介质阻挡放电等离子体处理芳纶的表面性能研究

采用介质阻挡放电(DBD)装置对芳纶1414表面进行改性处理,探讨低温等离子体处理对纤维表面性能的影响。结果表明:经过DBD等离子体处理后,芳纶1414纤维表面粗糙程度加剧,粘结性能和浸润性能有了明显的改善;当DBD等离子体处理功率为200～300 W,时间为60 s,氩气流量为2～3 L/min时,芳纶1414的界面剪切强度从处理前的11.9 MPa上升到14.2 MPa,接触角由处理前的85.0°下降到了60.6°。     

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%。     

空气等离子体处理芳纶Ⅲ的性能研究

比较了国产芳纶Ⅲ与芳纶1414以及进口Twaron纤维的表面性能;采用空气等离子体处理技术对芳纶Ⅲ的表面进行改性,研究了空气等离子体处理工艺条件以及处理前后芳纶Ⅲ的结构与性能的变化。结果表明:国产芳纶Ⅲ的表面存在不均匀的浅沟槽,比芳纶1414和Twaron纤维表面粗糙,其表面浸润性较差,但却优于芳纶1414和Twaron纤维;空气等离子体处理芳纶Ⅲ的最佳条件为放电功率65 W,空气放电气压2 000 Pa,处理时间11 min,在此条件下处理的芳纶Ⅲ表面接触角由未处理时的55.8°降至41.5°,纤维的浸润性能得到改善,而其力学性能和大分子结构不受影响。     

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。     

低温等离子体改性芳纶1414的研究

对芳纶1414进行低温等离子体表面改性以改善其构成复合材料时的界面黏结性能。设计正交试验,得到低温等离子体处理芳纶1414的最佳条件为放电功率100 W,处理时间300 s,放电压强20 Pa。采用电子单纤维强力机、纤维摩擦因数测定仪、纤维接触角测量仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对改性前后的芳纶1414进行性能表征。结果表明:经过低温等离子体改性的芳纶1414的断裂强力较原样下降了6.3%,静摩擦因数上升了15.7%,表面接触角减小了36.8%,纤维表面出现微小均匀的凹槽,增大了比表面积,引入了自由基团,增大了表面反应活性,从而改善了与树脂基体复合时的黏结强度。     

表面改性高模高强碳纤维与环氧树脂界面相容性研究

采用阳极氧化法对高模高强碳纤维表面改性,改性后上浆处理。经润湿性能测试,改性后碳纤维的接触角由改性前的66.3°降至27.8°,表面活性增加,润湿性能改善。采用扫描电镜和原子力显微镜对其表面结构进行表征,发现改性后碳纤维表面粗糙度增加,分散性较好。对其环氧树脂复合材料进行力学性能测试,结果表明复合材料界面剪切强度和层间剪切强度分别增至42.3 MPa和43.6 MPa,且增加程度与纤维表面粗糙度成正比。     

低温氨气等离子体对芳纶表面的改性

采用氨气等离子体对芳纶表面进行改性,用X-射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜、力学性能测试等手段对改性前后纤维表面的元素组成、形貌及其拉伸强度进行表征,并进一步通过微脱黏方法分析了等离子体处理条件对芳纶/环氧树脂复合材料界面黏结强度的影响。结果表明:芳纶经表面改性后,其表面极性官能团、表面粗糙度均有所增加,同时与环氧树脂基体的界面黏结强度明显增加。     

氨气等离子体接枝环氧涂层改性芳纶Ⅲ表面

采用氨气等离子体接枝环氧涂层工艺对芳纶Ⅲ进行表面改性,采用红外光谱、扫描电镜、原子力显微镜等对改性前后纤维表面的化学组成、形貌、粗糙度、浸润性能进行了研究。结果表明:经氨气等离子体接枝环氧涂层处理后,环氧树脂涂层能够以化学键形式接枝到芳纶Ⅲ表面,同时纤维表面的粗糙度有了明显的增加,浸润性得到显著的改善。     

芳纶Ⅲ表面接枝改性的研究

为改进芳纶Ⅲ增强树脂复合材料的层间剪切性能,采用1,6-己二异氰酸酯(HDI)对芳纶Ⅲ进行表面接枝改性处理;通过正交实验方法讨论了不同处理条件对芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度的影响;并对改性前后纤维的表面结构形貌及浸润性能进行表征。结果表明:最佳的接枝改性条件为HDI与催化剂质量比100∶1,反应时间24 h,反应温度20℃;芳纶Ⅲ经表面接枝处理后,纤维表面出现凸棱与凹槽,且接枝了活泼的—NH2基团,纤维与环氧树脂的接触角由处理前的73.6°减小至45.2°,芳纶Ⅲ对树脂的浸润性提高,从而提高其复合材料的层间剪切强度。     

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。     

低温等离子体处理对芳纶/环氧界面性能的影响

在采用低温等离子体对芳纶纤维进行表面处理后，用扫描电镜观察处理前后的纤维表面，测试了纤维的拉伸性能，并用单纤维抽拔法对芳纶纤维／环氧树脂的界面性能做了定量的表征。实验结果表明：经低温等离子体处理后，芳纶纤维表面变得粗糙，拉伸强度随处理时间延长而下降，纤维初始模量和断裂伸长率略有下降，而芳纶／环氧界面的粘结强度有所提高。     

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.     

