由于纤维增强聚合物复合材料具有高比强度和环境耐久性，它们已成为不可或缺的结构材料[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]]。随着对轻质和可回收系统的需求增加，碳纤维增强热塑性塑料（CFRTPs）受到了越来越多的关注，因为它们能够结合高机械性能、熔融加工性和可回收性[[8], [9], [10], [11], [12], [13]]。在热塑性基体中，聚丙烯（PP）因其低密度、成本效益和优异的加工特性而特别具有吸引力，使其成为大规模轻量化工程应用的有希望的候选材料[[14], [15], [16]]。然而，PP的固有非极性和碳纤维（CF）的化学惰性表面常常导致界面粘附力较弱，从而影响应力传递效率、界面脱粘和机械性能[[17]]。因此，构建坚固的纤维-基体界面仍然是实现高性能PP基复合材料的关键挑战[[18,19]]。
为了提高CF增强复合材料的界面粘附力，人们已经付出了大量努力，包括纤维表面氧化[[20,21]]、等离子体处理[[22,23]]、电化学方法[[24], [25], [26]]、辐照[[27], [28], [29]]以及添加相容剂[[30], [31], [32]]。在这些方法中，用硝酸处理对碳纤维进行表面功能化是一种有效的方法，可以引入含氧基团（如羧基），从而增加表面能和潜在的化学反应性。然而，对于PP这样的非极性基体，仅靠表面氧化仍然不足以显著提高界面相容性，因为聚合物基体中缺乏能够建立强相互作用和高应力传递效率的反应基团。最近，Tian等人将马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）引入到PP/羧基化碳纤维体系中[[32]]。研究发现，马来酸酐基团可以与碳纤维表面的羧基和羟基发生反应，从而增强界面并提高复合材料的拉伸强度。
从机理角度来看，纤维增强热塑性塑料中的高效应力传递从根本上取决于界面。如果界面主要依赖于有限的物理吸附或弱相互作用，则在外部载荷作用下容易发生界面滑移和早期脱粘。相比之下，在纤维-基体界面形成共价键可以创建一个化学整合的中间层，有效抑制界面失效并最大化载荷传递效率。考虑到环氧基团在熔融共混过程中可以迅速与羧基反应，将环氧官能团引入PP链提供了一种可行的方法，以在碳纤维表面建立直接的共价连接。这种策略使得在熔融共混过程中实现PP链在碳纤维表面的原位化学接枝成为可能，从而将界面相互作用从弱物理粘附转变为牢固的共价键合。
本文提出了一种共价界面工程策略，通过协同设计羧基化碳纤维（NCF）和环氧接枝聚丙烯（GPP）来制备CF/PP复合材料。通过硝酸氧化在CF表面引入羧基，同时通过熔融接枝合成GPP。在熔融共混过程中，GPP的环氧基团与NCF表面的羧基发生反应，使PP链原位接枝到碳纤维表面。这种反应性分子桥接从根本上将传统PP/CF复合材料的弱物理粘附转变为牢固的化学键合界面。更重要的是，实验表明，即使在高纤维含量（30 wt%）的情况下，仅添加5 wt%的GPP作为反应性相容剂也能显著提高机械性能。拉伸强度几乎翻倍，同时冲击韧性也有显著提高。这项工作建立了一种可扩展且具有工业可行性的策略，通过反应性相容化将结合力弱的CF/PP界面转变为牢固的共价界面。
