(中国石化上海石油化工股份有限公司先进材料创新研究院，上海 200540)

    聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)的制备分为聚丙烯腈原丝液的制备以及碳纤维的制备。首先，聚合反应单体丙烯腈与加入的少量第二单体(如丙烯酸甲酯)和第三单体(如亚甲基丁二酸)，以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，以二甲基亚砜(DMSO)或硫氰酸钠(NaSCN)为溶剂，通过共聚反应生成聚丙烯腈原丝液。接下来，聚丙烯腈原丝液经过纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化等工艺过程，得到含碳量大于90%的无机碳材料，即PAN-CF[1]。PAN-CF 的碳化收率能达到45%，高于其他几种原料(沥青、粘胶、酚醛等)制备的碳纤维。PAN-CF 成为如今生产应用研究最为广泛的碳纤维，得益于其生产工艺流程易控，成本较低。碳纤维由于其独特的乱层石墨结构，高强高模，且耐高温、耐腐蚀。一般来说，碳纤维主要是通过与热塑性、热固性树脂复合，通过一定的成型工艺制备得到复合材料，才能发挥其优异的综合性能。热塑性树脂包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。热固性树脂包括环氧树脂(EP)、酚醛树脂(PF)等。碳纤维复合材料不仅在医疗器械、健身器材等民用领域使用普遍，在航空航天、军事等军用领域也发挥着其不可替代的作用[2]。

    对于分子链为线型或支链结构的热塑性树脂，在受热时流动，冷却时固化，此物理过程可逆。对于热固性树脂，其在固化前分子结构同热塑性树脂一样，为线型或支链结构；固化之后，分子链间通过化学键交联形成三维网状结构，即不熔不溶，此化学过程不可逆。相对于热固性树脂，热塑性树脂极性键较弱，因而碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)在制备过程中不可避免地较热固性树脂更难以浸润[3]。但是与热固性复合材料相比，CFRTP 具有较高的韧性和损伤容限、成型周期短、预浸料存储时间长等显著优势。近年来，随着对材料的低成本化和高性能化的要求越来越高，CFRTP 在航空航天、汽车、高端机械、医疗等领域的选材中备受关注，在复合材料的研究应用比例越来越大，相比于传统型热固性复合材料的优势越来越大[4]。

    1 CF 界面改性研究

    CFRTP 界面结构包括增强体碳纤维、界面层和基体树脂[5]，界面示意图如图1。其中，界面层作为碳纤维增强体和树脂基体之间传递应力的桥梁，直接决定复合材料力学性能的发挥。热塑性树脂在熔融时黏度较大，且碳纤维经碳化处理后表面化学惰性大，因此树脂浸渍碳纤维不充分，界面的弱结合问题凸显[6]。针对这一问题，一般通过对碳纤维进行界面改性 ......