低温氮、氧等离子体处理碳纤维/树脂复合材料

采用霍尔源辉光放电产生氧等离子体和氮等离子体,对成型碳纤维/树脂复合材料进行表面处理,通过浸润性分析、红外光谱分析和扫描电镜分析,探究氮、氧等离子体对碳纤维/树脂复合材料的影响,同时考察处理前后碳纤维/树脂复合材料表面基团和形貌的变化。结果显示氮、氧等离子体处理后碳纤维/树脂复合材料与去离子水的接触角随气压和电流的增大均先迅速降低再缓慢增加,在电流为1.0 A,气压为1.0 Pa时,处理结果较佳,氧等离子体处理后碳纤维/树脂复合材料在去离子水中活化时效性稍强于氮等离子体;氮、氧等离子体处理后碳纤维/树脂复合材料表面刻蚀现象明显,粗糙度提高,纤维树脂间粘连程度增加,红外分析表明甲基、酯基被打断,分别引入CH2-O-CH2和C=N、C≡N等极性基团,上述结果表明:氮、氧等离子体处理是提高成型碳纤维/树脂复合材料表面性能的有效方法。     

等离子体活化改善碳纤维复合材料浸润性

为了提高碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的浸润性,采用霍尔离子源等离子体放电对复合材料表面进行活化处理,通过接触角测量、金相微观分析和红外光谱分析法,分别探究不同参数(气压、电流、时间)对等离子体活化CFRP浸润性的影响,同时考察活化后复合材料在不同环境中浸润性随时间的变化。研究结果表明,不同参数下活化所得基体表面的浸润性都显著提高;由红外光谱分析可知C—C数量减少,C—O数量增加,酯基数量减少,酮基、羧基和醇羟基数量相应增加,基体表面极性增强,浸润性显著提高。基体表面活化后存在"老化"现象,常温水中保存可以延缓这种现象。     

不同作用距离下玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面等离子体活化研究北大核心CSCD

用等离子体处理技术对不同作用距离下的玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面进行活化处理,通过对处理前后的材料表面进行接触角、表面能、表面形貌、红外光谱等宏观微观性能的对比分析,获得了不同距离下等离子体表面活化处理的作用规律。结果显示:在同一工作电压下,随着作用距离的增加,材料表面的接触角越来越大,表面能随着作用距离的增加而降低,材料表面浸润性和表面能显著提高;表面形貌显示,等离子体活化处理之后,表面树脂碎片颗粒变小,露出了玻璃纤维,粗糙度增加,并且随着作用距离的减小,粗糙度增加的程度变大;红外光谱显示等离子体活化处理后复合材料表面酯基C-O键断裂,酯基数量降低,而硝基、酮基、羧基、醇羟基的数量相应的增加,表面极性增强,随着作用距离的增加,材料表面增加的硝基、酮基、羧基、醇羟基等官能团的数量也越来越少。     

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料界面性能研究

对PAN基碳纤维在线热氧化表面处理,分析了处理前后碳纤维的表面形貌,通过拉挤成型工艺制备出碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料。对拉挤复合材料的微观结构观察以及力学性能测试表明:碳纤维经表面处理后表面粗糙度增加,与乙烯基酯树脂的界面粘结性明显改善,复合材料的力学性能尤其是层间剪切强度得到显著提高。对不同界面性能的碳纤维复合材料进行动态热机械分析(DMTA),认为界面性能的改善可降低损耗模量,提高复合材料的耐疲劳性能。     

等离子处理碳纤维织物复合材料的摩擦学性能

将碳纤维织物浸渍-涂层酚醛-缩醛粘结剂树脂,加压固化后制备出碳纤维织物复合材料.分析了摩擦磨损表面和经等离子体处理后碳纤维织物化学组成的变化,研究了摩擦磨损性能、拉伸性能和粘结性能.结果表明,碳纤维织物的磨损分为严重磨损和稳定磨损两个阶段,其中严重磨损阶段的磨损量占了总磨损量的87%.经过等离子体处理后,在碳纤维织物的表面产生了许多活性基团如羰基、羧基、酯基,表面活性元素的含量明显增多;碳纤维织物的浸润性增大,提高了其与粘结剂的结合强度和结合量,增强了织物纤维束间的结合力;固化后与粘结剂构成很好的整体材料,增强了纤维束抗变形和抗断裂能力,使载荷和摩擦力可以平均的分配在纤维上,避免应力集中,从而提高了碳纤维织物复合材料的摩擦学性能和力学性能.     

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。     

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 %。     

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。     

等离子体技术在CF／树脂基复合材料中的应用

介绍了等离子体技术的特点及其在碳纤维表面处理改性中的应用。综述了低温等离子体处理对碳纤维及其增强树脂基复合材料的化学和机械性能的影响，同时也探讨了等离子体技术在纤维复合材料应用中存在的问题和研究方向。     

不同作用距离下玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面等离子体活化研究

用等离子体处理技术对不同作用距离下的玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面进行活化处理,通过对处理前后的材料表面进行接触角、表面能、表面形貌、红外光谱等宏观微观性能的对比分析,获得了不同距离下等离子体表面活化处理的作用规律。结果显示:在同一工作电压下,随着作用距离的增加,材料表面的接触角越来越大,表面能随着作用距离的增加而降低,材料表面浸润性和表面能显著提高;表面形貌显示,等离子体活化处理之后,表面树脂碎片颗粒变小,露出了玻璃纤维,粗糙度增加,并且随着作用距离的减小,粗糙度增加的程度变大;红外光谱显示等离子体活化处理后复合材料表面酯基C—O键断裂,酯基数量降低,而硝基、酮基、羧基、醇羟基的数量相应的增加,表面极性增强,随着作用距离的增加,材料表面增加的硝基、酮基、羧基、醇羟基等官能团的数量也越来越少。     

