两相流体中短碳纤维分散行为调控及形态演变机制研究

为解决短纤维在两相聚合物体系中的分散难题，研究人员系统探究了短碳纤维在非极性石蜡油/极性甲酰胺体系中的形态演变规律。研究发现，甲酰胺添加量通过调控毛细作用力驱动纤维从均匀分散→纤维网络→束状聚集→大团簇的形态转变，剪切速率和油相粘度可有效抑制聚集行为，表面张力匹配则为形态调控提供了新思路。该研究为复合材料中纤维分散控制提供了理论指导。

　　

短纤维在两相聚合物混合物中的分散过程充满复杂性。聚合物链的选择性吸附会导致纤维要么聚集成束，要么优先分布在某一聚合物相中，具体行为取决于聚合物域的尺寸和取向特征。为揭示这一机制，研究者以高密度聚乙烯/尼龙6（HDPE/PA6）体系为参照，系统观察了短碳纤维在非极性石蜡油中添加极性溶剂（甲酰胺）时的形态演化过程。

当微量甲酰胺加入时，原本均匀分散的短碳纤维逐渐形成纤维网络结构，混合体系粘度随之逐步升高。这种现象源于甲酰胺液滴在两根纤维交界处的毛细作用力（capillarity）驱动下的选择性富集。随着甲酰胺含量增加，纤维与溶剂间的毛细力持续增强，促使纤维先聚集成束状结构，最终形成大尺寸团簇，此时体系粘度呈现下降趋势。

研究还发现，提高剪切速率和石蜡油粘度能有效抑制纤维束的形成。更巧妙的是，通过调节极性溶剂的表面张力来匹配体系需求，可实现从纤维网络到束状结构的可控形态转变，这为复合材料中纤维分散的精准调控提供了新策略。