冷等离子体处理对PET纤维/环氧复合材料界面改性的研究

采用冷等离子体技术对PET纤维进行表面处理,并采用ESCA对处理前后的纤维表面进行了分析。研究了冷等离子体处理工艺参数对PET纤维/环氧复合材料界面剪切强度、横向拉伸强度的影响。实验结果表明:冷等离子体处理可以使PET纤维表面的氧和氮的极性基团含量增加,从而改善其与树脂的浸润性,进而改善PET纤维/环氧复合材料的界面性能。     

陶瓷/树脂/纤维超混杂复合材料的界面控制

以具有不同表面状态的泡沫SiC陶瓷为基本骨架,以改性酚醛树脂为基体,加入短切高硅氧玻璃纤维制备了陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料,研究了界面控制对超混杂复合材料界面粘结强度的影响.结果表明,对于泡沫SiC陶瓷骨架,在表面生长多孔过渡层或表面堆积SiC颗粒等方法可提高树脂陶瓷之间界面的粘结强度.通过良好的界面控制,可显著提高复合材料的弯曲强度和弯曲模量,模量的提高比强度的提高幅度更大.偶联剂处理使高硅氧纤维与树脂基体的粘结强度增加,从而提高复合材料的弯曲强度.     

链长对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用在炭纤维表面接枝含有不同链长的偶联剂的方法, 研究了链长对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响。纤维和树脂的浸润性通过纤维表面能的测定以及纤维表面能和浸润性的讨论进行了评价。通过复合材料界面剪切强度测试以及断口形貌分析对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面性能进行了研究。结果表明, 随着炭纤维表面链长的增长, 炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面粘结性能随之提高。界面粘结性能的提高主要归因于接枝于炭纤维表面的偶联剂的分子链和聚芳基乙炔树脂分子链发生了物理缠结作用, 并且这种缠结作用随着纤维表面分子链的长度的增加而增强。      

冷等离子体处理对涤纶纤维表面性能的影响

采用冷等离子体技术处理涂纶纤维,利用ESCA分析了冷等离子体处理前后的纤维表面元素组成,官能团类型的变化,通过比较处理前后浸润性,涂纶纤维／环氧复合材料的层间剪切强度,研究了冷等离子处理对涤纶纤维表面性质的影响,结果表明：绦纶纤维经冷等离子处理后表面含氧的极性基团增加,纤维表面的浸润性显著改善,涤纶纤维／环氧复合材料界面性能增强。     

PET缝编碳纤维织物冷等离子体处理对RTM成型浸润性的影响

RTM工艺成型过程中树脂对纤维增强体的浸润是重要的一环,浸润不好将导致RTM成型复合材料中产生缺陷,这将降低复合材料的界面性能。本文作者采用冷等离子体技术对PET缝编碳纤维织物进行表面处理,并采用AFM对处理前后的碳纤维表面形貌进行了分析。实验结果表明:冷等离子体处理可以使碳纤维表面活性提高,从而改善RTM工艺成型过程树脂对PET缝编碳纤维织物的浸润性,进而改善RTM成型复合材料的界面性能。     

RTM成型复合材料的界面改性

研究了反应注塑(RTM)成型的复合材料不同层次界面的特点，并分别采用冷等离子处理和超声处理对RTM成型的复合材料界面性能进行改性。结果表明，RTM成型复合材料不同层次界面性能是不同的，通过冷等离子体和超声处理可以提高树脂对纤维增强体的浸润性，进而可以改善复合材料的界面性能，而界面的好坏直接影响RTM成型复合材料的力学性能。     

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 %。     

芳纶纤维复合材料界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,从自制树脂基体入手,针对芳纶纤维的结构特点,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,制备了芳纶/AFR复合材料.通过宏观力学、微观力学以及接触角测试等方法研究了AFR树脂与芳纶纤维之间的界面粘结性能.结果表明:AFR树脂对芳纶纤维的浸润性好,单丝拔出强度高,复合材料的横向拉伸强度及层间剪切强度高,这说明芳纶纤维与AFR树脂之间具有良好的界面粘结性能.     

