溶胶-凝胶法构建纳米结构界面相增强玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的湿热耐久性

为解决玄武岩纤维(BF)增强聚合物复合材料因界面粘附性差和湿热降解导致的力学性能下降问题，研究人员通过协同溶胶-凝胶工艺在BF表面构建了γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与正硅酸乙酯(TEOS)的纳米杂化界面相。优化后的1:1前驱体比例形成10 nm致密涂层，使复合材料初始短梁剪切强度提升28.3%，在70°C水环境中老化30天后仍保持90%以上性能。该研究为苛刻环境应用提供了高性能复合材料的界面工程策略。

　　

玄武岩纤维(BF)增强环氧树脂复合材料虽具有可持续特性，但其力学性能和耐久性常受限于脆弱的界面结合与湿热环境敏感性。这项研究通过巧妙的溶胶-凝胶工艺，在纤维表面构筑了纳米尺度的有机-无机杂化界面相——将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与正硅酸乙酯(TEOS)以黄金比例1:1协同反应，生成约10 nm的致密纳米颗粒涂层。这种精妙的界面设计实现了三重功效：最大化暴露能与环氧树脂形成共价键的活性氨基、通过表面粗糙化增强机械互锁效应、同时构建疏水屏障降低水分吸收率。

实验数据表明，经改性的AT11-BF/环氧复合材料展现出惊人的性能提升：短梁剪切强度较原始样品提高28.3%。更令人振奋的是，在70°C热水加速老化实验中，这些"穿上了纳米防护衣"的复合材料表现出卓越的耐久性——30天后仍保留90%以上的初始强度。这种界面工程策略犹如给复合材料注射了"抗老化疫苗"，为航空航天、海洋工程等严苛环境下的应用开辟了新途径。