摘 要 輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)在碳達(dá)峰和碳中和的國家戰(zhàn)略中展現(xiàn)出重要的研究價(jià)值，提高復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度是重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。針對碳纖維表面浸潤性差和力學(xué)性能轉(zhuǎn)化率低的問題，簡述了CFRP界面增強(qiáng)理論和碳纖維表面處理方法，重點(diǎn)闡述了氧化法、化學(xué)接枝和涂層法，用物理或化學(xué)手段提高復(fù)合材料力學(xué)性能。此外，從熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩種基體材料的各自性能特點(diǎn)分析了碳纖維與樹脂基體適配性的問題，提出了不同的解決方案。最后，介紹了CFRP在航空、風(fēng)電葉片和新能源汽車領(lǐng)域的研究進(jìn)展，提出了飛機(jī)輕量化、風(fēng)機(jī)大型化和電車普及背景下材料研究的發(fā)展建議，如優(yōu)化針對高強(qiáng)或高模等具有不同表面形態(tài)碳纖維的特定表面改性技術(shù)，開發(fā)針對不同樹脂的改性方法，研發(fā)不同類別及應(yīng)用場景下的碳纖維上漿劑，加強(qiáng)復(fù)合材料界面增強(qiáng)理論和界面表征技術(shù)研究，制定碳纖維復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)化體系。 作 者 劉柳薪,盧曉英*,荔栓紅,吳謹(jǐn)好,袁文靜,高 源 (中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院, 北京 102206) 正 文 碳纖維(CF)是一種碳含量超過90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的無機(jī)纖維材料，其分子構(gòu)造介于石墨和金剛石之間，呈現(xiàn)出混合層狀的石墨結(jié)構(gòu)[1-2]。CF的主要應(yīng)用形式是作為承力結(jié)構(gòu)制備CF增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)，具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)。與普通金屬材料相比，CFRP的密度更低，抗腐蝕性能更強(qiáng)。同時(shí)，它還具有減振、耐高溫和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異[3]。空客A350和波音787的機(jī)身上都使用了CFRP材料，質(zhì)量占比超過了50%。并且，輕質(zhì)高強(qiáng)的CFRP在風(fēng)電葉片、新能源汽車等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，可以有效解決大風(fēng)力環(huán)境下長葉片材料的密度、強(qiáng)度、模量和耐疲勞性能難以平衡的問題和電池系統(tǒng)下汽車?yán)锍痰偷膯栴}[4]。此外，模擬計(jì)算的出現(xiàn)加快了復(fù)合材料成型的進(jìn)程，通過數(shù)值模擬纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成型過程可以更精確調(diào)控樹脂的固化和成型[5]。在2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”的雙碳目標(biāo)背景下，CF及CFRP成為熱點(diǎn)研究方向，是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色發(fā)展的優(yōu)勢材料。圖1系統(tǒng)描述了CFRP的全產(chǎn)業(yè)鏈，CF、樹脂基體兩種原材料通過界面改性提高復(fù)合材料性能，最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。