氧气DBD等离子体处理PBO纤维表面及其对双马树脂基复合材料界面性能的影响

采用氧气介质阻挡放电(DBD)等离子体处理PBO纤维表面,用以改善PBO纤维与双马来酰亚胺(BMI)树脂之间的界面粘结性能。结果表明,用氧气等离子体处理PBO纤维能大幅度提高PBO/BMI复合材料的层间剪切强度(ILSS)值,最佳处理条件为功率30 W/m³、时间24 s,ILSS值从43.9 MPa提高到62.0 MPa。经过氧气DBD等离子体处理的PBO纤维其表面的氧含量明显提高,氮含量变化不大,甚至在过度处理时降低;官能团-O-C=O基团的含量从0提高到3.16%,-C-O-的含量也明显提高;在氧气DBD等离子体处理后的PBO纤维表面产生大量凹凸不平和沟壑,使纤维表面的粗糙度提高。而表面氧含量的提高和表面形貌与粗糙度的变化,是PBO/BMI复合材料ILSS值提高的重要原因。单丝拉伸实验结果表明,适当的DBD等离子体处理不会对PBO纤维表面产生不良影响,不影响其在复合材料中的作用。     

LiCl处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

为提高芳纶纤维与复合材料基体间的界面强度,首先,使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维一定时间;然后,对LiCl处理芳纶纤维表面的化学组成、微观形貌、单丝拉伸强度及芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明:使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面的含氮官能团含量增加;处理后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,进而改善了芳纶纤维与环氧树脂基体的界面粘接性能,使芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度由处理前的21.75 MPa提升到37.98 MPa;最佳处理时间为3~4 h,而处理时间过长会导致芳纶纤维的单丝拉伸强度及复合材料的层间剪切强度下降。所得结论证实使用LiCl处理芳纶纤维是一种有效的表面改性方法。      

常压空气等离子体对连续纤维的在线改性

采用常压空气介质阻挡放电(DBD)等离子体技术,分别对PBO、Armos和Twaron 3种高性能连续纤维进行了在线改性处理。使用X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、单丝拉伸强度(SFTS)和层间剪切强度(ILSS)等手段对比分析了纤维化学组成、物理形貌与粗糙度、拉伸性能以及纤维增强复合材料界面粘结性能的变化。结果表明:DBD改性后3种纤维表面的氧、氮元素含量以及粗糙程度均增加,其增强的复合材料ILSS分别提高了18.6%,10.2%和24.8%。但是3种纤维的表面氧、氮含量增加程度以及受刻蚀程度却有显著的差异。这可能与纤维的分子构成和耐热性能有一定的关系,综合影响了DBD对复合材料界面粘结性能的改善。同时,在纤维表面及其复合材料界面性能明显改善的等离子体处理条件下,纤维的SFTS没有明显的下降。     

CaCl1和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析.结果表明,采用CaCl2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12％;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优.     

CaCl_2和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl_2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,采用CaCl_2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12%;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl_2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优。     

高能辐照下环氧树脂对腰形碳纤维的表面改性

利用高能射线共辐照接枝,在环氧树脂/丙酮溶液中对腰形截面碳纤维表面进行了处理.通过扫描电子显微镜(SEM)观察了纤维的表面及复合材料断口形貌的变化;利用浸润性测试方法分析了纤维表面能的变化;采用X射线光电子能谱(XPS)方法分析了纤维表面化学元素及官能团的组成;通过层间剪切强度(ILSS)表征了纤维增强环氧树脂复合材料的界面性能.结果表明,处理后碳纤维表面沟槽变深,氧元素和碳元素百分含量比(O/C)提高,表面能极性分量增加,ILSS最大可提高18.3%,达到91.3MPa.     

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。      

芳纶纤维吸湿行为的研究

研究了芳纶纤维吸湿行为并计算其扩散系数,同时研究了复合材料吸湿对其层间剪切强度(ILSS)的影响.结果表明:经等离子体处理后的芳纶纤维虽吸湿量增大,但由其制成的复合材料的层间剪切强度不是降低而是增加,而且浸水后复合材料的层间剪切强度下降百分率降低,尤其在较高温度下吸湿后的复合材料层间剪切强度下降百分率降低更明显.这是因为经等离子体处理后,界面引入化学键结合使界面粘接强度及抗水性能提高所致.     

