在碳纖維(CF)表面引入氧化石墨烯(GO)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料中纖維/基體界面結(jié)構(gòu)和性能的有效策略。然而，由于處理過程中的蝕刻效應(yīng)，纖維的抗拉強(qiáng)度往往會(huì)降低。本研究提出了一種通過靜電自組裝將GO引入到纖維表面的新方法。結(jié)果表明:通過NH
3等離子體處理NH
2接枝CF，使CF和GO在去離子水中電荷相反；隨后，它們?cè)陟o電力的作用下自組裝形成CF@GO。CF@GO的抗拉強(qiáng)度比原始CF高31.23%，這可能是因?yàn)椴煌叽绲腉O修復(fù)了CF及其多層修復(fù)結(jié)構(gòu)的表面缺陷。由于氧化石墨烯涂層，CF的表面潤濕性有了明顯的改善。此外，界面性能顯著提升，CF@GO的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)提高到81.31 MPa，是未改性CF的2倍左右。這為納米顆粒在CF上進(jìn)行無損接枝，在CF復(fù)合材料中建立強(qiáng)界面提供了一種很有前景的策略。
圖1. (a)等離子體處理系統(tǒng)示意圖(b)GO和CF的靜電自組裝過程示意圖。
圖2. GO的表征:(a)GO的SEM圖像。(b) GO的TEM圖像。(c) GO的AFM圖像。 (d)GO的FTIR光譜。(e)石墨和GO的XRD測(cè)量光譜。
圖3. 不同NH
3等離子體處理時(shí)間后CFs的表征:(a) FTIR光譜，(b) XPS光譜和(c) CF-0、CF-5、CF-10、CF15和CF-20的元素含量。(d) CF-0、CF-5、CF-10、CF-15、CF-20和GO的平均zeta電位。
圖4. (a) GO， (b) CF-0， (C) CF-5， (d) CF-10， (e) CF-15和(f) CF-20的C 1s XPS譜。
圖5. (a) CF-0和CF@GO，(b) CF@GO-0， (c) CF@GO-5， (d) CF@GO-10， (e) CF@GO-15和(f) CF@GO-20的SEM圖像。
圖6. (a) GO、CF、CF@GO的TG曲線。(b) EP樹脂在CF和CF@GO上的接觸角。(c)不同NH
3等離子體處理時(shí)間和CF@GO時(shí)CFs的拉伸強(qiáng)度。
圖7. CF和GO的靜電誘導(dǎo)自組裝示意圖。
圖8. (a)CFRPs的IFSS和彎曲強(qiáng)度。(b) CFRPs的彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
圖9. 復(fù)合材料斷口表面形貌:(a) CFRP/CF-0， (b) CFRP/CF@GO-0， (c) CFRP/CF@GO-5， (d) CFRP/CF@GO-10， (e) CFRP/CF@GO-15和(f) CFRP/CF@GO-20。
相關(guān)研究成果由西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院Jie Li等人于2022年發(fā)表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152717)上。原文：Interfacial reinforcement of composites by the electrostatic self-assembly of graphene oxide and NH
3 plasma-treated carbon fiber。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
