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等离子体引发涂层改性对有机纤维/PPESK界面的影响

康晓涛  
【摘要】:PBO纤维和Twaron纤维均是高性能有机纤维,由于其具有优异的拉伸强度、模量和耐高温、耐化学试剂等性能而广泛应用于纤维增强树脂基复合材料。针对其表面光滑、浸润性差、化学活性低等缺点,本文采用氧气等离子体引发环氧树脂涂层改性的方法,着重研究改性后纤维表面性质的变化以及改性过程对纤维增强PPESK树脂基复合材料界面性能的影响。 实验以复合材料的层间剪切强度(ILSS)为评价标准,讨论氧气等离子体引发环氧树脂涂层改性的工艺条件。采用红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、动态接触角分析(DCAA)等手段研究环氧涂层改性前后纤维表面化学结构、表面粗糙度及表面自由能的变化。通过ILSS测试、吸水率测试、扫描电子显微镜(SEM)分析氧气等离子体引发环氧树脂涂层改性对复合材料界面性能及断裂模式的影响。 本文首先考察了氧气等离子体引发环氧树脂涂层改性对PBO/PPESK复合材料界面性能的影响。通过正交试验确定了改性的最佳工艺条件是环氧树脂涂层溶液浓度3wt%、等离子体放电功率50W、处理时间10min、放电气压30Pa;证明了环氧树脂涂层以化学键合和物理粘附两种形式存在于纤维表面;改性后PBO纤维表面化学结构改变、表面粗糙度及自由能增加,PBO/PPESK复合材料的ILSS值最高达到51.1MPa,比改性前提高56%,吸水率为0.32%,复合材料破坏模式由单一的界面破坏转变为树脂基体的撕裂和增强纤维的断裂。 系统研究了氧气等离子体引发环氧树脂涂层改性Twaron/PPESK复合材料的界面性能。考察了涂层液浓度、氧气等离子体处理时间及放电功率对Twaron纤维表面化学结构、表而形貌及复合材料的界面性能的影响。结果表明:环氧树脂涂层液浓度为1wt%、等离子体处理时间10min、放电功率100W、放电气压10Pa时,Twaron/PPESK复合材料的ILSS值最高达到65.1MPa,比改性前提高66%,吸水率降低至0.38%。环氧树脂涂层参与了纤维表面接枝反应和与树脂基体的物理缠结,最终改善了复合材料的界面性能并改变了复合材料的断裂模式。


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