In order to address the less-than-satisfactory interfacial properties and thermal conductivity of carbon fiber reinforced polymers (CFRPs), a general solvent-free [email protected]3O4 nanofluid (GFNF) hybrid water-based sizing agent was prepared and applied for carbon fiber (CF) sizing. A discussion was conducted about the effects of different GFNF contents on the CF/epoxy composites (CF/EP) for their interfacial properties and thermal conductivity. In comparison with the composites made up of commercial CF and epoxy, the interfacial and thermal conductivities of the GFNFCF/EP composites were significantly improved. Notably, the increase in 2.5-GFNFCF/EP was most noticeable, with ILSS and flexural strength improved by 15% and 43.6%, respectively. This is attributed to the uniform adhesion of GFNF to the CF surface, which enhances the physical-chemical interaction of fiber with matrix, promotes the dispersion of stress, and prevents cracking from spreading. Also, the thermal conductivity was improved by 128.9% due to the formation of continuous thermal conduction pathways at the interface. The mechanism behind interface and thermal conductivity enhancement of the composites was proposed. This hybrid sizing agent contributed a different solution to improving the interfacial properties and thermal conductivity of CFRPs at the same time.

Inspired by organic–inorganic soft and hard components found in mollusk shells, this study utilized phytic acid (PA) and MXene (Ti3C2) to create "soft-hard" structure on the surface of carbon fiber (CF) through the bio-interfacial cross-linking reinforcement (BICR) strategy. This strategy not only increased the chemical reaction activity on the fibre surface, but also enlarged the interphase area of the fibres, which facilitated the formation of a strong physical riveting interaction among the fibres and substrate. Compared with the untreated CF composites, the flexural strength, flexural modulus, interlaminar shear strength (ILSS), tensile strength and interfacial shear strength (IFSS) of the CF/PEI/PA/MXene composites were increased by 51.4%, 62.5%, 63.0%, 74.9%, and 45.8%, respectively. These positive results were attributed to the large number of reactive functional groups on the PA myo-inositol ring, which increased the chemical reactivity of the fiber surface. Additionally, the MXene assembled on the fibre surface enhanced the adhesion and mechanical interlocking between the fibre and resin. This work provides an advanced route to fabricate CF composites with excellent mechanical properties.

Nanoparticle-containing sizing agents are essential for the overall performance of high-quality carbon fiber (CF) composites. However, the uneven dispersion of nanoparticles often leads to agglomeration on the surface of CF after sizing, consequently diminishing the material properties. In this study, the properties of cellulose nanofibers (CNFs) that can respond to magnetic and electric fields were utilized to achieve three-dimensional to one-dimensional orientations in CFs containing sizing agents. Cobalt ferrite (CoFe2O4) was utilized to enhance the response of CNFs to a magnetic field, and subsequently, it was combined with an electric field to attain a higher degree of orientation. The occurrence of nanoparticle agglomeration is diminished on CF surface, while establishing a structured network. The flexural strength and thermal conductivity of CF composites treated with CoFe2O4 self-assembled CNF sizing agent exhibit an increase of 54.23 % and 57.5 %, respectively, compared to those of desized CF composites, when subjected to magnetic and electric fields. Consequently, the approach can depolymerize the nano-fillers within the sizing agent and orient it into the carbon fiber under the influence of magnetic and electric fields, effectively improving the mechanical properties and thermal conductivity of the composite material.

Abstract Poor interfacial adhesion between carbon fibers (CF) and the resin matrix has been a limiting factor in advancing the properties of composites. To address this challenge, this study employs the sizing method to coat carbon nanotubes (CNTs) and hexagonal boron nitride nanosheets (h‐BN) onto the CF surface. The 3D structures formed by strategic of combination 1D and 2D nanomaterials, markedly enhances the mechanical, thermal and frictional properties of CF composites. The results reveal a significant boost in the flexural strength, flexural modulus, interlaminar shear strength and interfacial shear strength of the prepared CF composites, registering increases of 53.96%, 60.41%, 55.58% and 55.35%, respectively. These advancements stem from the heightened surface reactivity and roughness of the fibers, facilitated by the synergistic interactions between CNTs and BN. Furthermore, the thermal conductivity of the composites exhibits a remarkable increase of 63.56%, attributed to the synergistic coupling between CF and BN, establishing an efficient thermal conductivity pathway within the composites. This research provides a highly effective approach for crafting high‐performance CF composites. Highlights Construction of 3D network structures on CF surfaces by the sizing method. Synergistic coupling between BN and CNT enhances composite properties. Synergistic enhancement of friction and thermal properties of CF composites.

Abstract Interfacial and thermal conductivity issues of carbon fiber composites pose key challenges that restrict their application in the industry. Hence, we prepared an aqueous sizing agent modified with nanosol of boron nitride (BN) and carbon nanotube (CNT) hybrids using sol–gel method to synergistically enhance the interfacial performance and thermal conductivity of carbon fiber (CF) composites. Compared to the unsized CF composites, the interlaminar shear strength (ILSS), interfacial shear strength (IFSS), flexural strength and thermal conductivity of the sized composites were increased by 47.0%, 41.4%, 51.0% and 49.5%, respectively. This was attributed to the fact that the BN/CNT nanoparticles contained in the sizing agent increased the specific surface area of the fibers, enlarged the interfacial phase region for stress transfer, and facilitated the formation of strong chemical/physical interactions among the fibers and resin. Additionally, BN and CNT nanoparticles formed a three‐dimensional thermally conductive network on the fiber surface, which promoted the formation of a good heat transfer path between the fibers and resin. This work presents an effective strategy for fabricating CF composites with exceptional mechanical performance and thermal conductivity. Highlights A BN/CNT nanohybrid sol is prepared by sol–gel method. A sizing agent is fabricated by modifying WEP through BN/CNT nanohybridised sols. Sizing agent promotes a good thermal conductivity path between CF and resin. Sizing agent enhances the mechanical properties of CF composites.