聚吡咯修饰碳纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度

应用等离子体技术对碳纤维(CF)表面进行预处理,然后进行液相沉积聚吡咯处理。使用X射线光电子能谱仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶红外光谱仪等手段对碳纤维表面形态和结构进行分析与表征,并进行单纤维界面剪切强度试验和SEM观测,研究了碳纤维复合材料的界面粘结性能。结果表明,等离子体预处理碳纤维沉积聚吡咯(PPy)使单纤维界面剪切强度提高了259.3%。分析结果表明,界面剪切强度的提高与纤维/树脂间的机械铆合和界面的作用力有关。等离子体预处理使碳纤维表面的羧基基团增多,在羧基和PPy之间形成氢键,从而提高了碳纤维复合材料的界面性能。     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

Control of interfacial adhesion in continuous carbon and kevlar fiber reinforced polymer composites

Carbon fiber surfaces were treated by cold plasmas of oxygen, nitrogen, argon, ammonia, and propylene. A two-component bismaleimide, an epoxy, and a model thermoplastic resin polypropylene were used as the matrices for composites. The effectiveness of various plasmas in improving the interfacial adhesion between carbon fibers and matrix resins was demonstrated. Predominant adhesion promotion mechanisms as influenced by various plasma treatments were determined. Oxygen and argon plasmas were found to promote mechanical keying by increasing the level of fiber surface roughness and porosity. The wettability of carbon fiber surface by the matrix resin was also enhanced by oxygen plasmas and argon plasmas (to a lesser extent), as evidenced by the increased total surface energies and their polar components. These surface energy increases are mainly due to the various oxygen-containing functional groups observed on the oxygen plasma-treated surface. For the cases of ammonia and combined ammonia/argon plasma treatments, possible chemical bonding between bismaleimide and the plasma-deposited amine groups is one important promoter of interfacial bonding. In these cases increased wettability was also observed. Ammonia and ammonia/argon plasmas appear to be the more appropriate treatments for carbon-fiber/thermoset resin composites considering that they generally do not induce any appreciable reduction in fiber strength. In contrast, excessively prolonged exposure of carbon fibers to oxygen, nitrogen or argon plasma could lead to a significant reduction in fiber strength. The plasma-polymerized polypropylene deposited on the fiber surface was capable of improving the compatibility and adhesion between the fiber and the polypropylene matrix.     

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理。通过扫描电镜、 红外光谱、 接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、 结构、 润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能。结果显示: 偶联处理后, 镍镀层表面平整, 羟基等表面极性基团增加, 表面涂覆的KH560膜层完整; 镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生, 断点两侧的脱粘现象减轻; 单丝饱和断点数由46增加到65; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23)MPa提高到(72.51±3.77)MPa。     

Influence of ultrasonic treatment on the characteristics of epoxy resin and the interfacial property of its carbon fiber composites

To enhance the interfacial property between a carbon fiber and epoxy matrix, an ultrasonic technique was used to treat the resin liquid and the impregnated fibers respectively. The effects of the treatments on the characteristics of the resin system and the fiber surface, as well as fiber/matrix interfacial bonding strength, were analyzed and discussed. The results indicated ultrasonic treatments significantly decreased the viscosity and surface tension of the resin system, and increased the wettability and the oxygen content of the fiber surface due to the ultrasonic cavitation effects. Microbond tests revealed much more increase of interfacial shear strength when the ultrasound was applied to the impregnated fibers, and combination failures of interface and matrix layer were observed from the pulled-out fiber surface.     

Adhesion of PBO fiber in epoxy composites

A composite of poly p-phenylene-2,6-benzobisoxazole (PBO) fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties. However, it is a challenging issue to improve its mechanical properties because of poor adhesion between PBO fiber and matrix. The relatively smooth and chemically inactive surface of PBO fiber prevent efficient chemical bonding in the composite interface. Here, we report the surface modification of PBO fibers by UV irradiation, O₂ and NH₃ plasma, as well as acidic treatments. We found that the surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish. For the extracted fiber, however, the tensile strength of the fiber is sensitive to surface treatment conditions and considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic treatments and UV irradiation. This is because that the treatments increase the surface roughness and introduce more surface flaws. The extracted fiber surface has no adequate wetting and functional groups, which in turn results in coarse interface structures and causes reduction or no apparent variation of the adhesion strength. The fracture surfaces after single fiber pull-out tests exhibit adhesive interfacial failure along the fiber surface, which is further confirmed by similar adhesion strength and interlaminar shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior.     

