1、碳纖維/聚芳基乙炔(CF/PAA)復(fù)合材料是未來(lái)耐熱材料的首選。但PAA樹(shù)脂屬于非極性結(jié)構(gòu)化合物，與纖維浸潤(rùn)性差，基體固化后呈現(xiàn)脆性，導(dǎo)致界面粘接性能差，從而影響到其廣泛的應(yīng)用。本論文從分子水平設(shè)計(jì)復(fù)合材料界面的角度出發(fā)，對(duì)CF/PAA復(fù)合材料界面進(jìn)行涂層改性處理，實(shí)現(xiàn)纖維和樹(shù)脂間的良好粘接，從而有效發(fā)揮碳纖維和PAA樹(shù)脂的優(yōu)異性能。
　　倍半硅氧烷（SSO）是分子水平上的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料，有機(jī)官能團(tuán)具有可設(shè)計(jì)性，其中多面體低聚

2、倍半硅氧烷（POSS）為籠型結(jié)構(gòu)的SSO。根據(jù)PAA單體及其預(yù)聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了五種含不同官能團(tuán)、不同結(jié)構(gòu)的SSO涂層，分別為多形態(tài)結(jié)構(gòu)的MES-SSO、VMS-SSO、MPMS-SSO和單一籠型多面體結(jié)構(gòu)的MethacrylIsobutyl-POSS、TriSilanolPhenyl-POSS。以甲基三乙氧基硅烷（MES）、乙烯基三甲氧基硅烷（VMS）和γ-(甲基丙稀酰氧)丙基三甲氧基硅烷（MPMS）為前驅(qū)體，通過(guò)溶膠-凝膠水解縮

3、聚法合成了相應(yīng)的SSO，即MES-SSO、VMS-SSO和MPMS-SSO。通過(guò)正交試驗(yàn)確定了合成該類SSO的工藝條件。利用傅立葉紅外光譜、核磁共振譜（包括1H、13C、29Si)和基質(zhì)輔助激光解析/電離飛行時(shí)間質(zhì)譜對(duì)合成的SSO的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明合成的SSO中含無(wú)規(guī)、梯形、半籠型和籠型等多種結(jié)構(gòu)。熱失重分析結(jié)果表明SSO均具有良好的耐熱性能。通過(guò)傅立葉紅外光譜、差示掃描量熱分析研究了含活性官能團(tuán)的SSO和PAA樹(shù)脂的反應(yīng)性。<

4、br>　　通過(guò)短梁彎曲法和微脫粘法分別測(cè)試了CF/PAA復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度（ILSS）和界面剪切強(qiáng)度（IFSS），結(jié)合復(fù)合材料剪切斷口表面的掃描電子顯微鏡（SEM）形貌特征來(lái)表征SSO涂層處理CF表面對(duì)CF/PAA復(fù)合材料界面粘接性能的影響。結(jié)果表明SSO涂層處理改善了復(fù)合材料的界面性能，涂層溶液濃度對(duì)復(fù)合材料界面粘接性能影響顯著，2mass％的涂層溶液濃度可獲得最佳的復(fù)合材料界面粘接性能；相同濃度下，不同結(jié)構(gòu)的SSO涂層改性效果不

5、同，單一籠型結(jié)構(gòu)的POSS涂層對(duì)CF/PAA界面的改性效果好于含多種結(jié)構(gòu)的SSO涂層。CF/PAA復(fù)合材料的剪切斷口SEM形貌直觀地說(shuō)明這一改性效果的差別。而同類SSO中，活性官能團(tuán)對(duì)CF/PAA界面性能的影響在復(fù)合材料的ILSS和IFSS中幾乎得不到體現(xiàn)。靈敏的、無(wú)損動(dòng)態(tài)力學(xué)分析測(cè)試卻能夠表征這一活性官能團(tuán)對(duì)界面粘接強(qiáng)度影響效果的不同。PAA樹(shù)脂在SSO涂層處理的CF表面的浸潤(rùn)性能被提高。SSO納米結(jié)構(gòu)引起的納米效應(yīng)是SSO涂層處理時(shí)

6、復(fù)合材料的界面粘接性能提高的主要因素。
　　CF經(jīng)空氣等離子活化后SSO涂層處理可更好實(shí)現(xiàn)纖維和樹(shù)脂之間的良好粘接。處理前后的CF/PAA復(fù)合材料ILSS和IFSS的變化表明，等離子活化后含有活性官能團(tuán)的SSO涂層改性的效果好于含非活性官能團(tuán)的SSO涂層。等離子活化后SSO涂層處理的CF表面SEM和原子力顯微鏡（AFM）形貌表面處理后纖維粗糙度增大，CF/PAA復(fù)合材料的剪切斷口SEM形貌直觀的說(shuō)明了纖維和涂層間的化學(xué)鍵結(jié)合。處理

7、前后的CF表面X射線光電子能譜測(cè)試結(jié)果表明，等離子活化后纖維表面的自由基引發(fā)了SSO涂層在CF表面的反應(yīng)。等離子活化后SSO涂層處理使得CF/PAA復(fù)合材料界面粘接性能提高的主要因素是化學(xué)鍵和機(jī)械嚙合作用。
　　采用力調(diào)制模式下的AFM觀察了CF/PAA復(fù)合材料橫截面的形貌并對(duì)纖維、界面和樹(shù)脂的相對(duì)硬度進(jìn)行了表征，籠型多面體結(jié)構(gòu)的POSS涂層硬度大于多形態(tài)結(jié)構(gòu)的SSO涂層。該方法可以清楚地觀察復(fù)合材料界面層的厚度。
　　SS

8、O涂層在改善復(fù)合材料界面粘接性能的同時(shí)可提高復(fù)合材料的其他性能。熱氧老化試驗(yàn)表明改性后的復(fù)合材料耐熱性能得到改善，SSO涂層適合高溫條件下使用，籠型多面體POSS涂層改性的復(fù)合材料的耐熱性能好于多形態(tài)SSO改性的復(fù)合材料，耐熱性能的提高來(lái)自于SSO涂層中的無(wú)機(jī)Si-O-Si納米骨架結(jié)構(gòu)。示波沖擊測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，等離子活化前后SSO涂層處理的復(fù)合材料的抗沖擊性能得到提高，籠型結(jié)構(gòu)的POSS涂層對(duì)復(fù)合材料抗沖擊性能的改性效果好于多形態(tài)結(jié)構(gòu)的S