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碳纤维树脂基复合材料具有高拉伸强度、高模量、低密度、耐腐蚀等众多优异特性,在国防军工、航空航天、风力发电和体育用品等领域广泛应用。界面结合是影响复合材料性能的关键因素,但是碳纤维表面化学惰性导致碳纤维与树脂基体键合弱,界面性能差。因此,探索提高纤维与树脂基体之间的界面结合性能的高效方法成为制备高性能复合材料的关键科学问题之一。本文首先基于横向纤维束拉伸测试(TFBT)和纤维束拔出测试(FBPO)两种方法,通过对比分析了碳纤维复合材料微波固化机理及其对纤维树脂界面结合的影响,基于此采用微波诱导法于碳纤维表面构建了层层(LBL)自组装碳纳米管微观结构,系统研究了在微波固化下既作为纳米增强相又作为优异微波吸收剂的碳纳米管对碳纤维复合材料界面性能的影响规律,为微波固化制备高界面结合强度的复合材料提供理论依据和基础数据。主要工作如下:(1)对比研究了微波固化和传统热固化对碳纤维复合材料的固化机理及界面结合的影响规律。横向纤维束拉伸测试(TFBT)和纤维束拔出测试(FBPO)结果表明,与热固化相比,微波固化TFBT样品的拉伸强度和FBPO样品的界面剪切强度分别提高了 12.5%和11.8%,碳纤维复合材料在TFBT和FBPO测试过程中的电阻变化,TFBT复材拉伸断裂面SEM图以及通过DMTA测试计算得到的界面粘结参数都证明微波固化复合材料界面结合性能优于热固化。同时TFBT实验表明,碳纤维复合材料的微波固化过程中是存在温度梯度的,与热固化不同的是,其热量是由碳纤维传向树脂基体,固化反应的链增长从纤维表面开始向树脂基体扩展,这有利于增强纤维与树脂界面的物理-化学作用,使界面处固化交联反应完全,从而增强了碳纤维复合材料的界面结合。(2)采用层层自组装的方法,以三缩水甘油基对氨基苯酚(TGPAP)为连接,通过微波诱导的化学接枝成功将CNT多层结构引入到碳纤维表面。X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TGA)表明不同层数的CNT成功接枝到CF上,扫描电子显微镜(SEM)表明多层CNT均匀且致密的覆盖于碳纤维表面。与原始CF相比,CNT@CF的BET表面积大大增加,尤其是CNT③@CF,由原始CF的0.2374 m2/g增加到3.8389 m2/g,表明CNT层层自组装结构能够显著增加碳纤维与树脂的接触面积,同时动态接触角测试表明CNT层层自组装结构的引入显著提高了纤维表面的粗糙度和表面能,有效提高了树脂对纤维增强体的浸润程度,组装在CF上的CNT在树脂中能够均匀分散,随着CNT组装层数的增加,在纤维与树脂的界面区域形成均匀的导热网络,界面区域温度梯度逐渐减小,从而大大减少因温度梯度导致的界面微孔等缺陷。(3)系统研究了微波固化下不同层数的CNT结构对CF复合材料界面结合性能的影响规律,并解释了其界面增强作用机制。与原始碳纤维复合材料相比,CNT@CF复合材料的界面性能表现出明显的增强效应,尤其是CNT(③@CF复合材料,表现出最佳的界面结合性能,TFBT拉伸强度和FBPO界面剪切强度提升幅度最高,分别增加了 47.7%和66.6%。通过电阻法表征碳纤维复合材料在TFBT和FBPO测试过程中的电阻变化,结果表明CNT③@CF复合材料的电阻变化值与初始电阻之比(ΔR/R0)最小,证明其复合材料界面结合性能最好。f-AFM图像和界面模量分析表明碳纳米管层层自组装结构可以灵活调控界面过渡层的厚度,界面过渡层厚度随CNT组装层数的增加而增大,有利于碳纤维增强体与树脂基体模量平稳过渡,从而使复合材料的界面性能得到有效改善。通过将CNT层层自组装到CF上能够控制刚性CNT纳米粒子在柔性树脂基体中的空间分布,从而获得刚柔协同的梯度界面,大大减小界面区域失配应力的集中程度,同时CNT数量的增加在受到负荷时会引起大量的裂纹偏转与扩展,因此需要消耗较多的能量来驱动,从而使界面性能得到提高。