图1、真空辅助成型工艺制备碳纤维环氧树脂复合材料示意图研究背景与问题碳纤维与树脂基体之间的界面结合性是影响复合材料性能的关键因素。由于碳纤维表面光滑且惰性，树脂难以充分浸润，导致界面结合力较弱，容易发生分层或断裂。为了解决这一问题，科研人员通过界面改性技术，提升碳纤维与树脂基体的结合性。
研究方法本研究基于阳离子-π相互作用在生物黏连中的重要作用，设计了一种新型的阳离子-π改性聚乙二醇（PEG）涂层，用于修饰碳纤维表面。通过分子结构设计，增加了碳纤维表面的活性官能团，改善了其与树脂基体的浸润性。
实验设计与表征为了验证改性效果，研究团队采用多种表征手段对涂层进行了分析：
傅里叶变换红外光谱（FTIR）：证实了阳离子-π涂层的成功引入。X射线光电子能谱（XPS）：显示改性后碳纤维表面的活性官能团显著增加。扫描电子显微镜（SEM）：观察到涂层均匀分布在碳纤维表面，无明显缺陷。此外，通过动态接触角测试，发现改性后碳纤维的表面能显著提高，树脂在碳纤维中的浸润性得到明显改善。
实验结果与讨论改性后的碳纤维复合材料在力学性能上表现出显著提升：
层间剪切强度：提高了38.9%。
弯曲强度：提升了83.5%。
这些结果表明，阳离子-π改性涂层显著增强了碳纤维与树脂基体的界面结合性。进一步分析发现，涂层体系中存在多种作用力，包括阳离子-π相互作用、氢键、范德华力以及分子缠绕等。这些作用力协同作用，抑制了界面破坏，促进了载荷的有效传递，从而提高了复合材料的界面性能。
未来研究方向本研究为碳纤维复合材料的界面改性提供了新的思路和方法。未来可以进一步探索其他类型的分子结构设计，以进一步提升复合材料的综合性能，尤其是在电磁屏蔽等领域的应用潜力。
结论通过阳离子-π改性PEG涂层的引入，碳纤维与树脂基体之间的界面结合性显著增强，复合材料的力学性能得到大幅提升。这一研究为碳纤维复合材料的界面性能优化提供了理论依据和技术支持。
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文章来源：碳纤维复合材料制作与加工
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