芳纶纤维等离子体接枝改性处理研究

采用等离子体接枝对芳纶纤维表面进行改性处理,采用XPS、浸润性、界面剪切强度对等离子体接枝处理前后的表面组成、复合材料界面粘接性能等进行了研究,结果表明:等离子体接枝处理可以有效地提高芳纶纤维表面的极性官能团,增加与基体树脂-环氧树脂的浸润性,进而提高芳纶/环氧复合材料的界面粘接强度.     

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。     

高能辐照对国产芳纶纤维/环氧复合材料界面性能影响

芳纶纤维因其表面惰性、光滑使其与树脂浸润性差,界面结合强度低。以环氧氯丙烷为介质1,采用60Coγ-射线辐照方法对国产芳纶纤维进行表面改性,以界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）表征芳纶/环氧复合材料界面结合性能。结果表明在400kGy辐照剂量下改性效果最好;经高能辐照处理的芳纶纤维表面能升高,并失去了原有的光滑表面,且纤维表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大。     

表面处理对Kevlar纤维复合材料界面结合强度的影响

为改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面结合强度,用化学处理法对Kevlar-29纤维进行表面处理,并用傅里叶变换红外光谱和扫描电镜等方法对表面接枝进行鉴定,用单丝拔出试验表征芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面结合强度。实验结果表明,纤维经过表面改性后,在单丝断裂强度降低不大的情况下,界面剪切强度显著提高。     

空气介质阻挡放电等离子体对国产芳纶ⅢA表面改性的研究

采用空气介质阻挡放电等离子体对国产芳纶ⅢA进行表面处理,优化了其处理工艺。用SEM、XPS等方法研究了处理前后纤维表面形态和化学状态的变化,通过短梁剪切试验评价了芳纶ⅢA/环氧复合材料的抗层间剪切强度。结果表明:经空气等离子体处理后芳纶ⅢA表面粗糙度增加,极性增强,纤维力学性能无明显变化,芳纶ⅢA/环氧复合材料的抗层间剪切强度提高了18%。     

碳纤维的改性及其界面性能

采用化学接枝的方法对篮球鞋用碳纤维进行了表面改性处理,将柠檬酸接枝到碳纤维表面制备了碳纤维/环氧树脂复合材料,对比分析了改性前后碳纤维的表面形貌、界面剪切强度和层间剪切强度,并对断口形貌进行了观察。结果表明:经过柠檬酸改性后的碳纤维表面粗糙度明显增加,与树脂基体的结合力最强;碳纤维、氧化后的碳纤维、对苯二胺接枝的碳纤维、聚柠檬酸接枝的碳纤维和二次接枝对苯二胺的碳纤维的界面剪切强度分别为46.8,53.4,68.2,62.4,82.2 MPa,改性碳纤维的界面剪切强度都高于原始碳纤维,二次接枝对苯二胺的碳纤维的界面剪切强度最大;经过表面改性处理的碳纤维的层间剪切强度都有不同程度提高,且二次接枝对苯二胺的碳纤维的层间剪切强度最大。     

洋麻纤维的表面改性及其在聚丙烯基复合材料中的应用

采用碱处理、偶联剂处理以及碱–偶联剂复合处理对洋麻纤维进行表面改性,然后将其与聚丙烯(PP)纤维复合,采用非织造–模压工艺制备了PP/洋麻纤维复合材料。研究了上述3种表面改性方法对洋麻纤维强度及其复合材料弯曲与剪切性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了洋麻纤维表面改性前后的形貌变化及其与PP基体之间的界面结合状况。结果表明,表面改性后洋麻纤维的拉伸强度均降低,但复合材料的弯曲强度及层间剪切强度均提高,表明这3种改性方法均提高了洋麻纤维与PP之间的界面结合强度;碱处理可去除纤维表面的果胶成分,使纤维束变得松散,使复合材料的弯曲强度及层间剪切强度分别较未表面改性时提高了21%和169%,但弯曲弹性模量降低了21%;偶联剂处理则使复合材料的弯曲强度,弯曲弹性模量和层间剪切强度较未表面改性时提高了23%,7%和160%;碱–偶联剂复合处理兼顾了碱处理和偶联剂处理的优点,使复合材料弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别较未表面改性时提高了26%,18%和572%,综合性能最佳。SEM结果表明,碱–偶联剂复合处理后,复合材料中纤维与树脂之间的界面结合较好。     

