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  碳纖維增強聚醚醚酮樹脂基復合材料（CF/PEEK）被廣泛應用于航空航天、船舶潛水器、核工業和石油開采等領域。但PEEK優異的耐熱性和化學穩定性也帶來了一個“老、大、難”問題：CF/PEEK復合材料的界面性能較差。近30余年來，研究者們從成型工藝、樹脂基體改性、纖維處理和上漿劑等方向出發，意圖解決這個問題。但是，良好的浸潤性、耐熱性、化學穩定性、與樹脂基體的相容性以及工業化連續生產的能力難以兼得，研究者們不得不進行取舍。

  為了兼得魚與熊掌，王貴賓教授課題組提出使用結晶性PEEK自身作為上漿劑的理念。在實施過程中，將PEEK轉化為一種可溶性的聚合物前驅體，對纖維進行溶液上漿。此前驅體能夠迅速高效地水解為結晶性PEEK，最終獲得結晶性PEEK上漿的碳纖維（示意圖如圖1所示）。該方法不但兼顧上述種五種需求，而且大幅提高了CF/PEEK的界面剪切強度（IFSS）。

圖1. 上漿過程示意圖與復合材料結構示意圖

  研究團隊探討了上漿劑分子量和濃度對CF/PEEK界面性能的影響。結果表明溶液中聚合物對纖維表面的浸潤能力是影響IFSS的主要因素，并以此為依據，獲得了最佳上漿劑配方（結果如圖2 所示）。在該配方下CF/PEEK的IFSS達到了83.13 MPa，相比無上漿劑碳纖維提高91.46%，是目前此類研究中最有效的界面提升手段之一。

圖2. 上漿劑分子量與濃度對IFSS的影響

  為了驗證產品的耐熱性和化學穩定性，研究團隊將結晶性PEEK上漿的碳纖維在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，80℃下超聲處理2h，掃描電子顯微鏡圖像顯示上漿層僅有少量剝離。此外，界面改性的CF/PEEK在去離子水和NMP中，80℃下老化72h，其IFSS保持率分別為91.20%和85.40%，表現出優異的耐熱性和化學穩定性（如圖3所示）。

圖3. 改性纖維及其復合材料的耐熱性與耐溶劑性

  以上成果以通訊的形式發表在Macromolecular Rapid Communications（DOI：marc.202000001）上。論文的通訊作者為王貴賓教授，共同通訊作者為欒加雙副教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202000001