Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chiến lược một bước để xây dựng liên kết đồng hóa POSS-modified silane trên sợi carbon nhằm tăng cường tính chất bề mặt và khả năng chống lão hóa thủy nhiệt của composite PPBES
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, chúng tôi mô tả một chiến lược mới nhằm thiết kế và xây dựng lớp silane biến đổi POSS trên sợi carbon (CF) để tăng cường độ bám dính giữa các lớp và khả năng chống lão hóa thủy nhiệt của copoly(phthalazinone ether sulfone)s (PPBES) gia cố bằng CF. POSS được biến đổi lần đầu tiên bằng 3-aminopropyltriethoxysilane (APS) để cải thiện khả năng phản ứng hóa học. Không cần tách và tinh chế, APS-c-POSS được sử dụng để chức năng hóa CF nhằm cải thiện khả năng phản ứng và đảm bảo liên kết nguyên tử giữa CF và lớp silane biến đổi POSS. CF được phủ lớp silane biến đổi POSS thu được bằng phương pháp thủy phân tại chỗ của APS-c-POSS. FTIR và XPS xác nhận các liên kết hóa học giữa CF và lớp silane biến đổi POSS. Góc tiếp xúc động, thử nghiệm ướt động và thử nghiệm AFM cho thấy lớp phủ silane biến đổi POSS có thể tăng độ ướt và độ gồ ghề, điều này có thể cải thiện độ bền cắt liên lớp và độ bền uốn của composite CF/PPBES lần lượt là 17.5% và 30.0% với sự cải thiện nhẹ về độ bền kéo của CF. Các cơ chế thất bại của composite CF/PPBES có và không có lớp silane biến đổi POSS đã được nghiên cứu chi tiết bằng SEM. Hơn nữa, lớp này hỗ trợ tính chất cơ học động và khả năng chống thủy nhiệt của composite CF/PPBES. Nghiên cứu này cung cấp một chiến lược thay thế để biến đổi CF bằng POSS, điều này sẽ mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng của POSS trong các composite tiên tiến.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Li N, Zong LS, Wu ZQ, Liu C, Wang JY, Jian XG (2017) Effect of poly(phthalazinone ether ketone) with amino groups on the interfacial performance of carbon fibers reinforced PPBES resin. Compos Sci Technol 149:178–184
Martone A, Giordano M, Antonucci V, Zarrelli M (2011) Enhancing damping features of advanced polymer composites by micromechanical hybridization. Compos Part A Appl Sci Manuf 42:1663–1672
Chen L, Hu Z, Wu ZJ, Wu GS, Ma LC, Zhang CH, Hang YD (2017) POSS-bound ZnO nanowires as interphase for enhancing interfacial strength and hydrothermal aging resistance of PBO fiber/epoxy resin composites. Compos Part A Appl Sci Manuf 96:1–8
Ren HH, Xu DX, Yan GM, Zhang G, Wang XJ, Long XR, Yang J (2017) Effect of carboxylic polyphenylene sulfide on the micromechanical properties of polyphenylene sulfide/carbon fiber composites. Compos Sci Technol 146:65–72
Zhang K, Zhang G, Liu B (2014) Effect of aminated polyphenylene sulfide on the mechanical properties of short carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide composites. Compos Sci Technol 98:57–63
Jiang B, Zhang T, Zhao LW, Huang YD (2017) Interfacially reinforced carbon fiber composites by grafting modified methylsilicone resin. Compos Sci Technol 140:39–45
Wu GS, Chen L, Liu L (2017) Effects of silanization and silica enrichment of carbon fibers on interfacial properties of methylphenylsilicone resin composites. Compos Part A Appl Sci Manuf 98:159–165
Liu Z, Tang C, Chen P, Yu Q, Li WK (2014) Modification of carbon fiber by air plasma and its adhesion with BMI resin. RSC Adv 4:26881–26887
Xu ZW, Huang YD, Zhang CH, Liu L, Zhang FH, Wang L (2007) Effect of γ-ray irradiation grafting on the carbon fibers and interfacial adhesion of epoxy composites. Compos Sci Technol 67:3261–3270
Yuan H, Zhang S, Lu C (2014) Surface modification of carbon fibers by a polyether sulfone emulsion sizing for increased interfacial adhesion with polyether sulfone. Appl Surf Sci 317:737–744
Wu GS, Chen L, Liu L, Huang YD (2017) Multiscale carbon fiber-graphene oxide reinforcements for silicone resin composites with simultaneously enhanced interfacial strength and antihydrothermal aging behaviors. Polym Compos. https://doi.org/10.1002/pc.24370
Varelidis PC, McCullough RL, Papaspyrides CD (1999) The effect on the mechanical properties of carbon/epoxy composites of polyamide coatings on the fibers. Compos Sci Technol 59:1813–1823
Girauda I, Franceschi-Messanta S, Pereza E, Lacabanneb C, Dantras E (2013) Preparation of aqueous dispersion of thermoplastic sizing agent for carbon fiber by emulsion/solvent evaporation. Appl Surf Sci 266:94–99
Yuan HJ, Zhang SC, Lu CX, He SQ, An F (2013) Improved interfacial adhesion in carbon fiber/polyether sulfone composites through an organic solvent-free polyamic acid sizing. Appl Surf Sci 279:279–284
Zhang X, Xu H, Fan X (2014) Grafting of amine-capped cross-linked polyphosphazenes onto carbon fiber surfaces: a novel coupling agent for fiber reinforced composites. RSC Adv 4:12198–12205
