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研究背景
碳纤维 （CF） 增强环氧树脂（EP）复合材料（E/C）已广泛应用于众多领域，但由于CF的“烛芯”效应，它们始终受到低阻燃性的困扰。尽管添加阻燃剂的传统方法使复合材料能够获得一定的阻燃能力，但它会损害复合材料的机械性能。因此，亟需开发一种兼具优异阻燃性能和机械性能的复合材料。
文章要点
本工作提出了一种界面结构设计方法，具体而言，在CF表面原位合成聚磷腈（PZS）纳米颗粒，以同步提高E/C复合材料的阻燃性和力学性能。通过在环氧树脂基体中掺入少量 9,10-二氢-9-氧代-10-磷菲-10-氧化物（DOPO），复合材料的极限氧指数（LOI）为51.7，符合 UL-94 测试中的V-0等级。此外，与空白E/C复合材料相比，峰值热释放率（PHRR）降低了51.1%，总热释放（THR）降低了36.3%。此外，复合材料的拉伸强度提高到72.9 MPa，提高率为40.7%。其机制主要归因于界面分布的PZS纳米颗粒抑制的“烛芯”效应、组分之间的强氢键相互作用以及粗糙CF表面的界面固定效应。这项工作证实了界面结构设计的重要作用，适当的界面结构可以赋予E/C复合材料良好的综合性能。
图文展示
图1. CF改性示意图
图2.（a）原始碳纤维（CF）、（b）氧化碳纤维（OCF）、（c）C@P-7-5、（d）C@P-11-5、（e）C@P-18-5 和（f）C@P-23-5 的SEM图像。
图3.（a）数码照片显示了UL-94测试中不同样品的燃烧行为；（b）不同样品的氧指数（LOI）比较；（c）热释放速率（HRR）曲线，（d）总热释放（THR）曲线，（e）总烟雾释放（TSP）曲线，（f）一氧化碳生成速率（COP）曲线和（g）二氧化碳生成速率（CO₂P）曲线.
图4. 阻燃机理示意图
图5. 代表性复合材料样品的力学性能。（a）应力-应变曲线，（b）拉伸强度和断裂伸长率，
（c）无缺口 Izod 冲击强度，（d）储能模量。
图6. 复合材料界面失效模式及界面相互作用的示意图。
本工作以“Synchronously Enhanced Flame Retardance and Mechanical Properties of Epoxy/Carbon Fiber Composites Achieved by Interfacial Structure Design”为题发表在期刊《Journal of Materials Chemistry A》（IF: 9.5，中科院材料科学大类2区）。论文的第一作者为西南交通大学2024级博士生胡斗，通讯作者为av直播
孙得翔助理教授和王勇教授。
Dou Hu, An-yan Wang, Xiao-dong Qi, Jing-hui Yang, De-xiang Sun* and Yong Wang*. Synchronously enhanced flame retardancy and mechanical properties of epoxy/carbon fiber composites achieved via an interfacial structure design. Journal of Materials Chemistry A, 2025, 13, 22425-22444.
文章链接：//doi.org/10.1039/D5TA02637G
王勇教授团队入选2020年四川省青年科技创新研究团队，团队主要从事高分子材料增强增韧、功能（导热、介电、相变、阻燃等）高分子复合材料的研究。现有教授1人、副教授2人、高工1人、讲师3人、博士后1人。团队主持包括9项国家自然科学基金在内的科研项目60余项，获2018年度四川省自然科学二等奖和2021年度四川省技术发明奖二等奖。在Prog. Polym. Sci.、Nano Micro lett.、Macromolecules等期刊发表高质量论文300余篇，ESI高被引论文6篇；主编教材1部，参编英文专著1部；申请或授权国家发明专利30余项。
