Advanced Engineering Materials:高分子界面相结构对金属-热塑性高分子相互作用的影响

碳纤维复合材料因其低质量高强度,耐酸碱腐蚀等优异性能在车辆工程,电子工程,航空航天等领域具有举足轻重的地位(如复合材料在波音787中的比重接近50%)。其中,高性能热塑性(加热软化时加工,冷却时固化的高分子材料)复合材料因其易储存,耐冲击,生产效率高,可回收利用等特点,在航空航天领域的应用越来越广泛。其中,热塑性复合材料与金属的相互作用力对于复合材料的生产和应用至关重要:i. 决定了复合材料与金属模具的脱模过程,从而影响复合材料的加工效率和成品率。此处,需要尽可能降低热塑性复合材料与金属的相互作用力。ii. 决定了复合材料与其他金属(如钛合金)部件的结合性能。此时,热塑性复合材料与金属的相互作用力需要尽可能地增强。

目前,金属与高分子相互作用主要从不同尺度的界面物理吸附和化学键合来解释。在介观尺度,高分子与金属表面形貌的机械锁合力是主要因素。在微观尺度,高分子分子链与金属表面原子的范德华力及化学键合是主要因素。

近日,Advanced Engineering Materials上发表了题为“Influence of the polymer interphase structure on the interaction between metal and semicrystalline thermoplastics”的研究性文章(10.1002/adem.202000518)。通过与荷兰热塑性复合材料研究所(TPRC | Advancing Thermoplastic Composites Technologies)合作,该文章研究了目前应用最广泛的热塑性材料(包括 PPS,PEKK, PEEK及 PA-6)与不锈钢的相互作用,发现除去上述目前已知的金属与高分子相互作用机理,对热塑性高分子而言,高分子界面相的结晶结构对金属 – 高分子界面的断裂至关重要。该文章通过一系列的界面表征,包括原子力显微镜,偏振光显微镜,高分辨电子显微镜及X射线衍射仪,首次阐述了高分子界面相分子结构对金属-热塑性高分子结合的影响。该项研究,填补了界面相结构对金属 – 结晶性热塑性高分子相互作用的影响机理的空白,为调控(降低以及增强)金属-热塑性高分子界面作用力提供了新的思路和方法。

该文章发表于Advanced Engineering Materials上, 荷兰特温特大学博士后褚良永、教授 Matthijn B. de Rooij为论文的共同通讯作者。