近年来，由于碳纤维及其复合材料独特的优势，在工业领域的应用占比大幅度提升，被广泛应用于汽车、航空、医疗等领域，尤其是在压力容器领域，有着不可替代的优势。但是，碳纤维的表面化学性质趋于惰性，阻碍其与树脂的有效结合，削弱了纤维与基质间的界面结合力，从而影响复合材料的力学性能。
图1、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管结构示意图和透射电镜图片
碳纳米管增强碳纤维/聚合物复合材料是一种结构复杂的复合材料，其基体一般为热固性树脂，碳纤维经过树脂浸渍后，在碳纤维复合材料内部或表面引入碳纳米管作为第三相增强材料。这种复合材料的独特之处在于碳纳米管不仅作为增强体与基体之间形成有效的载荷传递路径，而且在纤维层间空隙中提升了界面强度，在不损失原本复合材料各组分性能的前提下，实现纳米级增强相、微米级纤维增强相与树脂基体的协同作用，充分发挥各组分材料的性能，使碳纤维复合材料在层间富树脂区的机械性能差以及导电、导热率低的问题得到解决。
选用适当的分散剂可在不发生共价键合的基础上，促进碳纳米管的分散。可尝试选用单壁碳纳米管(SWCNTs)，或多壁碳纳米管均匀分散于环氧树脂(EP)中，使EP在原有性能基础上达到增加强度和韧性的效果。再用其作为基体材料制备碳纤维复合材料。
下面介绍一些用碳纳米管增强碳纤维复合材料的例子：
1、Daricik用多壁碳纳米管对碳纤维/环氧复合材料层合板进行改性，研究了0.25%~1.25%范围内的碳纳米管对碳纤维/环氧树脂层合板性能的影响。虽然碳纤维复合材料本体的力学强度已经令人满意，但碳纳米管加入后可以将碳纤维层合板的弯曲强度和弯曲模量分别提高42%和27%。
2、通过基体改性和界面改性两种方式将碳纳米管引入碳纤维复合材料体系中，然后，制备碳纤维/碳纳米管/环氧树脂(CF/CNT/EP)复合材料。测试后发现基于 CNT改性纤维的分级复合材料(CF-CNTs/EP)和基于 CNT 增强基体的复合材料(CF/EP-CNTs)的界面剪切强度分别提高45.2% 和 10.14%，拉伸强度分别提高 24.42% 和 10.41%。CF-CNTs/EP 的优势来源于界面处 CNTs 的引入而形成的梯度界面层，而CF/EP-CNTs的优势并不明显。
图2、碳纤维复合材料压力容器
在不同的应用环境下，碳纳米管的作用和效果都不尽相同。但可以明确的是，SWCNTs/EP 复合材料可以在极低的 SWCNTs 添加量下显著增强 EP 的力学性能。当 SWCNTs 质量分数为0.005% 时，相比纯 EP 浇铸体，复合材料的冲击强度提升显著，同时，弯曲强度和弯曲模量、拉伸强度等机械强度都有一定程度提升，且效果比较明显。
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文章来源：碳纤维复合材料制作与加工
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