改性氧化石墨烯对碳纤维织物增强复合材料界面性能的影响

张曼宁 钟智丽 薛兆磊

天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387

碳纤维轻质、高强、高模的特点可满足其复合材料比强度大、质量轻、环境适应性强等要求。目前碳纤维织物增强复合材料在航空航天、体育器械[1-2]、交通运输等多个领域已广泛应用。但碳纤维表面光滑，不易与环氧树脂等材料发生反应，导致其复合界面结合牢度较差。因此，提高碳纤维与环氧树脂界面结合性能受到了诸多学者的关注。目前，对碳纤维进行表面改性的主要方法包括等离子体改性法[3]、接枝碳纳米管[4-5]、石墨烯[6]、气相氧化法[7]等，还有部分研究对树脂基体进行改性[8-11]，对复合材料进行增韧处理[12]。

氧化石墨烯(GO)表面含有丰富的含氧基团，可与碳纤维和环氧树脂发生反应[13]，起到连接碳纤维与环氧树脂的作用，提高碳纤维织物与环氧树脂的界面结合性。本试验通过在碳纤维织物表面接枝经硅烷偶联剂KH550改性的GO(简称KH-GO)，再采用真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM)制备碳纤维织物增强复合材料——碳纤维织物/环氧树脂复合材料，并通过力学性能测试评价碳纤维织物/环氧树脂复合材料界面的结合效果。

1 试验部分

1.1 原料及设备

试验所用碳纤维织物为试验室自制的碳纤维层间正交角联锁机织物，涉及的主要原料和设备分别如表1和表2所示。

表1 试验原料

表2 试验设备

1.2 工艺

1.2.1 碳纤维织物改性

在氧化石墨烯分散原液中加入蒸馏水，稀释成质量分数为4%的氧化石墨烯水溶液；超声分散后取100 mL的氧化石墨烯水溶液向其中加入1mL KH550并搅拌均匀，在60 ℃环境下超声3 h，获得改性氧化石墨烯处理液；……