紫外辐射接枝改性UHMWPE纤维表面的研究

采用紫外辐射接枝方法对超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面进行改性。探讨了单体种类及浓度、引发剂、抗氧剂、接枝方法等对UHMWPE纤维表面处理效果的影响,测试了以其作为增强材料的复合材料的层间剪切强度。结果表明:在有氧开放体系下,气相接枝效果好于液相接枝;丙烯酰胺单体的接枝效果优于其它单体;接枝率随接枝单体浓度和接枝时间的增加而增加。采用丙烯酰胺为接枝单体,在光强度为86μW/cm~2条件下,对UHMWPE纤维进行紫外辐射接枝改性,按照一定铺层方式制备的环氧基复合材料的层间剪切强度从未处理的14.59MPa提高到17.36MPa。     

纳米SiO2对EP／国产芳纶Ⅲ纤维复合材料性能的影响

选择纳米SiO2作为增强材料改性环氧树脂(EP)基体,与国产芳纶Ⅲ纤维缠绕成复合材料。研究了不同含量的纳米SiO2对EP基体拉伸性能和冲击性能的影响;通过NOL环复合材料剪切强度测试和纤维缠绕Φ150mm容器水压爆破实验,研究了不同含量纳米SiO2对EP/国产芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切强度和纤维强度转化率的影响。结果表明,EP基体中纳米SiO2质量分数为3%时,对基体拉伸和冲击性能均有显著改善,拉伸强度和冲击强度分别提高28.8%和22.6%,EP/国产芳纶Ⅲ纤维复合材料的层间剪切强度达到最大值,比未改性配方高出约56.8%;Φ150mm容器水压爆破结果表明,纳米SiO的加入使纤维强度转化率平均提高7%以上。     

PBO纤维表面改性方法的研究

对PBO纤维表面性能的改善进行了研究,考察了混杂芳纶纤维、电晕处理、偶联剂处理及强酸处理等多种方法对PBO纤维与环氧树脂表面粘接强度及其复合材料层间剪切性能的影响程度,比较了各种方法的改性效果及各自优缺点。     

共辐照接枝处理芳纶纤维F3A表面

以环氧氯丙烷为接枝剂,通过高能射线共辐照法对国产芳纶纤维(AFs)进行表面处理,对比了辐照前后芳纶表面形貌、动态接触角、表面自由能及其本体结晶情况变化。用不同辐照剂量下处理的纤维(IAFs-200和IAFs-400)制备了芳纶/环氧(IAFs/ER)复合材料,与未处理纤维相比,共辐照处理的芳纶增强复合材料的界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)分别提高了51.56%和25.79%。辐照处理后纤维表面活性的稳定性良好。     

基体性能对芳纶Ⅲ纤维复合材料力学性能的影响

设计了三种环氧树脂基体,研究了基体性能对芳纶Ⅲ纤维复合材料力学性能的影响,对比分析了不同韧性的两种复合材料层间剪切破坏过程的声发射特性参数。结果表明:设计的R1、R2、R3三种树脂基体其韧性为R1R2R3;芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切强度分别为49 MPa、44.8 MPa、40.1 MPa,层间剪切性能随树脂基体韧性的增加而增大;声发射实验表明,基体韧性增加,复合材料急剧损伤得到延迟,声发射事件数明显减少。     

芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能,从树脂基体入手,依据相似相容原理和芳纶的结构特点,合成出新型热固性树脂(AFR–T)用作芳纶复合材料的基体,以未经表面处理的芳纶作增强材料,采用热压成型法制备了AFR–T/芳纶纤维复合材料,并通过测定溶度参数、接触角、线膨胀系数、层间剪切强度(ILSS)和横向拉伸强度等方法研究了复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR–T树脂浇注体与芳纶的溶度参数相近,AFR–T树脂溶液在芳纶纸表面的接触角为36.9°,小于环氧树脂(EP)溶液与芳纶纸的接触角(53.2°),说明AFR–T树脂对芳纶的浸润性优于EP;AFR–T/芳纶纤维复合材料的ILSS和横向拉伸强度为73.0 MPa和25.3 MPa,分别比EP/芳纶纤维复合材料提高了25.9%和32.5%,这表明AFR–T树脂与芳纶纤维之间的浸润性和界面粘结性能较好。     

水解/接枝处理对F-12纤维/环氧复合材料力学性能的影响

采用氢氧化钾稀溶液对F-12纤维进行表面处理,将—COOK离子对引入到F-12纤维表面,进而引发不同接枝单体的接枝,并分析了不同接枝单体和接枝时间等对F-12纤维拉伸强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响。研究表明,在温和条件下将—COOK离子对引入到F-12纤维表面,引发环氧氯丙烷接枝,可以提高F-12纤维/环氧复合材料的层间剪切强度。     

