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碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料(CFRPA復(fù)合材料)作為一種高分子材料在航空航天、體育工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。CFRPA復(fù)合材料具有低密度、高強(qiáng)度、高韌性等特點(diǎn)，備受人們的關(guān)注。然而，有限的顏色表現(xiàn)和惰性的表面特性是制約CFRPA復(fù)合材料應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵因素。
碳纖維表面惰性強(qiáng)、結(jié)晶度高，傳統(tǒng)染色方法難以實(shí)現(xiàn)持久、鮮艷的著色。聚酰胺樹脂的高加工粘度導(dǎo)致其難以在碳纖維表面鋪展，易誘發(fā)空隙與干點(diǎn)，從而嚴(yán)重限制了界面結(jié)合性能?，F(xiàn)有原子層沉積能制備金屬氧化物著色膜，但其與PA基體相容性差。此外，該薄膜表面官能團(tuán)種類單一（主要為少量羥基），且在復(fù)合材料高溫制備過程中易發(fā)生羥基脫附，從而難以形成良好的界面結(jié)合。
為突破該瓶頸，該研究團(tuán)隊(duì)提出一種協(xié)同無機(jī)-有機(jī)界面改性策略，通過原子層沉積(ALD)在碳纖維表面引入無機(jī)TiO2薄膜，作為生色結(jié)構(gòu)。通過表面改性，在無機(jī)TiO2薄膜表面引入有機(jī)PA層，以增強(qiáng)碳纖維與PA基體之間的界面相容性和結(jié)合力。PA-TiO2薄膜具有雙重功能，既能實(shí)現(xiàn)明亮、持久的結(jié)構(gòu)色，又能增強(qiáng)與PA基體間的界面性能。
無機(jī)的TiO2薄膜通過可見光干涉作用展現(xiàn)出均勻的結(jié)構(gòu)色，而有機(jī)PA涂層對結(jié)構(gòu)色的影響極小。PA-TiO2薄膜與PA6基體具有良好的相容性。此外，酰胺基團(tuán)有助于與PA6基體形成化學(xué)鍵和氫鍵，進(jìn)一步提升了界面性能。與TiO2薄膜改性碳纖維相比，PA-TiO2薄膜改性碳纖維具有優(yōu)異的界面性能，其IFSS達(dá)到了50.14MPa，提高了23.62%。
這種方法為開發(fā)具有多色和優(yōu)異界面性能碳纖維提供了一種有效的途徑。而且從分子結(jié)構(gòu)的角度闡明了碳纖維結(jié)構(gòu)生色與界面增強(qiáng)的機(jī)理，為分子層面可控調(diào)控生色結(jié)構(gòu)與界面增強(qiáng)結(jié)構(gòu)提供了理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。