摘 要
轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在碳达峰和碳中和的国家战略中展现出重要的研究价值，提高复合材料界面结合强度是重点和难点问题。针对碳纤维表面浸润性差和力学性能转化率低的问题，简述了CFRP界面增强理论和碳纤维表面处理方法，重点阐述了氧化法、化学接枝和涂层法，用物理或化学手段提高复合材料力学性能。此外，从热固性树脂和热塑性树脂两种基体材料的各自性能特点分析了碳纤维与树脂基体适配性的问题，提出了不同的解决方案。最后，介绍了CFRP在航空、风电叶片和新能源汽车领域的研究进展，提出了飞机轻量化、风机大型化和电车普及背景下材料研究的发展建议，如优化针对高强或高模等具有不同表面形态碳纤维的特定表面改性技术，开发针对不同树脂的改性方法，研发不同类别及应用场景下的碳纤维上浆剂，加强复合材料界面增强理论和界面表征技术研究，制定碳纤维复合材料标准化体系。
作 者
刘柳薪,卢晓英*,荔栓红,吴谨好,袁文静,高 源
(中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院, 北京 102206)
正 文
碳纤维(CF)是一种碳含量超过90%(质量分数，下同)的无机纤维材料，其分子构造介于石墨和金刚石之间，呈现出混合层状的石墨结构[1-2]。CF的主要应用形式是作为承力结构制备CF增强树脂基复合材料(CFRP)，具有轻质高强的特点。与普通金属材料相比，CFRP的密度更低，抗腐蚀性能更强。同时，它还具有减振、耐高温和耐疲劳等优点，综合性能优异[3]。空客A350和波音787的机身上都使用了CFRP材料，质量占比超过了50%。并且，轻质高强的CFRP在风电叶片、新能源汽车等领域具有巨大的发展潜力，可以有效解决大风力环境下长叶片材料的密度、强度、模量和耐疲劳性能难以平衡的问题和电池系统下汽车里程低的问题[4]。此外，模拟计算的出现加快了复合材料成型的进程，通过数值模拟纤维增强树脂基复合材料成型过程可以更精确调控树脂的固化和成型[5]。在2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”的双碳目标背景下，CF及CFRP成为热点研究方向，是经济结构转型，实现节能减排、绿色发展的优势材料。图1系统描述了CFRP的全产业链，CF、树脂基体两种原材料通过界面改性提高复合材料性能，最终实现应用。
声明：
“碳纤维增强树脂基复合材料界面改性及应用进展” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：刘柳薪,卢晓英*,荔栓红,吴谨好,袁文静,高 源
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2025年05月16日 ~ 18日 
