在現(xiàn)實生活中，復(fù)合材料的性能可能取決于不同部件之間的界面兼容性。最具挑戰(zhàn)性的復(fù)合材料組合之一是碳纖維和聚丙烯。

在碳纖維表面安裝分支的正丁基苯基物種的表面改性方法示意圖

澳大利亞迪肯大學(xué)的盧克·C·亨德森指出："聚丙烯聚合物與碳纖維的相容性極差。我們想看看是否能用表面改性的方法來增強(qiáng)這種兼容性，最終改善這種復(fù)合材料的物理性能，以便更廣泛地使用。"

聚丙烯是使用最廣泛的熱塑性塑料之一，因為它易于加工，生產(chǎn)成本低，而且非常耐用。它的機(jī)械性能可以通過增強(qiáng)材料（如玻璃纖維或碳纖維）來加強(qiáng)。然而，聚丙烯的惰性分子結(jié)構(gòu)使其難以與嵌入的碳纖維粘合，因此通常會添加額外的成分（即共單體）以提高兼容性。然而，這意味著更大的加工難度、更高的生產(chǎn)成本等方面的代價。

亨德森和DEVCOM陸軍研究實驗室的同事利用碳纖維的導(dǎo)電性，用電化學(xué)修飾方法用小分子修飾其表面。將正丁基苯基基團(tuán)電化學(xué)接枝到纖維表面并加入到聚丙烯中，可使復(fù)合材料的韌性提高30-32%。與未經(jīng)處理的纖維相比，具有表面改性的纖維的復(fù)合材料在失效前可以承受更大的沖擊，而不會對其他物理性能產(chǎn)生不利影響。

亨德森解釋，這樣做可以使纖維的表面更像聚丙烯的表面，同時試圖捕捉與大團(tuán)聚合物的100%的潛在相互作用。

由于該方法使用共價鍵將小分子附著在纖維表面，它們不能像涂層一樣被移除，所以它更加堅固。這個過程也是快速的，不可逆的，而且比碳纖維加工中使用的許多處理方法要溫和得多。

類似的電化學(xué)方法已經(jīng)在碳纖維生產(chǎn)中使用了近50年，所以亨德森團(tuán)隊的改性策略可以直接映射到現(xiàn)有的大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施上。

該團(tuán)隊還已經(jīng)在一個試驗規(guī)模的設(shè)施上生產(chǎn)了改性纖維復(fù)合材料，現(xiàn)在正在努力提高其他物理性能，如拉伸強(qiáng)度和剛度。改進(jìn)后的復(fù)合材料可大幅改善氫氣壓力容器或容易受到輕微碰撞的汽車部件的性能，這些部件的抗沖擊性往往很關(guān)鍵。

此文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會編譯，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請注明出處。