具有超支化聚甘油结构的碳纤维表面接枝氧化石墨烯

碳纤维（CF）增强的聚合物材料重量轻、强度高、抗疲劳性能好、耐化学腐蚀，因而在航空航天、汽车、建筑等行业得到广泛应用。在环境条件下以及加载机械负荷条件下，复合材料性能的关键是碳纤维与树脂基体之间的界面性能，它控制载荷从基体向纤维以及纤维之间的有效传递。碳纤维表面光滑、化学惰性，这导致其相容性差，且与树脂基体之间的界面结合不充分。特别是在高温条件下，如果负荷材料的界面性能下降，树脂与纤维之间的负荷传递能力也会减弱，复合材料的机械和热性能在使用过程中会恶化。各种方法，如电化学改性、化学接枝、偶联剂涂层等都用于提高树脂与碳纤维之间的附着力。目前的技术主要是将碳纤维表面进行改性，旨在通过增加碳纤维表面粗糙度、润湿性或纤维与基体界面的化学键合以提高复合材料的界面结合强度。

氧化石墨烯（GO）是强且韧的二维结构材料。比较于其它纳米粒子，碳纳米管（CNT）表面具有大量羟基和羧基。作者课题组前期研究发现，由于GO 纳米粒子的增强作用，可有效改善CF/PA6 材料的界面性能。如GO 接枝CF/PA6复合材料的IFSS 比退浆的CF/PA6 提高了40.2%。这些结果表明，HPG 与GO结合可同时显著改善经碳纤维增强聚合物材料的界面性能。但此类研究在文献中鲜有报道。此外，由于氧化后碳纤维表面羟基含量较低，GO 的接枝量相当低。

江西理工大学、中科院宁波材料技术研究所、中国科学院大学、重庆长安汽车有限公司的Chun Yan 等人用超支化聚甘油改性CF，将GO 接枝于碳纤维表面，显著提高了CF/PA6、CF/EP 复合材料的IFSS。将GO 引入碳纤维表面有利于提高其表面粗糙度，进一步改善纤维-基体之间界面的机械联锁。HPG 与六亚甲基二异氰酸酯（HDI）三聚体反应可形成极性酰胺键，大大改善了碳纤维、树脂基体与GO 之间的界面相容性。此外，GO 纳米颗粒效应也有助于增强复合材料的界面性质。与退浆CF 增强树脂的复合材料比较，改性CF/PA6、 CF/EP 复合材料的IFSS 分别提高了44%、>30%。在碳纤维和树脂的界面体系中，较好的相容性、较强的机械联锁、纳米颗粒增强效应等是增强界面性能的关键。另外，碳纤维表面较高的GO 接枝率和树脂的高耐热性质均可有效提高碳纤维-树脂复合材料的耐热性。

参考文献：Improved interfacial shear strength of CF/PA6 and CF/epoxy composites by grafting graphene oxide onto carbon fiber surface with hyperbranched polyglycerol, Yingdan Zhu, Yunyun Ma,Chun Yan,Haibing Xu, Dong Liu,Gang Chen,Pengcheng Shi,Junfeng Hu,Cong Gao, Surf Interface Anal. 1–13, 2021