刚柔并济：碳纤维/环氧树脂界面的设计与优化

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新型界面设计策略将木质素基环氧树脂与纳米氧化铈溶胶相结合，实现了高效的能量耗散、应力传递及其他力学性能的提升。

来源 | European Coatings

《有机涂料进展》（Progress in Organic Coatings）于2026年发表的一项研究表明，以木质素为基底的刚柔并济型上浆剂（LBEP）与刚性纳米氧化铈溶胶（nano-CeO₂）相结合，可显著改善碳纤维/环氧树脂复合材料的界面粘附性与力学性能。这种可持续性方法通过协同增强效应，提升了复合材料的层间剪切强度、拉伸强度和弯曲强度。

碳纤维与树脂基体之间的界面对于复合材料的力学性能至关重要。为优化应力分布与载荷传递效率，研究人员开发了一种“刚柔并济”的界面设计策略。刚性CeO₂颗粒均匀分布于界面处，通过物理锚定和裂纹偏转等机制，增强了机械互锁效应与承载能力。柔性的LBEP则作为多功能桥接相，与碳纤维表面及周围树脂基体形成稳定的共价键，并通过分子链构象调整和能量耗散来缓解应力集中。

实验结果验证了这一方法的有效性：与未改性体系相比，采用改性界面的碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了55%，弯曲强度提高了95%，拉伸强度提高了67%。这种多级界面结构兼具高强度与高韧性，能够在载荷作用下实现高效的应力传递与能量耗散。

除力学性能改进外，该策略还具有可持续性优势。以木质素——一种可再生且资源丰富的原料——作为柔性环氧组分的基础，为传统石油基改性剂提供了一种环保型替代方案。加之相对简便的加工路线，研究人员认为该方法是一种前景广阔的界面工程策略，可用于开发高性能碳纤维复合材料，满足严苛应用场景的需求。

来源：CompositesWorld