硅烷偶联剂及氧化石墨烯二次改性对芳纶纤维界面性能的影响EI北大核心CSCD

为改善芳纶纤维(PPTA)与丁腈橡胶(NBR)复合材料之间的界面强度,采用硅烷偶联剂A172和氧化石墨烯(GO)对芳纶纤维表面进行接枝改性处理,并对处理前后的芳纶纤维进行化学结构、表面形貌及H抽出力分析。利用SEM对抽出纤维表面和橡胶基芳纶纤维复合材料截面进行微观结构分析。结果表明:硅烷偶联剂和氧化石墨烯对芳纶纤维进行二次表面改性后,纤维表面含氧基团增加,化学活性提高,处理后表面存在明显的表层附着物,纤维结构未发生明显损伤且表面粗糙度得到明显改善。每个处理阶段后H抽出力均有提高,且氧化石墨烯二次改性后的芳纶纤维H抽出力提高效果最佳,从18.192 MPa提高到48.748 MPa,芳纶纤维与丁腈橡胶的界面结合力得到了显著提升,从而证实了硅烷偶联剂和氧化石墨烯二次改性芳纶纤维的有效性,为橡胶基芳纶纤维复合材料性能的研究提供了参考。     

Technora纤维表面等离子体处理对其复合材料界面性能的影响

用扫描电子显微镜观察Technora纤维表面物理形貌并测量单丝纤维的拉伸强度以分析等离子体处理对纤维本体性能的影响,再用层间剪切强度和吸水率分别表征复合材料在室温干态和高温湿态下的界面性能,研究了等离子体处理对Technora纤维复合材料界面性能的影响。结果表明,用等离子体处理后纤维表面的物理形貌发生了显著变化,复合材料的层间剪切强度由未处理时的15.74 MPa提高到24.93 MPa,提高的幅度高达58.4%;同时,复合材料的吸水率下降而本体性能基本不受影响。上述结果表明,等离子体对Technora纤维的表面改性能有效地改善其复合材料的界面性能。     

芳纶纤维的磷酸表面处理及其树脂基复合材料界面性能

采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理, 并对不同处理条件下芳纶纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。结果表明: 20 wt %磷酸溶液处理的芳纶纤维, 纤维表面含氧官能团含量最高; 继续提高磷酸溶液的浓度, 含氧官能团含量下降, 纤维表面趋于平整, 单丝强度上升。用20 wt %磷酸溶液处理芳纶纤维, 纤维/ 环氧树脂基复合材料的层间剪切强度达到62 MPa , 界面剪切强度提高18 % , 是一种简单有效的表面处理方法。纤维表面粗糙度和纤维表面含氧官能团的数量是影响芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料界面结合性能的关键因素。      

PBO纤维表面空气冷等离子体改性

采用等离子体处理方法对PBO(聚对苯撑苯并二 口 恶 唑)纤维表面进行改性。用XPS和AFM测试分析等离子处理时间对PBO纤维表面组成和表面形貌的影响规律;首次采用浸润性测试和IR测试分析等离子体处理前后纤维浸润性和表面官能团的变化。用Microbond测试方法表征了纤维与树脂基体的界面剪切强度,并用SEM观察微复合材料破坏形貌。结果表明:等离子体处理后纤维浸润性得到改善,纤维表面苯环上引入了很多羟基。等离子体处理最佳条件下(170 W,10 min),纤维表面粗糙度最大,纤维表面O元素含量最大, O/C比率提高了50.5 %, IFSS值提高了64.7 %。     

芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。为了对比纤维表面改性和树脂基体改性技术对芳纶纤维复合材料层间剪切性能的影响,文中结合光学和力学测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了深入研究。结果表明,乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后表面粗糙度显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,纤维内部结构就会受到损伤,导致复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3%时,树脂分子间的过度交联导致复合材料层间剪切性能下降。研究结果为提高芳纶复合材料浸润性能和界面强度提供了理论依据,对航空航天、电力系统中芳纶复合材料设计及制造研究具有参考价值。     

γ-射线辐照Armos纤维对AFRC界面性能的影响

为改善Armos纤维和环氧树脂间的界面结合性能,采用对环氧树脂/丙酮溶液浸泡的Armos纤维进行γ-射线辐照改性处理,探索辐照剂量对其芳纶纤维增强复合材料(AFRC)界面性能的影响.研究结果表明:在辐照剂量200～1000kGy,AFRC的层间剪切强度(ILSS)和界面剪切强度(IFSS)均增加,且500kGy界面强度较未处理的提高幅度最大;经γ-射线辐照处理的芳纶纤维,表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大;辐照处理后纤维表面较未处理的纤维表面粗糙度有所增加;纳米硬度仪测试AFRC横断面纤维、界面和基体的纳米硬度,表明辐照可以提高复合材料的硬度.     

