【摘 要】
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碳纤维复合材料以其优越的性能如高强度、重量轻、耐腐蚀等,广泛应用于化学工程、轨道交通等领域,与其他复合材料一样,界面相对于整体性能是至关重要的,因其可以促进应力有效的从相对弱的树脂基质材料转移到碳纤维增强材料。然而,碳纤维（CF）表面惰性、光滑、非极性,导致CF与树脂基体难以形成有效的界面粘结从而消除界面应力集中。因此,碳纤维与树脂基体之间的界面性能在很大程度上会影响复合材料的机械强度。本文从碳纤
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碳纤维复合材料以其优越的性能如高强度、重量轻、耐腐蚀等,广泛应用于化学工程、轨道交通等领域,与其他复合材料一样,界面相对于整体性能是至关重要的,因其可以促进应力有效的从相对弱的树脂基质材料转移到碳纤维增强材料。然而,碳纤维（CF）表面惰性、光滑、非极性,导致CF与树脂基体难以形成有效的界面粘结从而消除界面应力集中。因此,碳纤维与树脂基体之间的界面性能在很大程度上会影响复合材料的机械强度。本文从碳纤维表面多尺度增强体的结构设计出发,利用MXene与纳米粒子以及聚合物对碳纤维进行修饰,在纤维表面构筑了不同的增强结构,提高界面相粘结强度。（1）采用简单、高效、绿色的静电自组装方法,以聚乙烯亚胺作为连接介质,在静电力的作用下,将含有正电荷的SiO2-NH2和负电荷的MXene自组装到纤维表面,同时系统地研究了修饰后纤维的表面形貌、化学结构对复合材料界面性能的影响,MXene/SiO2三维增强结构的引入显著提高了碳纤维的表面活性官能团的数量、表面粗糙度以及表面能。与未上浆碳纤维复合材料相比较,CF/MXene/SiO2复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度和弯曲强度分别提高了73.2%、61.2%和39.2%。此外,复合材料断裂面形貌和动态机械性能测试结果表明经过MXene/SiO2三维增强结构修饰后的复合材料具有良好的界面结合。（2）采用实验过程简单且条件温和的自组装法在碳纤维表面构筑MXene/PEA“刚柔”增强结构界面相,以改善复合材料界面相的强度。通过FTIR、SEM对碳纤维表面微观形貌和化学结构进行表征,证明了MXene/PEA成功的修饰到纤维表面形成了均匀致密的“刚柔”界面层。复合材料测试结果表明,CF/MXene/PEA复合材料的层间剪切强度和弯曲强度分别较未上浆碳纤维复合材料提高了66.9%和36.5%,最后分析了“刚柔”结构界面相的增强机理。
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