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CFRP是一種碳纖維和樹(shù)脂結(jié)合形成的纖維復(fù)合材料，因其優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度、耐腐蝕性被用來(lái)制造航空飛行器、汽車(chē)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件。高性能碳纖維復(fù)合材料是發(fā)展尖端無(wú)人飛行器、先進(jìn)新能源汽車(chē)的基礎(chǔ)。
圖1 碳纖維復(fù)合材料無(wú)人機(jī)
盡管CFRP材料具備優(yōu)異靜態(tài)強(qiáng)度和剛度，但在低速?zèng)_擊下，CFRP極易發(fā)生分層、基體碎裂等脆性失效，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)承載能力的急劇下降。CFRP抗沖擊損傷能力的不足已經(jīng)成為制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。CFRP的韌性不足一方面來(lái)源于熱固性樹(shù)脂基體的低斷裂韌性，另一方面來(lái)源于樹(shù)脂與碳纖維的低界面結(jié)合力。
圖2 (a) 環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)動(dòng)態(tài)鍵形成機(jī)制
(b) 環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
(c) 碳纖維/樹(shù)脂界面動(dòng)態(tài)鏈接
為了提高CFRP的抗沖擊性能，中科力信研究團(tuán)隊(duì)提出了基于B-O動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的環(huán)氧樹(shù)脂增韌策略。通過(guò)納米二氧化硅顆粒/聚乙二醇懸浮液（STF）作為分散劑將硼酸混入環(huán)氧樹(shù)脂基體中，再通過(guò)熱固化過(guò)程在環(huán)氧樹(shù)脂基體內(nèi)形成具有B-O\B-N動(dòng)態(tài)鏈接鍵的新型環(huán)氧樹(shù)脂體系（FEP）。同時(shí)在CFRP制備過(guò)程中，碳纖維表面的羥基、氨基等官能團(tuán)也可以與樹(shù)脂內(nèi)的B原子形成動(dòng)態(tài)鏈接，有效提升界面結(jié)合強(qiáng)度。
研究結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料（CF/EP），碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料（CF/FEP）展現(xiàn)出顯著的抗沖擊性能提升。通過(guò)擺錘沖擊和沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測(cè)試發(fā)現(xiàn)，CF/FEP的沖擊斷裂韌性和CAI強(qiáng)度分別提高了70%和35%以上。
高性能碳纖維復(fù)合材料作為制造先進(jìn)飛行器、汽車(chē)的重要基體之一，是我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵性的發(fā)展方向之一。中科力信此次在該領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，將進(jìn)一步助推相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品迭代。中科力信也將在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步聚焦市場(chǎng)需求，堅(jiān)定技術(shù)路線(xiàn)，加強(qiáng)研發(fā)攻關(guān)，為我國(guó)復(fù)合材料領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)可靠的高性能材料保障。