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  碳纖維復合材料（CFRP）由于輕質高強等優(yōu)異的特性被廣泛用于航空航天領域。隨著高超音速航空航天結構件的快速發(fā)展，傳統(tǒng)CFRP在高溫下的服役可靠性需要進一步加強。界面作為CFRP中的重要組成部分，在高溫環(huán)境下相較于耐高溫的樹脂基體更容易提前失效。且當前上漿劑的主體成分大多為改性環(huán)氧樹脂，其在高溫條件下易軟化導致界面脫粘，引起CFRP結構件失穩(wěn)。因此，構建新型耐高溫界面相對于提高CFRP在高溫環(huán)境下的服役可靠性至關重要。針對該問題，該團隊在前期開展了新型耐高溫界面相的構筑工作，通過引入了高耐溫的酞菁結構構建了耐高溫界面相，確認了界面相T_g與界面相耐溫性能的關聯性，實現了CFRP界面性能在180 ℃下高性能保持率（Compos. Sci. Technol. 2019, 173, 24-32. Chem. Eng. J., 2020, 388, 124255.）。通過設計合成了耐高溫水性聚酰胺酸上漿劑，實現碳纖維/雙馬復合材料耐高溫界面層的構建，探討了280 ℃高溫下碳纖維表面和復合材料界面的熱氧老化規(guī)律（Polym. Degrad. Stab. 2022, 206, 110171.）。

  近期，該團隊在前期工作基礎的指導下，以耐高溫的胺基改性熱塑聚醚酰亞胺（APEI，結構式如圖1）作為“泥”組分，氧化石墨烯（GO）作為“磚”組分構建了一種新型的耐高溫“磚泥”結構界面相（圖2）。得益于APEI的活性胺基和優(yōu)異的耐溫性，顯著提高了界面相的玻璃化轉變溫度（208 ℃）和活化能（542.3 kJ/mol），有效避免了界面相在高溫下軟化和降解。同時，GO的高強度和剛度彌補了纖維與樹脂基體之間的巨大模量差異，彌補了復合材料界面區(qū)域的模量不匹配問題，實現了碳纖維復合材料界面力學性能在高溫服役環(huán)境下的高保持率，大大提高了CFRP結構件在高溫環(huán)境下的服役可靠性。

 圖5 （a）界面相的DSC曲線，（b）界面相的活化能和（c）界面相增強機理

  以上研究成果以“Bio-inspired fabrication of "brick-and-mortar" interphase in carbon fiber/epoxy composites with significantly improved high-temperature durability” 為題，發(fā)表于Advanced Composites and Hybrid Materials（IF=20.1）上。北京化工大學博士研究生黎何豐為第一作者，北京化工大學賈曉龍教授與澳大利亞南昆士蘭大學王浩教授為通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s42114-024-00876-9