摘要
碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料的界面工程受到纤维表面化学惰性、PEEK高熔体黏度以及传统上浆剂热兼容性差等因素的阻碍。本文合成了一种含PEEK仿效醚酮链段的羟基功能化卡片型共聚醚酰亚胺。为考察前驱体状态和沉积路径的影响，对比了由相同单体组成衍生的两种上浆配方：水性聚酰胺酸（PAA）前驱体和溶剂型预亚胺化聚醚酰亚胺（PEI）。水性PAA形成了粗糙的颗粒状涂层，并在复合材料固化过程中发生原位亚胺化反应，而预亚胺化PEI则形成了更光滑且连续的层。这些沉积和热演变差异产生了不同的界面结构，从而调控了机械互锁、PEEK异相成核以及界面纳米尺度模量梯度。所得W-PEI-CF/PEEK复合材料的层间剪切强度达到88.81 MPa，较未处理CF/PEEK提高了40.4%，并超过了O-PEI-CF/PEEK的78.95 MPa。同时，模量过渡宽度从未处理复合材料的约55 nm分别增加至水性和溶剂型路径的205 nm和192 nm。前驱体路径的优异性能源于前驱体衍生极性官能团、形貌锚定、原位形成热稳定PEI界面层以及增强界面结晶的协同效应。这些结果表明，前驱体状态和沉积路径是决定CF/PEEK界面形成的关键设计参数，并确立了水性PAA上浆作为高性能热塑性复合材料可扩展策略的地位。
亮点
- 相同的聚合物化学组成使得两条上浆路径能够直接对比。
- 水性PAA通过前驱体沉积形成粗糙界面。
- 原位亚胺化反应在PEEK固化过程中稳定界面。
- 水性上浆使CF/PEEK复合材料的层间剪切强度提高了40.4%。
- 更宽的模量梯度促进更有效的界面载荷传递。
利益冲突
作者声明不存在利益冲突。
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可在合理要求下向通讯作者获取。
