大连理工大学陈平教授为你讲解高性能纤维表面改性及其双马树脂基复合材料界面调控

大连理工大学陈平教授在高性能纤维表面改性及其双马树脂基复合材料界面调控领域的研究，聚焦于通过等离子体处理技术优化纤维与树脂的界面性能，系统揭示了处理参数对纤维表面状态及复合材料力学性能的影响规律，为高性能复合材料的工业化应用提供了理论支撑与技术指导。一、高性能纤维表面改性方法高性能纤维（如碳纤维、PBO纤维、芳纶纤维）的表面改性旨在增强其与树脂基体的界面结合力，主要方法包括以下六类：化学氧化通过浓硝酸、硫酸、过氧化氢等氧化剂处理非极性材料表面，引入含氧基团（如羰基、羧基）。例如：碳材料经沸腾硝酸处理后，酸性表面基团显著增加，但可能破坏纤维内部结构。电化学氧化利用直流电源提供电子，通过阳极氧化在纤维表面生成氧功能基团。优势：反应条件可控，化学计量可通过功率调节；保持纤维力学性能和表面积不变；例如：NH?HCO?电解质处理碳纤维可引入含氮基团，增强界面化学键。偶联剂改性硅烷偶联剂通过水解或有机溶剂涂覆于玻璃纤维表面，形成硅氧键与纤维连接，有机官能团与树脂结合。工业应用：已广泛用于玻璃纤维增强复合材料生产。等离子体处理原理：通过电感耦合射频等离子体（ICP）或介质阻挡放电（DBD）在纤维表面生成自由基、离子和亚稳态物质，引发氧化、交联反应。效果：碳纤维表面生成-COOH、C-OH等官能团，润湿性改善；PBO纤维处理15分钟后表面自由能从47.6mJ/m2增至64.4mJ/m2；芳纶纤维表面粗糙度增加，O/C质量比从15.99%升至27.15%。优势：反应深度可控、操作简便、无环境污染。图1：等离子体处理后纤维表面粗糙度显著增加臭氧处理通过臭氧氧化在碳材料表面引入氧官能团，适用于非极性碳材料的温和处理。高能射线辐照处理优势：可在室温下实施，作用均匀；改善材料本体结构，工艺简单且无污染。二、双马树脂基复合材料的界面挑战与调控意义双马树脂特性：耐高温、耐湿热，但预聚体黏度高、单体溶解性差，导致对增强体浸润性不足，加工成本高。界面调控必要性：界面性能直接影响复合材料的层间剪切强度（ILSS）和破坏模式，是提升材料整体性能的关键。三、陈平教授团队的研究内容与成果研究方法采用ICP和DBD低温等离子体处理连续碳纤维和PBO纤维；结合XPS（表面组成分析）、AFM（表面形貌观测）、DCA（浸润性能测试）等手段，系统研究处理参数（时间、功率、气压）对纤维表面状态的影响。核心发现表面改性规律：等离子体处理后纤维表面接枝羧基、羟基等极性官能团；表面粗糙度和自由能显著提升，浸润性能改善。界面性能提升：纤维与双马树脂的ILSS明显提高；复合材料破坏模式从界面脱粘转变为树脂基体破坏（图2）。时效性研究：探讨了纤维表面改性效果的持久性及其对复合材料界面性能的长期影响。图2：未处理（左）与等离子体处理（右）复合材料的破坏模式对比理论贡献揭示了等离子体处理参数与纤维表面状态、复合材料界面结构的定量关系；提出了界面粘结与破坏机理的模型，为高性能复合材料设计提供了理论依据。四、陈平教授学术背景与荣誉职务：大连理工大学化工学院教授、博士生导师，辽宁省先进聚合物基复合材料工程重点实验室主任。学术兼职：中国材料研究学会资深会员、中国复合材料学会界面科学与工程专业委员会委员等。研究领域：新型耐高温树脂设计与功能化改性；纤维表面低温等离子体改性技术与结构表征；复合材料界面结构调控与制备技术。主要成就：承担国家重点科技攻关项目等30余项；获国家技术发明奖2项、省部级科技奖18项；发表SCI/EI收录论文340余篇，出版学术专著6部、教材2部；入选国家级人才计划（如“兴辽英才计划”科技创新领军人才）。五、学术活动与行业影响2022复合材料界面论坛：陈平教授受邀作《高性能纤维表面改性及其双马树脂基复合材料界面调控》主题报告，分享最新研究成果。行业贡献：其团队研发的“系列耐高温双马树脂及其复合材料”入选首届中国科协“科创中国先导技术”先进材料领域10强榜单，推动了复合材料在航空航天等领域的工业化应用。图3：陈平教授在2022复合材料界面论坛作报告总结：陈平教授通过系统研究等离子体处理对高性能纤维表面状态及双马树脂基复合材料界面性能的影响，提出了界面调控的关键技术，为解决复合材料界面薄弱问题提供了创新方案，对推动我国先进复合材料领域的发展具有重要意义。