Improving interfacial adhesion and mechanical properties of carbon fiber reinforced polyamide 6 composites with environment-friendly water-based sizing agent

材料科学 聚酰胺 复合材料 尺寸 抗弯强度 极限抗拉强度 润湿 抗剪强度(土壤) 化学 有机化学 环境科学 土壤科学 土壤水分
作者
Chun Yan,Yingdan Zhu,Dong Liu,Hai‐Bing Xu,Gang Chen,Mingda Chen,Guangbin Cai
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:258: 110675-110675 被引量:72
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2023.110675
摘要

In this study, a water-based aminoethylpiperazine-polyamide (AEPPA) is synthesized and its water-based sizing agent is prepared to improve the interfacial properties of carbon fiber reinforced polyamide 6 (CF/PA6) composites. The results show that the AEPPA sizing layer enhances the wettability of CF surface, thereby promoting the sufficient impregnation of PA6 resin on the fiber surface. Meanwhile, a strong interface is formed due to the interdiffusion and hydrogen bond formation between AEPPA and PA6 molecular chains. Accordingly, the interfacial shear strength increases by 29.3% and 20.2% from 41.9 MPa for as-received and 45.1 MPa for desized CF/PA6 composites to 54.2 MPa for 4 wt% AEPPA sizing agent treated CF/PA6 composites. In addition, to clarify the applicability of the resultant sizing agent, unidirectional CF/PA6 prepregs are prepared, and the mechanical properties of CF/PA6 composites are evaluated in detail. The average interlaminar shear strength, tensile strength and flexural strength increase by 14.2%, 10.5% and 20.0% from 73.8, 2198.1 and 1393.6 MPa for desized CF/PA6 composites to 84.3, 2638.7 and 1539.9 MPa for those treated with AEPPA sizing agent due to the effective stress transfer across the interface, respectively. Moreover, the cross-section morphologies and fracture behavior are analyzed to verify the improvement of mechanical properties. Furthermore, the strengthening mechanism of interfacial properties is intensively discussed.
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