玻璃纤维增强复合材料的双界面工程：通过超支化聚酯改性树脂与刚/柔纤维涂层的协同增强作用

来自某团队的研究人员针对玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料中传统强度与韧性难以兼得的问题，开展了双界面工程研究。他们通过超支化聚酯（HBP）改性不饱和聚酯树脂（UPR）并结合刚性（m-GF）与柔性（KH570-GF）纤维界面功能化，使最优体系（KH570-GF+5wt% HBP）的拉伸、弯曲和冲击强度分别提升113%、93.6%和187%，有效突破性能瓶颈，为航空航天结构材料设计提供新策略。

　　

科研人员采用手工铺层法制备了玻璃纤维增强聚合物（Glass Fiber-Reinforced Polymer, GFRP）复合材料，其基体为不饱和聚酯树脂（Unsaturated Polyester Resin, UPR），并创新性地引入了通过聚乙二醇（Polyethylene Glycol, PEG）核心路线合成的超支化聚酯（Hyperbranched Polyester, HBP）。玻璃纤维（Glass Fibers, GFs）经过功能化处理，分别形成“刚性”界面（HEA/TDI改性，m-GF）和“柔性”界面（KH570改性，KH570-GF）。

实验结果显示：经HBP改性的UPR复合材料表现出显著增强的力学性能——与未改性体系相比，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提升62.2%、17.5%和95.0%。而引入刚性m-GF界面后，性能进一步提升，三者增幅分别达到96.1%、90.9%和80.4%。最具突破性的是柔性KH570-GF界面与HBP的协同组合：最优体系（KH570-GF?+?5?wt% HBP）的拉伸强度高达336.8?MPa（提升113%），弯曲强度为622.1?MPa（提升93.6%），冲击强度达到142.2?kJ?m^?2（提升187%），远超基准GF/UPR复合材料。

动态机械分析（Dynamic Mechanical Analysis, DMA）表明，改性后体系的玻璃化转变温度升高，交联密度提升，热稳定性增强。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）图像清晰显示，改性复合材料中纤维-基体脱粘现象减少，裂纹扩展得到有效抑制。刚性界面主要提升了载荷传递效率，而柔性界面则通过界面滑移机制促进了能量吸收。

这项研究证明，通过对刚性或柔性界面进行独立调控，可为GFRP复合材料提供截然不同的性能优化路径，成功突破传统强度与韧性的权衡困境，为航空航天与结构材料领域提供了可定制化的解决方案。