Understanding the Interface Enhancement Mechanisms of CFRP with the Polydopamine–Polyetheramine Interphase at the Molecular Level

相间 接口(物质) 材料科学 纳米技术 化学 化学工程 复合材料 工程类 生物 毛细管数 遗传学 毛细管作用
作者
Qiuyue Ding,Junfu Gao,Ning Ding,Nan Hou,Nan Li,Wenyue Guo
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (20): 10571-10579 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c00306
摘要

In this work, polydopamine (PDA) and polyetheramine D230 were selected to construct the PDA-D230 interphase between the carbon fiber (CF) and epoxy matrix. Density functional theory (DFT) and molecular dynamics (MD) simulations were performed to explore the interface enhancement mechanisms of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) with the PDA-D230 interphase from the molecular level. The adsorption characteristics of a PDA molecule on the CF surface were investigated using the DFT method. The results show that stronger π-π stacking interactions are formed due to the structure and orientation preference of the PDA molecule. The interfacial structures and properties of CFRP with the PDA-D230 interphase are derived from MD simulations. The PDA-D230 interphase on the CF surface induces stronger interfacial interaction energy, leading to the better load transfer between the CF and epoxy matrix. The existence of the PDA-D230 interphase on the CF surface can decrease the mean-square displacement (MSD) value and the free volume fraction of CFRP, which restricts the movement of epoxy atoms and inhibits the translational and rotational motion of epoxy chains. Compared with the epoxy using pristine CFs as reinforcement, the interfacial shear stress (ISS) of CFRP with the PDA-D230 interphase is improved by 13.1%. Our results provide valuable insights into the interface characteristics of CFRP with the PDA-D230 interphase, which are of great significance for exploring the strengthening mechanisms for CFRPs with the PDA-D230 interphase.
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