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CF-MnO2-MA层级增强体的制备及对复合材料力学及摩擦学性能的影响

随着轨道交通事业的快速发展，湿式传动/制动系统对高性能碳布增强树脂基复合材料提出了迫切的需求，但由于碳布表面能低，与树脂界面结合性能差，成为了该类复合材料性能提升的瓶颈所在。本文从界面设计角度出发，以改善复合材料力学和摩擦学性能为目标，设计并制备了碳纤维/二氧化锰纳米片/三聚氰胺（CF-MnO₂-MA）多尺度增强体。首先，采用一步水热法在碳纤维表面原位生长MnO₂纳米片，制备出CF-MnO₂多尺度增强体，MnO₂纳米片的存在不仅增大了纤维表面粗糙度，且可与树脂基体成强的机械啮合。然后采用化学接枝法，成功将多氨基三聚氰胺树枝状分子接枝于CF-MnO₂表面。该增强体的成功制备不仅实现了碳纤维与树脂基体界面机械啮合和化学交联作用的协同增强，而且极性氨基分子的引入，使得碳纤维的表面能显著提升，有效改善了碳纤维与树脂基体之间的浸润性，进而提高了复合材料的界面结合性能。实验结果表明，利用该增强体制备的复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了24.1%和14.5%，磨损率降低了约29.6%。