等离子体处理碳纤维/树脂复合材料

为了提高碳纤维/树脂复合材料的表面浸润性,采用等离子体直接对复合材料进行表面处理,通过接触角测试、拉伸试验、金相显微分析和红外光谱分析,探究了等离子体处理碳纤维/树脂复合材料的最佳处理工艺、处理前后碳纤维/树脂复合材料的力学性能和表面官能团的变化。结果显示:电流、气压和处理时间均对碳纤维/树脂复合材料表面浸润性有明显影响,当电流为1.0A、气压为1.0Pa、处理时间为10min时,表面浸润性最佳;处理后碳纤维/树脂复合材料的拉伸强度没有减小,反而提高了8%。红外光谱分析显示处理后碳纤维/树脂复合材料表面酯基链发生断裂,酯基数量降低,相应形成更多的酮基、羧基和醇羟基,表面极性增强,浸润性显著提高。研究解决了碳纤维/树脂复合材料表面呈惰性的问题,为其表面功能涂层制备奠定了基础。     

PBO纤维表面等离子体接枝改性研究

采用等离子体接枝改性方法对PBO纤维表面进行改性研究，利用AFM分析改性前后纤维表面的形貌变化，测试了改性前后纤维表面浸润性变化，并采用Microbond方法表征了纤维与树脂基体的界面IFSS。结果表明：等离子体接枝后纤维表面引入了活性基团，纤维浸润性改善；在100W、10min接枝条件下IFSS提高了75％。     

硅烷偶联剂对电子束固化碳纤维复合材料的增效研究

根据碳纤维表面的特点及其复合材料中树脂基体进行电子束固化的机理,对碳纤维表面进行预氧化以提高碳纤维表面含氧官能团的含量,利用偶联剂的化学架桥作用对电子束固化复合材料界面进行了增效研究。采用X射线光电子能谱（XPS）对处理后碳纤维表面化学成分进行了分析,并采用层间剪切强度对电子束固化复合材料界面粘合性能进行了评价。结果表明,碳纤维表面的含氮官能团使电子束固化复合材料中碳纤维与环氧树脂基体之间的粘合强度减弱,偶联剂与预氧化碳纤维表面进行了强相互作用,使电子束固化复合材料层间剪切强度得到提高。     

单向竹原纤维表面改性对其增强不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响

采用碱处理、碱-偶联剂联合处理对竹原纤维进行表面改性,通过缝合-模压工艺制备了单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料。研究了不同表面改性方法对BF/UP复合材料静态、动态力学性能、吸水性能等的影响,并用SEM、红外光谱等技术研究了改性处理后纤维的表面及复合材料界面结合情况。结果表明:经过不同表面处理后BF/UP复合材料的性能均有所改善。当采用5wt%碱-3wt%偶联剂联合处理时,BF/UP复合材料综合性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、剪切强度较未处理的分别提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%;复合材料存储模量(33℃)较未处理的提高了63.80%,损耗因子有所降低;BF/UP复合材料24h、720h吸水率较未处理的分别减小了55.35%、27.32%。SEM和红外光谱结果表明,改性处理后竹原纤维表面杂质减少,附着了一层偶联剂膜,BF/UP复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

碱处理对竹纤维及竹纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

为探究竹纤维表面能对纤维与树脂的粘附功及复合材料界面的影响,采用碱处理对竹纤维进行表面改性,通过模压工艺制备了竹纤维增强聚丙烯(PP)复合材料。研究了碱处理对竹纤维性能、竹纤维与PP间的粘附功及对竹纤维/PP复合材料力学性能的影响,采用SEM研究了不同浓度碱处理后竹纤维表面形貌的变化。结果表明:随着碱浓度的增加,竹纤维断裂强度呈现一定波动,当碱浓度为1wt%时竹纤维断裂强度达到最大值;竹纤维与PP的粘附功与竹纤维极性比密切相关,竹纤维极性比越小,粘附功越大;随着碱浓度增大,竹纤维与PP间粘附功与竹纤维/PP复合材料剪切性能呈现相同的趋势,并且都在碱浓度为20wt%时达到最大值,此时竹纤维与PP的粘附功较未处理时提高了67.18%;竹纤维/PP复合材料剪切性能较未处理时提高了23.29%;复合材料弯曲强度在碱浓度为5wt%时达到最大值,相比未处理时提高了23.13%。     

酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料界面强度的影响

采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂, 可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。通过XPS、AFM、SEM和层间剪切强度等方法, 研究了不同浓度的酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度、炭纤维表面元素和化学键组成的影响, 以及炭纤维增强环氧树脂复合材料断面微观形貌的变化。XPS和AFM分析结果表明酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应, 而且酚醛树脂处理剂浓度越高, 和炭纤维表面发生反应的基团也越多, 表面越光滑平整, SEM和层间剪切强度研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善, 而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。