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。      

基于表面改性的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接性能

本文通过打磨、喷砂、等离子处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的待胶接面进行改性,分别制备了J-116B胶膜和J-375胶膜的浮辊剥离性能及拉伸剪切性能试验件。测试了不同处理条件下J-116B胶膜和J-375胶膜的剥离和剪切性能。采用SEM对老化前后、未经刻蚀和刻蚀后的剥离试样形貌进行观察。采用接触角测试仪测试了不同表面处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面润湿性的影响,并采用XPS光电子能谱分析仪对等离子处理前后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面表面理化性能进行研究。结果表明:尽管J-375胶膜的室温剥离性能不如J-116B胶膜,但J-375胶膜具有更好的湿热老化性能。等离子处理后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的破坏模式由黏附破坏为主转变为内聚破坏为主,因此使两种胶膜的拉剪和剥离性能均有明显提高。这是由于等离子体处理能够重组复合材料表面的分子链,在胶接表面形成新的活性基团。      

激光对碳纤维及碳纤维/环氧树脂复合材料性能影响

采用高能激光束对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维进行表面改性。利用SEM、EDS、FTIR、XRD、万能试验机等表征手段,对改性前后碳纤维微观形态、成分变化、物相结构、力学性能进行表征,系统地研究了激光束对碳纤维微观组织变化、性能变化等的影响规律,探索激光束对碳纤维的作用机制。结果表明,碳纤维经激光表面改性后,其表面的粗糙度和比表面积增加,碳纤维的浸润性得到提升,且激光束的功率越高、扫描速度越低,碳纤维浸润性越好。改性后的碳纤维化学成分、微观结构及官能团种类没有改变;改性后的碳纤维官能团种类没有改变,说明激光改性过程主要以物理过程为主;激光改性没有改变碳纤维的微观结构,改性后微晶尺寸略有减小,有利于改善碳纤维与环氧树脂的界面黏结性能。激光表面改性碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和冲击强度均有不同程度的提高,当碳纤维质量分数为0.2wt%、激光改性功率为150 W时,碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了59%,冲击强度提高了52%。     

纳秒激光调控CFRP复合材料表面润湿性及其对胶接性能的影响

采用纳秒激光对碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料进行表面预处理,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性,然后采用SEM、接触角测量仪、光学轮廓仪、XPS等表征CFRP复合材料的表面微观形貌、接触角、粗糙度和化学成分,并通过拉伸剪切实验评价和分析激光表面处理对CFRP复合材料胶接强度的影响规律和机制。结果表明:优化激光表面处理参数,可以去除CFRP复合材料表面的环氧树脂胶,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性;与未处理的CFRP复合材料相比,激光表面处理后的CFRP复合材料表面化学成分改变,表面粗糙度有所增加,润湿性提高,胶接强度也增大;与未处理CFRP复合材料相比,激光离焦量分别为5 mm、10 mm和15 mm时,处理后的CFRP复合材料胶接强度分别提高了129.41%、112.13%和105.88%;激光表面处理CFRP复合材料的表面润湿性和表面粗糙度均高于机械处理CFRP复合材料,但激光处理导致的热损伤对胶接强度提高有负面影响。      

Optimum dispersion conditions and interfacial modification of carbon fiber and CNT–phenolic composites by atmospheric pressure plasma treatment

Electric resistance measurements were used to determine the optimal dispersion conditions for carbon nanotubes (CNTs) in phenolic resins. Plasma treatment is frequently used to modify carbon fiber surfaces to improve adhesion of the fibers to matrices. Such treatment might also influence carbon fiber tensile strength. In order to determine the effect of atmospheric pressure plasma treatment on carbon fiber tensile strength and interfacial bonding strength, change in tensile strength of the fiber was studied at different gage lengths before and after the plasma treatment. The wettability of carbon fibers was improved significantly after only 10 s of plasma treatment. Such plasma treatment resulted in a decrease in the advancing contact angle from 65° to 28°. Surface energies of carbon fiber and CNT–phenolic composites were measured using the Wilhelmy plate technique, indicating that the work of adhesion between plasma treated carbon fibers and CNT–phenolic composites was higher than it before plasma modification. The interfacial shear strength (IFSS) and apparent modulus were also increased by plasma treatment of the carbon fibers.     

甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷改性碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能

利用微脱粘法、三点弯曲法、扫描电镜（SEM）、力调制模式原子力显微镜（AFM）和动态力学热分析（DMTA）研究了甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）涂层改性前后的碳纤维增强的聚芳基乙炔（PAA）复合材料的界面性能。用Wilhelmy法研究了处理前后的碳纤维与PAA树脂的浸润性。结果表明: POSS涂层处理后的碳纤维表面粗糙度增大,与PAA树脂的浸润性提高;复合材料的界面剪切强度提高了36%,层间剪切强度提高了50%。DMTA图谱表明, POSS涂层改性后,复合材料的玻璃化转变温度提高了12℃,损耗因子降低了53%,表明复合材料的界面粘接性能得到大幅度的改善。      

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。     

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.     

表面冷等离子体改性对纤维抗拉强度的影响

碳纤维和芳纶纤维表面冷等离子体改性的效果甚佳,抗拉强度得到显著的提高。本文还讨论了不同冷等离子体气氛及处理时间对纤维抗拉强度的影响,并提出抗拉强度提高的可能机理。