环氧树脂/多巴胺增强芳纶纤维界面性能

由于芳纶纤维表面光滑且呈现化学惰性,与环氧树脂等基体材料结合后界面性能较差。为此,采用多巴胺在不同时间下对改进型芳纶Ⅲ纤维表面进行改性处理,并研究了对环氧树脂/多巴胺改性芳纶纤维界面性能的影响。对扫描电子显微镜对纤维改性前后表面形貌进行表征,发现纤维改性后表面粗糙度提高,利于与环氧树脂间界面结合。利用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱对纤维改性前后基团和表面元素含量进行表征,改性后纤维表面活性基团增加,极性增强。通过热重分析表明聚多巴胺成功吸附在纤维表面。测量纤维表面接触角,改性后的接触角更小,有利于环氧树脂润湿纤维。采用横向丝束复合材料的拉伸强度表征环氧树脂/芳纶纤维的界面性能。最终确定了多巴胺浓度为2 g/L,在多巴胺溶液中处理4 h为最佳条件,在该条件拉伸强度比为改性前提高了28.06%,拉伸弹性模量提高了14.68%。     

竹片/环氧乙烯基酯树脂复合材料的界面性能研究

采用不同浓度的碱与不同浓度的硅烷偶联剂对竹片进行表面改性,研究了表面改性对竹片抗拉强度及其复合材料制品界面层间剪切强度的影响。实验结果表明:适当浓度的碱处理改性方法对竹片拉伸强度和竹复合材料界面剪切强度的提高要明显优于KH550改性方法,双重改性对竹片的抗拉强度具有较好的改善效果;通过扫描电镜分析冲击断面破坏方式发现,竹片/环氧乙烯基酯树脂复合材料界面损伤模式主要表现为竹片中竹纤维抽拔断裂、基体断裂、纤维/基体界面脱粘以及剪切分层,界面性能有所改善。     

芳纶纤维/环氧树脂预浸料界面相容性的方法探究

预浸料要求树脂基体和增强纤维具有良好的匹配性,为了提高芳纶纤维/环氧树脂预浸料的界面相容性,本文从芳纶纤维表面改性及增韧技术两个方面进行综述,讨论了芳纶纤维物理改性和化学改性方法的优缺点,分析了界面增韧及环氧树脂基体的不同增韧途径,重点介绍了聚氨酯/环氧树脂互穿网络体系.认为芳纶纤维的偶联剂表面处理和聚氨酯增韧环氧树脂相结合,是提高芳纶纤维/环氧树脂预浸料层间剪切强度的的可行途径.     

水解/接枝处理对F一12纤维/环氧复合材料力学性能的影响

采用氢氧化钾稀溶液对Ｆ－１２纤维进行表面处理，将－ＣＯＯＫ离子对引入到Ｆ－１２纤维表面，引而引发不同接枝单体的接枝，并分析了不同接枝单体和接枝时间等对Ｆ－１２纤维拉伸强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响。研究表明，在温和条件下将－ＣＯＯＫ离子对引入Ｆ－１２纤维表面，引发环氧氯丙烷接枝，可以提高Ｆ－１２纤维／环氧复合材料的层间剪切强度。     

磷酸酯偶联剂改性芳纶纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究

采用磷酸酯偶联剂对芳纶纤维表面进行接枝改性,研究了实验条件和纤维含量对芳纶纤维增强聚丙烯(PP)复合材料力学性能的影响,并用电子扫描显微镜观察了PP复合材料的微观形态结构。结果表明:磷酸酯偶联剂成功接枝到芳纶纤维表面上,使芳纶纤维和PP的界面黏结性能得以明显改善。芳纶纤维可以显著地提高PP复合材料的力学性能当,其含量为20%时复,合材料的综合性能最优。     

低温等离子体对ＰＢＯ纤维表面改性的研究

 为提高ＰＢＯ纤维／环氧树脂复合材料的剪切强度,采用低温等离子体结合涂层技术对聚对苯撑苯并双唑（ＰＢＯ）纤维进行表面改性,分别用ＳＥＭ、ＩＲ对等离子体处理前后纤维表面形态、化学结构进行了表征,通过复合材料层间剪切强度测试,研究不同处理方式对复合材料层间剪切强度的影响。结果表明,等离子体处理后纤维表面粗糙度增加,极性增强。经低温等离子体结合涂层技术处理后,ＰＢＯ纤维／环氧树脂复合材料的层间剪切强度得到显著提高,较未处理样品提高了３９％。