Using molecular entanglement as a strategy to enhance carbon fiber-epoxy composite interfaces

材料科学 分子动力学 环氧树脂 分子 聚合物 共价键 纤维 复合数 粘附 复合材料 化学物理 纳米技术 计算化学 化学 有机化学
作者
Daniel J. Eyckens,Barış Demir,James D. Randall,Thomas R. Gengenbach,Linden Servinis,Tiffany R. Walsh,Luke C. Henderson
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier]
卷期号:196: 108225-108225 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108225
摘要

The tethering of an amphiphilic molecule to the surface of carbon fiber resulted in significant (+283%) improvements in interfacial shear strength. Molecular dynamics simulations revealed that lateral association of hydrophobic sections lead to a 'hooked' conformation through which polymer chains become entangled. Further simulations indicated that a small molecule, forced into this conformation via two covalent attachment points to the fiber surface (similar to a 'horseshoe'), would provide similar adhesion improvements and confirm this conformational effect on interfacial phenomena. This prediction was confirmed by the synthesis and grafting of such a molecule to a carbon fiber surface, giving an almost identical improvement in interfacial adhesion (+276%). This work validates the use of molecular dynamics to inform molecular architectural design and demonstrates the translation of molecular conformation and shape at a composite interface from nano-to macroscale.

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