多功能热塑性添加剂构建可持续竹纤维/环氧树脂复合材料的界面优化机制研究

针对竹纤维(BF)与树脂基体界面相容性差的问题，研究人员通过引入聚醚酮卡多(PEK-C)热塑性颗粒构建双连续相环氧树脂(EP)体系，显著提升BF/EP复合材料的力学性能(弯曲强度提高11.1%)、热稳定性和耐湿性。该研究为开发生物基环保复合材料提供了新策略。

　　

随着环境污染问题日益严峻，开发可替代石油基塑料的环保材料成为全球研究热点。竹纤维(BF)因其储量丰富、可生物降解等优势被视为理想增强材料，但其亲水性表面与疏水性树脂的界面不相容性严重制约应用。传统物理化学改性方法存在工艺复杂、成本高等缺陷，如何通过树脂基体设计实现BF复合材料性能突破成为关键科学问题。

中国工业和信息化部高质量项目支持的研究团队在《European Polymer Journal》发表研究，创新性地将聚醚酮卡多(PEK-C)热塑性添加剂引入环氧树脂(EP)体系。通过扫描电镜(SEM)、动态机械分析(DMA)等技术证实，PEK-C与EP在混合熵驱动下形成双连续相结构，固化后树脂富含亲水基团，与BF形成分子间键合。这种"树脂基体设计-界面优化"策略使复合材料孔隙率降低，冲击强度提升24.3%，同时保持优异热稳定性(热变形温度提高15°C)。

关键技术包括：1) 采用中国浙江嵊州5年生毛竹制备BF；2) 通过相分离调控构建EP/PEK-C双连续相体系；3) 使用SEM和原子力显微镜(AFM)表征界面形貌；4) 通过三点弯曲试验和摆锤冲击测试评估力学性能。

材料与方法
研究选用机械强度达1.2 GPa的毛竹BF，与F-46酚醛环氧树脂及PEK-C共混。通过控制PEK-C添加量(5-15 wt%)实现相分离调控，采用差示扫描量热法(DSC)监测固化过程。

结果与讨论
力学性能测试显示，含10 wt% PEK-C的复合材料弯曲模量达3.8 GPa，较纯EP提升11.1%。SEM图像显示双连续相结构有效抑制裂纹扩展，冲击断面呈现韧性断裂特征。DMA证实储能模量在高温区(>120°C)保持稳定，表明热稳定性显著增强。

结论
该研究开创性地通过热塑性添加剂设计实现树脂基体多尺度调控，为解决天然纤维复合材料界面难题提供普适性方案。不仅拓展了EP基聚合物在汽车、建筑等领域的应用，更为开发"碳中和"材料体系提供理论支撑，契合中国工信部绿色制造发展战略。