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介质阻挡放电氩等离子体处理超高分子量聚乙烯纤维的性能研究

姜生  
【摘要】:超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维,是高度取向、高度结晶的伸直链结构的纤维。由于其密度特别小、高强、高模、优良的吸震性能,良好耐冲击性、耐腐蚀性等性能,使其在国防、航空航海、医疗等领域具有广泛应用的前景。 然而,在实际中UHMWPE纤维及其复合材料并没有得到很好的应用,主要是因为UHMWPE纤维是由非极性的亚甲基线性长链组成,没有大的极性基团,纤维表面没有任何活性点,且经高倍拉伸作用纤维表面相当光滑,故纤维难以与树脂形成化学键合,所以纤维与基体间的界面粘结强度低,影响了超高分子量纤维复合材料的力学性能;另外,高度取向高度结晶进一步加剧了纤维的各向异性,使得纤维复合材料的横向在较小的负荷作用下就会产生失效。从而限制了它作为结构材料方面的应用。 为了提高纤维的粘结性能常采用物理、化学或物理化学方法对纤维进行改性。主要有低压等离子体处理、化学氧化法处理、表面接枝、压延法、涂层法等。这些方法中,低压等离体方法对环境影响小,效果明显,但是生产中要抽近乎真空的条件及处理后的时效性,使这种处理方法难以实施工业化生产。而常压等离子体处理可以有效地解决这个问题。 本文通过二因子二次旋转组合试验设计对超高分子量聚乙烯纤维运用介质阻挡放电氩等离子体改性进行工艺优化,通过二次通用旋转组合试验,研究了等离子体处理时间和处理时的电压对处理后纤维力学性能和纤维的粘结性能的影响,并运用SEM对处理前后纤维纵向进行了观察。经最优化处理并经实验验证得到本试验条件下的最优工艺参数配置:处理时间4.667min,处理电压7375.677V。 为了进一步证实经最优化工艺处理后的纤维的粘结性能有了提高,用处理前、后的纤维分别制作了纤维增强复合材料,分别测试其纵向、横向和偏轴向的性能,并对处理前后的性能进行比较。 通过一系列的实验和分析,得到如下一些结论: 1、等离子体处理后纤维束的强度受到了损伤,但损伤程度不大。从处理前后


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