Chen L, Wei F, Liu L, Cheng WL, Hu Z, Wu GS, Du YZ, Zhang CH, Huang YD (2015) Grafting of silane and graphene oxide onto PBO fibers: multifunctional interphase for fiber/polymer matrix composites with simultaneously improved interfacial and atomic oxygen resistant properties. Compos Sci Technol 106:32–38
Piscitelli F, Scamardella AM, Romeo V, Lavorgna M, Barra G, Amendola E (2012) Epoxy composites based on amino-silylated MMT: the role of interfaces and clay morphology. J Appl Polym Sci 124:616–628
Yu B, Jiang ZY, Tang XZ, Yue CY, Yang JL (2014) Enhanced interphase between epoxy matrix and carbon fiber with carbon nanotube-modified silane coating. Compos Sci Technol 99:131–140
Zheng N, He JM, Zhao D, Huang YD, Gao JF, Mai YW (2016) Improvement of atomic oxygen erosion resistance of carbon fiber and carbon fiber/epoxy composite interface with a silane coupling agent. Mater Des 109:171–178
Zhao F, Huang YD, Liu L, Bai YP, Xu L (2011) Formation of a carbon fiber/polyhedral oligomeric silsesquioxane/carbon nanotube hybrid reinforcement and its effect on the interfacial properties of carbon fiber/epoxy composites. Carbon 49:2624–2632
Jiang DW, Liu L, Long J, Xing LX, Huang YD, Wu ZJ, Yan XR, Guo ZH (2014) Reinforced unsaturated polyester composites by chemically grafting amino-POSS onto carbon fibers with active double spiral structural spiralphosphodicholor. Compos Sci Technol 100:158–165
Jiang DW, Xing LX, Liu L, Yan XR, Guo J, Zhang X, Zhang QB, Wu ZJ, Zhao F, Huang YD, Wei SY, Guo ZH (2014) Interfacially reinforced unsaturated polyester composites by chemically grafting different functional POSS onto carbon fibers. J Mater Chem A 2:18293–18303
Barra G, Vertuccio L, Vietri U, Naddeo C, Hadavinia H, Guadagno L (2017) Toughening of epoxy adhesives by combined interaction of carbon nanotubes and silsesquioxanes. Materials 10:1131
Zotti A, Borriello A, Ricciardi M, Antonucci V, Giordano M, Zarrelli M (2015) Effects of sepiolite clay on degradation and fire behaviour of a bisphenol A-based epoxy. Compos Part B Eng 73:139–148
Leu CM, Reddy GM, Wei KH, Shu CF (2003) Synthesis and dielectric properties of polyimide-chain-end tethered polyhedral oligomeric silsesquioxane nanocomposites. Chem Mater 15:2261–2265
Raimondo M, Guadagno L, Speranza V, Bonnaud L, Dubois P, Lafdi K (2018) Multifunctional graphene/POSS epoxy resin tailored for aircraft lightning strike protection. Compos Part B Eng 140:44–56
Raimondo M, Russo S, Guadagno L, Longo P, Chirico S, Mariconda A, Bonnaud L, Murariu O, Dubois P (2015) Effect of incorporation of POSS compounds and phosphorous hardeners on thermal and fire resistance of nanofilled aeronautic resins. RSC Adv 5:10974–10986
Zhang WC, Li XM, Guo XY, Yang RJ (2010) Mechanical and thermal properties and flame retardancy of phosphorus-containing polyhedral oligomeric silsesquioxane (DOPO–POSS)/polycarbonate composites. Polym Degrad Stab 95:2541–2546
Wu GS, Chen L, Liu L (2017) Direct grafting of octamaleamic acid-polyhedral oligomeric silsesquioxanes onto the surface of carbon fibers and the effects on the interfacial properties and anti-hydrothermal aging behaviors of silicone resin composites. J Mater Sci 52:1057–1070. https://doi.org/10.1007/s10853-016-0401-y
Lee CY, Bae JH, Kim TY, Chang SH, Kim SY (2015) Using silane-functionalized graphene oxides for enhancing the interfacial bonding strength of carbon/epoxy composites. Compos Part A Appl Sci Manuf 75:11–17
Li N, Wu ZQ, Huo L, Zong LS, Guo YJ, Wang JY, Jian XG (2016) One-step functionalization of carbon fiber using in situ generated aromatic diazonium salts to enhance adhesion with PPBES resins. RSC Adv 6:70704–70714
Peng QY, Li YB, He XD, Lv HZ, Hu PG, Shang YY, Wang C, Wang RG, Sritharanet T, Du SY (2013) Interfacial enhancement of carbon fiber composites by poly (amido amine) functionalization. Compos Sci Technol 74:37–42
Naito K, Yang JM, Tanaka Y, Kagawa Y (2008) Tensile properties of carbon nanotubes grown on ultrahigh strength polyacrylonitrile based and ultrahigh modulus pitch-based carbon fibers. Appl Phys Lett 92:231912
Gao B, Zhang RL, He MS, Wang CG, Liu L, Zhao LF, Wen ZJ, Ding ZP (2016) Interfacial microstructure and mechanical properties of carbon fiber composites by fiber surface modification with poly (amidoamine)/polyhedral oligomeric silsesquioxane. Compos Part A Appl Sci Manuf 90:653–661
Zhang XQ, Fan XY, Yan C, Li H, Zhu YD, Li X, Yu X (2012) Interfacial microstructure and properties of carbon fiber composites modified with graphene oxide. ACS Appl Mater Interface 4:1543–1552
Jiao WW, Liu WB, Yang F, Jiang L, Jiao WC, Wang RG (2017) Improving the interfacial property of carbon fiber/vinyl ester resin composite by grafting modification of sizing agent on carbon fiber surface. J Mater Sci 52:13812–13828. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1485-8