DOI: 10.1016/j.cej.2023.143545

作为一种应用广泛的先进材料，碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CF/EP）具有易燃性，但传统的阻燃方法对其成型工艺、耐热性、力学性能产生了负面影响，如何解决这一问题一直是一个挑战。本文采用了一种新的阻燃方法，将纳米纤维阻燃膜插入复合材料层压板的夹层中，以实现复合材料的耐火性、更高的强度和韧性。本工作以苯氧树脂（PKHH）为载体，通过静电纺丝制备了磷酸季戊四醇（PEPA）纳米纤维薄膜，并将其置于CF/EP层压板之间。结果表明，在燃烧过程中，插入纳米纤维膜的CF/EP层之间能够形成具有隔离和保护功能的致密炭化层。因此，含有50wt% PEPA且厚度仅为30μm的纳米纤维膜将CF/EP的LOI值从27.8%提高到34.7%，同时使THR和pSD分别降低了14%和27.2%。此外，由于纳米纤维的非原位增韧作用，改性CF/EP冲击后的弯曲强度、层间剪切强度和压缩强度分别比未改性的CF/EP提高了11.2%、11.3%和12.2%。该工作证明了层间阻燃纤维增强树脂复合材料的可行性，为制备高性能阻燃复合材料提供了一种新的方法。

图1.阻燃纳米纤维膜和层间阻燃复合材料的制备示意图。

图2.纳米纤维膜的SEM和纤维直径分布统计：（a）nPPF-0：不含PEPA的纳米纤维，（b）nPPF-10：含10wt% PEPA的纳米纤维，（c）nPPF-20：含20wt% PEPA的纳米纤维，（d）nPPF-30：含30wt% PEPA的纳米纤维，（e）nPPF-40：含40wt% PEPA的纳米纤维，（f）nPPF-50：含50wt% PEPA的纳米纤维。

图3.nPPF的TG和DTG曲线：（a）氮气气氛下的TG曲线，（b）氮气气氛下的DTG曲线，（c）空气气氛下的TG曲线，（d）空气气氛下的DTC曲线。

图4.复合材料的锥形量热法和烟密度结果，以及燃烧后试样的SEM和EDS分析结果：（a）峰值热释放（pHRR），（b）总热释放（THR），（c）一氧化碳生成（COP），（d）质量损失，（e）烟密度（SD），（f）CF/EP和CF/EP@nPPF-50燃烧后的数字照片，（g）CF/EP燃烧后的SEM，（h）CF/EP@nPPF-50燃烧后的SEM，（i）CF/EP@nPPF-50燃烧后的EDS和元素映射结果。

图5.层间阻燃原理图。

图6.复合材料的拉伸强度、弯曲强度和ILSS强度。

图7.（a）复合材料层间剪切失效，（b）复合材料的载荷-时间曲线，（c）复合材料的载荷-位移曲线，（d）复合材料的CAI强度曲线，（e）复合材料的E'曲线，（f）复合材料的tanδ曲线，（g）CAI试验后CF/EP受损区域的层间形态和裂纹演化示意图，（h）CAI试验后CF/EP@nPPF-50受损区域的层间形貌和裂纹演化示意图。