Abstract Improving the resistances of organic high-performance fibers to harsh environments and enhancing the interfacial interactions of fiber-reinforced composites have become crucial in various applications. In this report, ZnO nanoparticles (NPs) and ZnO nanowires (NWs) were successfully “grown” on the surfaces of aramid fibers (AFs) by grafting with γ-aminopropyl triethoxysilane (KH550) followed by the growth of nano-ZnO. The surface functionalized AFs exhibited improved UV-resistances. After 168 h of ultraviolet exposure, the tensile retention rates of the ZnO-NP- and ZnO-NW-grafted AFs reached 95.6% and 97.7%, respectively, which were significantly higher than the value of 79.1% of the bare fiber. Meanwhile, the introduction of the KH500 and ZnO formed a nano-interphase, enhancing the interfacial strength of the fiber-reinforced epoxy resin composites. The interfacial shear strengths (IFSSs) of the composites with AF-g-ZnO NPs and AF-g-ZnO NWs were 42.9 and 47.8 MPa, respectively, whereas that of bare AF-reinforced epoxy resin was only 31.2 MPa. Nano-ZnO was physically deposited on the AF surfaces without KH550. The IFSS was 36.4 MPa for the AF-ZnO NP and 38.8 MPa for the AF-ZnO NW, which were lower than those of the grafted composites. Therefore, the chemical grafting nano-ZnO on high-performance fibers provides a new strategy for improving the UV-resistances of advanced fibers and to enhance the mechanical properties of fiber-reinforced composites.

中文翻译：

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芳纶纤维与氧化锌纳米界面的共价功能化提高复合材料的抗紫外线性能和界面强度

摘要 提高有机高性能纤维对恶劣环境的抵抗力和增强纤维增强复合材料的界面相互作用在各种应用中变得至关重要。在本报告中，ZnO 纳米颗粒（NPs）和 ZnO 纳米线（NWs）通过与 γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）接枝然后生长纳米 ZnO 成功地在芳纶纤维（AFs）的表面“生长”。表面功能化的 AF 表现出更好的抗紫外线性能。紫外线照射 168 h 后，ZnO-NP-和 ZnO-NW-接枝 AFs 的拉伸保留率分别达到 95.6% 和 97.7%，明显高于裸纤的 79.1%。同时，KH500 和 ZnO 的引入形成了纳米界面，增强纤维增强环氧树脂复合材料的界面强度。含有 AF-g-ZnO NPs 和 AF-g-ZnO NWs 的复合材料的界面剪切强度 (IFSSs) 分别为 42.9 和 47.8 MPa，而裸 AF 增强环氧树脂的界面剪切强度仅为 31.2 MPa。纳米 ZnO 在没有 KH550 的情况下物理沉积在 AF 表面上。AF-ZnO NP 的 IFSS 为 36.4 MPa，AF-ZnO NW 的 IFSS 为 38.8 MPa，低于接枝复合材料的 IFSS。因此，在高性能纤维上化学接枝纳米氧化锌为提高先进纤维的抗紫外线性能和增强纤维增强复合材料的机械性能提供了新的策略。而裸 AF 增强环氧树脂的压力仅为 31.2 MPa。纳米 ZnO 物理沉积在没有 KH550 的 AF 表面。AF-ZnO NP 的 IFSS 为 36.4 MPa，AF-ZnO NW 的 IFSS 为 38.8 MPa，低于接枝复合材料的 IFSS。因此，在高性能纤维上化学接枝纳米氧化锌为提高先进纤维的抗紫外线性能和增强纤维增强复合材料的机械性能提供了新的策略。而裸 AF 增强环氧树脂的压力仅为 31.2 MPa。纳米 ZnO 物理沉积在没有 KH550 的 AF 表面。AF-ZnO NP 的 IFSS 为 36.4 MPa，AF-ZnO NW 的 IFSS 为 38.8 MPa，低于接枝复合材料的 IFSS。因此，在高性能纤维上化学接枝纳米氧化锌为提高先进纤维的抗紫外线性能和增强纤维增强复合材料的机械性能提供了新的策略。