碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）被广泛应用于航空航天、船舶潜水器、核工业和石油开采等领域。但PEEK优异的耐热性和化学稳定性也带来了一个“老、大、难”问题：CF/PEEK复合材料的界面性能较差。近30余年来，研究者们从成型工艺、树脂基体改性、纤维处理和上浆剂等方向出发，意图解决这个问题。但是，良好的浸润性、耐热性、化学稳定性、与树脂基体的相容性以及工业化连续生产的能力难以兼得，研究者们不得不进行取舍。

  为了兼得鱼与熊掌，王贵宾教授课题组提出使用结晶性PEEK自身作为上浆剂的理念。在实施过程中，将PEEK转化为一种可溶性的聚合物前驱体，对纤维进行溶液上浆。此前驱体能够迅速高效地水解为结晶性PEEK，最终获得结晶性PEEK上浆的碳纤维（示意图如图1所示）。该方法不但兼顾上述种五种需求，而且大幅提高了CF/PEEK的界面剪切强度（IFSS）。

图1. 上浆过程示意图与复合材料结构示意图

  研究团队探讨了上浆剂分子量和浓度对CF/PEEK界面性能的影响。结果表明溶液中聚合物对纤维表面的浸润能力是影响IFSS的主要因素，并以此为依据，获得了最佳上浆剂配方（结果如图2 所示）。在该配方下CF/PEEK的IFSS达到了83.13 MPa，相比无上浆剂碳纤维提高91.46%，是目前此类研究中最有效的界面提升手段之一。

图2. 上浆剂分子量与浓度对IFSS的影响

  为了验证产品的耐热性和化学稳定性，研究团队将结晶性PEEK上浆的碳纤维在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，80℃下超声处理2h，扫描电子显微镜图像显示上浆层仅有少量剥离。此外，界面改性的CF/PEEK在去离子水和NMP中，80℃下老化72h，其IFSS保持率分别为91.20%和85.40%，表现出优异的耐热性和化学稳定性（如图3所示）。

图3. 改性纤维及其复合材料的耐热性与耐溶剂性

  以上成果以通讯的形式发表在Macromolecular Rapid Communications（DOI：marc.202000001）上。论文的通讯作者为王贵宾教授，共同通讯作者为栾加双副教授。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202000001