近日，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術教育部工程研究中心馬丕波教授課題組成功高品質編織出碳纖維針織物，通過界面調控技術實現了連續碳纖維無損高品質成圈編織，相關成果以“Synergistically enhancing weavability and interface behavior by applying PDMS/MXene on carbon fiber surface through ultrasound assistance”為論文標題在線發表在復合材料領域頂級期刊《Composites Part B: Engineering》。江南大學針織中心2021級博士研究生孫昭玲為論文第一作者；江南大學針織中心馬丕波教授和董智佳副教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（52373058, 11972172）、中央高校基本科研業務費（JUSRP62005）、江蘇省研究生科研與實踐創新計劃項目（KYCX23_2482）資助。全文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.111071
文章概述
碳纖維復合材料作為國家重要基礎及戰略材料，在航空航天、國防軍工、交通運輸等領域有著廣泛應用。其中碳纖維針織結構織物由于具有良好的能量吸收性和復雜結構件一體成形性，在航天飛行器的喉襯、噴管等關鍵結構部位制備具有著獨特的優勢。但由于碳纖維脆性大、表面惰性強，并且針織成圈過程復雜，其織造斷絲率遠遠大于傳統編織與機織，這極大制約了碳纖維針織結構件的高品質制備，嚴重限制了該類材料在復合材料領域的應用。
本項工作，研究人員提出通過超聲輔助技術對碳纖維表面賦予柔性涂層（PDMS）以及納米粒子(MXene)，實現碳纖維無損編織與界面增強多目標協同優化改性。研究表明，PDMS有效抑制了碳纖維脆性斷裂并提高了其集束性，MXene成功調控了碳纖維與樹脂的界面性能。此外，在碳纖維表面引入柔性界面層可以緩解界面應力，提高復合材料斷裂韌性。這一重大突破克服了碳纖維脆性大、易斷絲、難織造等問題，實現了連續碳纖維界面調控與復雜曲率針織預制件無損高品質成圈編織，同時也為其他脆性纖維無損織造提供了有益的參考價值。
圖文導讀
圖1 碳纖維表面改性流程圖
圖2 碳纖維耐磨測試結果與針織物外觀形貌