构建分子滑轮网络界面相实现碳纤维/环氧树脂复合材料界面韧性与强度的协同提升

为解决碳纤维增强聚合物基复合材料(CFPRs)界面韧性与强度难以协同提升的难题，研究人员通过合成多醛基聚轮烷(maPR)并与支化聚乙烯亚胺(PEI)按比例复合，构建了分子滑轮网络界面相。最优配比PEI2-PR1使复合材料界面厚度达402±8 nm，界面剪切强度(IFSS)提升至72.17±2.99 MPa，界面韧性达194.13±2.43 J/m2，残余应力释放率达82.10%，为高性能复合材料开发提供了创新解决方案。

　　

在碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料领域，界面相的性能调控始终是核心挑战。科研团队巧妙设计多醛基聚轮烷(multi-aldehyde polyrotaxane, maPR)与支化聚乙烯亚胺(branched polyethyleneimine, PEI)的复合体系，通过精确调控PEI₂-PR₁配比，成功构建具有分子滑轮效应的网络结构。这种创新界面相展现出惊人的应力耗散能力：横向纤维束测试(TFBT)强度飙升至24.80±2.21 MPa，界面剪切强度(IFSS)达到72.17±2.99 MPa，同时界面韧性突破194.13±2.43 J/m²。更令人振奋的是，该体系实现了82.10%的残余应力释放率，完美解决了传统复合材料"强而不韧"的痛点。通过原子力显微镜表征发现，改性后的碳纤维表面粗糙度和润湿性显著提升，界面相厚度扩展至402±8 nm，交联密度同步优化。这项研究为下一代高性能复合材料开发提供了分子尺度的设计范式。