3. 陕西三防三诚特种材料科技有限公司

基金项目：国家自然科学基金(51978072)；陕西省重点研发计划项目(2022GY-371；2023QCY-LL-26)；长安大学中央高校基本科研业务费专项

关键词：聚醚砜；氰酸酯树脂；碳纤维；复合材料；界面强度

创新点

Innovation point

本文使用热固性树脂作为商品级碳纤维与热塑性树脂基体直接的过渡层制备热塑性树脂基碳纤维复合材料，热固性树脂过渡层提高了复合材料的界面性能，为热塑性树脂基碳纤维复合材料的高性能化提供了思路。

选题依据

热塑性树脂基碳纤维复合材料具有优异的机械性能和热性能，并且具有可重复使用的优势，在复合材料领域受到越来越广泛的关注。然而商品级碳纤维与热塑性树脂却难以形成良好的界面结合作用，导致热塑性树脂碳纤维复合材料表现出较低的界面性能，应用受限。因此，如何提高热塑性树脂基碳纤维复合材料的界面性能是该领域面临的一大挑战。

研究方案或路线

图1 过渡层法纤维-树脂作用示意图

图2 复合材料制备过程

研究内容与数据

不同制备方式对复合材料机械性能的影响

图3 复合材料的机械性能(a)弯曲性能；(b)层间剪切性能

添加10 wt%CE过渡层材料的复合材料弯曲强度提高18.7%，层间剪切强度提高24.2%，提升较为显著。

复合材料的微观形貌

图4 碳纤维复合材料扫描电镜图

(a-e)为弯曲试样拉伸断裂面；(f)为冲击试样冲击断面

采用过渡层的方式制备复合材料后可以明显地观察到复合材料界面粘结性得到改善，没有明显脱粘情况。

单丝复合材料界面性能

图5 单丝复合材料界面剪切强度和扫描电镜图

在商品级碳纤维和热塑性树脂基体之间引入热固性树脂过渡层后，单丝复合材料的界面剪切强度提高了10.6%，具有明显提升。

主要结论

(1)本文采用过渡层法在商品级碳纤维与聚醚砜(PES)树脂基体之间引入热固性氰酸酯(CE)树脂能够增强PES树脂基碳纤维复合材料的界面性能，从而使得PES树脂基碳纤维复合材料的综合性能得到明显提升。

(2)与碳纤维(CF)/PES复合材料相比，CF/(10%CE-PES)-L复合材料弯曲强度提高了18.7%，层间剪切强度增强了24.2%，CF/(10%CE-PES)单丝复合材料界面剪切强度比CF/PES单丝复合材料的界面剪切强度提高10.6%。

(3)在树脂与纤维之间引入CE树脂过渡层还能够提高PES树脂基碳纤维复合材料的热性能，使得复合材料在较高温度下也能保证良好的机械性能。界面性能的改善是拓展碳纤维复合材料在工程中应用的关键因素。

作者简介

第一/通信作者

许培俊，男，1984年5月生，长安大学材料科学与工程学院教授，博士研究生导师，主要从事聚合物基复合材料方面的研究。主持国家自然科学项目，国家自然科学基金基金青年科学基金项目、陕西省自然科学基金项目以及企业委托横向课题等10余项。

引用格式：

许培俊, 李兆, 郭新良, 等. 热固性树脂过渡层对聚醚砜树脂基碳纤维复合材料界面性能的增强改性[J]. 复合材料学报, 2024, 41(7): 3568-3576.

来源：包包科技论