生物基超支链水性聚氨酯仿生根状结构增强单向碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能

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碳纤维（CF）表面的惯性特征导致其与树脂基体的粘结强度不足，严重制约了复合材料的整体性能。浆料剂是增强碳纤维表面润湿性和界面粘附力的关键因素。然而，传统线性结构的浆料剂难以满足复合材料的界面性能要求。本研究受植物根状结构启发，成功合成了具有超支链结构的生物基水性聚氨酯浆料剂（WPU-M）。首先通过苹果酸和聚乙二醇（PEG）的酯化反应合成了关键中间体聚醚-聚酯多元醇（MEP），利用苹果酸的多官能性在聚氨酯合成过程中形成高度支链结构。将WPU-M应用于碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料后，其独特的仿生根状结构显著增强了界面性能。与未处理复合材料相比，界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）分别提高了71.20%和39.16%。WPU-M的仿生根状结构不仅有效消除了碳纤维表面的微观缺陷，还增加了极性官能团的密度，从而强化了碳纤维与环氧树脂之间的分子间相互作用。本研究为高性能碳纤维复合材料的界面设计优化提供了新思路。

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