CNF/GNP增强绿色环氧杂化纳米复合材料的浸水行为及其界面调控机制研究

针对生物基环氧树脂纳米复合材料耐水性差的问题，马来西亚普特拉大学团队通过低负载量纤维素纳米纤丝(CNF)和石墨烯纳米片(GNP)协同改性，系统研究了0.1-0.5 wt%填料对复合材料浸水15天后理化性能的影响。研究发现GNP通过π-π堆叠和范德华力增强界面结合，使接触角提升至90.04°，硬度增加46.6%，拉伸/弯曲强度分别达400-600 MPa/600-800 MPa，热导率10-30 W/m·K，为水下电子设备防护材料开发提供新思路。

　　

随着化石资源枯竭和环境污染加剧，开发可持续高性能材料成为全球焦点。环氧树脂虽具优异机械性能和化学稳定性，但传统双酚A型环氧存在生态毒性，且聚合物基体易吸湿导致界面劣化，严重制约其在潮湿环境的应用。特别是水下电子设备封装领域，亟需兼具环境友好性和水分阻隔功能的先进复合材料。

马来西亚普特拉大学的研究团队创新性地采用油棕榈源纤维素纳米纤丝(cellulose nanofibrils, CNF)与石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets, GNP)协同增强生物基环氧树脂，通过溶液共混法制备了填料含量仅0.1-0.5 wt%的杂化纳米复合材料。研究采用接触角测试、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜(FESEM)等手段系统分析了15天水浸后材料的理化性能演变规律，相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》。

关键技术包括：1) 通过接触角测试量化不同填料对表面润湿性的影响；2) 采用XRD和Raman光谱验证纳米填料分散状态；3) 利用FESEM观察水浸前后微观形貌变化；4) 通过万能试验机测定拉伸/弯曲强度等力学参数；5) 热导率测试评估填料网络的热传输效率。

水吸收行为
CNF因羟基含量高使复合材料接触角降至80.26°，而GNP通过二维片层阻隔作用将接触角提升至90.04°。FESEM显示CNF引发毛细管效应导致水解断裂，GNP则通过π-π堆叠和范德华力强化界面结合。

机械性能
水饱和状态下杂化材料硬度提升46.6%，GNP显著改善冲击性能。拉伸强度维持在400-600 MPa区间，弯曲强度达600-800 MPa，归因于GNP的高纵横比促进应力传递和裂纹偏转。

热性能
复合材料呈现10-30 W/m·K的轴向热导率，GNP形成的连续导热网络有效促进热耗散，300℃下仍保持结构完整性。

该研究证实：1) 0.25 wt% GNP为最优负载量，可平衡力学增强与水分阻隔效应；2) 填料分散度是控制吸水率的关键因素；3) CNF与GNP的协同作用可突破单一填料性能局限。研究成果为设计新一代耐湿复合材料提供了理论依据，特别对海洋电子设备封装材料的开发具有重要指导价值。作者团队指出，未来需进一步优化填料表面改性工艺以提升界面相容性，这将是实现产业化应用的关键突破点。