氧气低温等离子体对PBO纤维的表面改性

采用氧气低温等离子体对聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维进行表面改性,讨论了处理时间、处理功率及气压对PBO纤维单丝强度、与环氧树脂基体的界面剪切强度(π_(IFSS))、形态结构、表面元素组成和亲水性的影响。结果表明:在处理时间为2.5 min,处理功率为30 W,处理气压为50 Pa的最佳工艺条件下,经氧气等离子处理后的PBO纤维与环氧树脂的π_(IFSS)比原丝提高60%,达9.38 MPa,与水的接触角也从105°下降到72°。     

等离子体处理对芳纶性能的影响

芳纶作为增强材料在复合材料中有广泛的应用,其界面性能是影响其复合材料界面粘结性能的重要因素。分别采用H2、空气低温等离子体对芳纶表面进行了处理。研究了等离子体表面改性后芳纶性能的变化。结果表明:经低温等离子体处理后纤维表面张力增大,由46.0mN·m-1增加到63.2mN·m-1;表面极性增强,极性分数由58.0%提高到69.9%,而纤维单丝断裂强度未有明显变化。     

硅烷偶联剂对热塑性聚氨酯及复合玻璃性能的影响

利用硅烷偶联剂KH550对热塑性聚氨酯胶膜(TPU)进行表面改性处理,通过红外光谱、表面接触角、可见光透过率、粘结强度等测试研究了偶联剂处理对TPU胶膜的结构和性能的影响.结果表明:改性后的TPU胶膜表面粗糙度增大,表面水接触角降低,由120.5°降至80.5°,胶膜表面活性、耐热稳定性和可见光透过率都有明显的提升.同时,胶膜对于复合玻璃(Glass/TPU/PC)的粘结强度有显著提高,当处理时间为5 min时效果最佳,粘结强度由改性前的2.02 MPa增大至5.63 MPa,提高了179％.     

微波辐射改性秸秆/HDPE复合材料的界面性能

利用微波接枝偶联剂处理秸秆纤维,采用光学法液滴形态分析系统测定3种不同方法处理的秸秆微粉的动态接触角及表面能变化,并制备相应的复合材料进行力学性能测试.研究结果表明:几种界面改性方法对秸秆微粉均有较好的改性效果,微波/KH550改性效果最佳,微波/钛酸丁酯次之,再次为直接微波处理.经微波处理后秸秆纤维的平衡接触角θe由40.26°上升到42.97°,经微波/钛酸丁酯处理后平衡接触角θe由40.26°上升到50.33°,而发现经微波/KH550处理后平衡接触角θe由40.26°上升到94.01°.而表面能则有不同程度减小,经微波/KH550处理后秸秆纤维表面能接近HDPE基体;经界面改性处理的秸秆纤维,其复合材料的拉伸强度提高0.40%～19.79%,冲击强度提高7.21%～15.29%.动态接触角法研究液体润湿微粉的动力学特性具有快速、准确、操作简单的特点,为研究植物纤维表面改性接枝等提供理论基础.     

PBO纤维表面改性及其与树脂基体界面性能研究

分别采用化学处理、等离子体处理、偶联剂处理、γ射线辐照等单一改性方法和“辐照+等离子体”、“辐照+等离子体+偶联剂”等综合改性方法对PBO纤维进行表面处理,之后对各种不同方法改性后的纤维进行了单丝拉伸强度、与树脂的接触角和单丝拔出性能测试.结果表明,经综合改性方法处理后的PBO纤维综合性能最优,单丝拉伸强度保持率为85.1％,与水的接触角达到74.15°;与未经表面处理的纤维相比,其与树脂基体间的粘结强度提高了48.6％.     

常压等离子体改善高性能纤维粘结性的研究

以氦气为载气,氧气为反应气体,对高强度聚乙烯和Twaron 1000芳纶两种高性能纤维进行常压等离子体处理,来改善纤维的粘结性能;采用单纤维抽拔实验测定等离子体处理前后纤维与环氧树脂之间的界面剪切力;利用原子力显微镜和X射线光电子能谱仪分析等离子体处理前后纤维表面形态和化学成分的变化。结果表明:高强度聚乙烯纤维和芳纶经常压等离子体处理后,纤维表面粗糙度增加,纤维表面碳元素含量下降,羟基、羧基等含氧或氮的极性基团增加,纤维粘结性能得到提高,但其强度无明显变化。     

空气等离子体处理芳纶纤维及其与天然橡胶/乳聚丁苯橡胶的黏合性能

考察了空气等离子体处理对芳纶纤维表面结构形态的影响,研究了空气等离子体和间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸胶处理芳纶纤维与天然橡胶(NR)/乳聚丁苯橡胶(ESBR)的黏合性能,并对经处理的芳纶纤维与NR/ESBR体系的界面层作了动态力学分析。结果表明,芳纶纤维经空气等离子体处理后,表面粗糙度增大,表面积增加,结晶度减小,但处理功率过大、处理时间过长时,芳纶纤维的表面又变得比较光滑、结晶度又呈增大趋势。随着等离子体处理时间的延长,芳纶纤维与NR/ESBR的黏合性能增强,但处理时间过长时,芳纶纤维与NR/ESBR的黏合性能下降;等离子体处理芳纶纤维经RFL进一步浸胶处理后,芳纶纤维与NR/ESBR的黏合性能大幅度提高。芳纶纤维与NR/ESBR的界面存在介于高模量芳纶纤维和低模量橡胶之间的过渡层。     

介质阻挡放电在芳纶表面改性中的应用

综述了介质阻挡放电应用于芳纶表面改性研究的最新进展;介绍了介质阻挡放电的机理、特点以及国内主要的介质阻挡放电等离子体的设备;阐述了介质阻挡放电对芳纶亲水性能和粘结性能等表面性能的改善。指出芳纶等离子体表面改性的时间效应限制了其广泛应用,应进一步加强纤维表面等离子体改性的机理研究。