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面处理对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面性能的影响机制

从工程化应用角度研究了常压空气等离子体改性对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维/环氧树脂复合材料界面性能的调节机制,主要分析了不同处理时间对UHMWPE纤维表面状态变化的影响,及其对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面黏结性能的影响规律。采用SEM及纤维吸水测试研究了等离子体处理对UHMWPE纤维表面物理形貌及纤维表面浸润性能的影响,分别以拉伸和弯曲的方式,通过纤维表面脱黏力及层合板层间剪切强度对UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面黏结性能进行表征。结果表明,仅经过4 s的空气等离子体处理之后,UHMWPE纤维表面脱黏力的提高幅度为84.0%,UHMWPE/环氧树脂复合材料层合板的层间剪切强度由未处理的7.01 MPa提高至15.81 MPa,增幅高达125.5%。研究发现,通过常压空气等离子体处理改变了UHMWPE纤维的表面状态,可以显著高效地调节UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面性能,为扩大该材料的后续工程化应用提供了理论基础。      

碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响

采用γ射线辐照法、电化学聚合法改性碳纤维表面,研究了以三缩四乙二醇为接枝单体,在不同的辐照剂量下辐照处理碳纤维,以及电化学聚合衣康酸改性碳纤维。利用扫描电子显微镜、X光电子能谱仪、电子万能试验机研究了处理前后的碳纤维的表面形貌、复合材料的断面形貌、表面化学组成及复合材料层间剪切强度(ILSS)的变化。研究结果表明,2种处理方法都能有效提高碳纤维表面活性,与环氧树脂的浸润性提高,复合材料断面纤维拔出明显减少。在200kGy的辐照剂量下处理得到的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度最大,达到31.2%。同时经电聚合处理后的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度要大于经γ射线辐照处理后的试样,达到40%。     

γ射线辐照对碳纤维表面接枝改性的影响

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面粘结性能, 采用γ射线共辐照接枝方法对碳纤维表面改性, 利用X光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电子万能材料试验机, 研究了在缩乙二醇丙酮溶液和环氧氯丙烷丙酮溶液中经200 kGy剂量的γ射线辐照接枝后, 碳纤维的表面化学元素及官能团组成、 表面形貌、 复合材料剪切断面形貌及其层间剪切强度(ILSS)的变化。研究表明, 缩乙二醇类接枝液的接枝效果较理想, 碳纤维接枝率达7%; 辐照处理碳纤维表面O/C比值和含氧官能团含量增加, 以此制备的碳纤维/环氧复合材料的ILSS提高, 最大提高率达31.2%; 同时还发现辐照接枝后的碳纤维表面粗糙度增大。     

NiTi纤维表面处理及其树脂基复合材料的界面特性

NiTi纤维表面呈惰性,表面能低,NiTi纤维与树脂间界面粘结性差.为了提高界面性能,采用硅烷偶联剂、表面涂层和低温冷等离子体技术等方法对NiTi纤维表面进行处理,改善纤维表面的浸润性,达到纤维与树脂界面良好的粘结.对复合材料进行界面剪切强度的测定,并利用扫描电镜观察拔脱纤维表面形貌的变化.研究表明:NiTi纤维经不同方法处理后,纤维的浸润性和界面的粘结强度均有不同程度的改变,其中冷等离子体处理的纤维再经硅烷处理,其复合材料IFSS提高2.94倍,ILSS提高1.45倍,且纤维与树脂粘合较好.     

表面处理对芳纶纤维物理和机械性能的影响

为了提高界面结合能力,采用空气等离子体对芳纶纤维表面进行改性,通过扫描电子显微镜观察处理前后纤维表面形貌的变化情况,对纤维力学性能及摩擦性能进行测试,优选出最佳处理工艺。进一步研究了纤维表面改性处理方式对纤维集合体力学性能和防刺性能的影响。结果表明:表面改性后芳纶纤维的摩擦系数增大,但强力有所下降,空气等离子体处理最佳条件为50Pa、50W处理5min。芳纶纤维表面经过等离子体改性后,无纺布锥刺的最大压缩载荷同比未处理样品提高了5.27%。     

纤维增强环氧复合材料的激光和等离子体涂装前处理技术

为了提高涂料在玻纤增强复合材料表面的附着力,以激光和等离子体表面改性技术对纤维增强环氧复合材料进行了涂装前处理,采用三维体式显微镜、接触角测试仪和表面粗糙度仪研究了前处理对复合材料表面形貌、水接触角及表面粗糙度的影响。结果表明:激光处理能明显改变材料表面形貌,增加表面水接触角和表面粗糙度,等离子体处理对材料表面形貌和表面粗糙度的影响较小,接触角与处理次数、处理功率和处理后时间的变化有关。