空气DBD等离子体对Twaron纤维表面及Twaron/PPESK复合材料界面的影响

论文摘要

芳纶纤维因其具有高强、高模、耐高温、耐化学腐蚀等优异的综合性能被广泛应用于国防及民用领域。但是由于芳纶纤维分子链结晶度高、表面光滑、表面呈化学惰性等特点,使其与树脂基体间的界面粘结作用较差。本论文为了改善Twaron纤维与PPESK树脂基体间的界面粘结性能,作了以下工作：1.利用丙酮溶剂对Twaron纤维表面进行处理。采用X-射线光子电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、动态接触角分析（DCAA）测试手段对溶剂清洗前后Twaron纤维表面进行表征；采用层间剪切强度（ILSS）、扫描电镜（SEM）测试手段对溶剂清洗前后的Twaron/PPESK复合材料界面粘结性能进行研究,发现未经丙酮溶剂处理过的Twaron纤维表面存在含有大量极性官能团的涂层,其相当于一个弱界面层存在于Twaron/PPESK复合材料中,降低了复合材料的界面粘结性能。因此,在利用空气DBD等离子体对Twaron纤维进行处理前,须用丙酮溶剂将涂层除去2.空气DBD等离子体技术是一项具有工业前景的纤维表面改性技术。本论文中利用空气DBD等离子体对Twaron纤维表面进行改性处理：（1）在处理功率密度为27.6W/cm3条件下,对Twaron纤维进行6s、12s、18s的等离子体处理；（2）在处理时间为12s的条件下,对Twaron纤维进行27.6W/cm3,55.2W/cm3,82.8W/cm3的等离子体处理。采用XPS、原子力扫描显微镜（AFM）、DCAA手段对不同处理条件下Twaron纤维表面化学组成、表面粗糙度及表面自由能进行表征,发现空气DBD等离子体可以改变Twaron纤维表面的化学和物理结构,提高纤维表而自由能。采用ILSS,吸水率和SEM测试手段对Twaron/PPESK复合材料界面粘结性能进行分析,发现空气DBD等离子体可以改善复合材料的界面粘结性能,当等离子体处理时间为12s,处理功率密度为55.2W/cm3条件下,复合材料的界面粘结强度提高最为明显,ILSS可达61.7MPa,增幅达34.1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 芳纶纤维研究进展
• 1.2.1 芳纶纤维概述
• 1.2.2 Twaron纤维
• 1.2.3 芳纶纤维的应用
• 1.3 高性能热塑性树脂基体
• 1.4 复合材料界面的研究
• 1.5 芳纶纤维表面改性技术
• 1.5.1 表面涂覆法
• 1.5.2 化学改性法
• 1.5.3 物理改性法
• 1.6 课题研究方法及思路
• 2 实验材料和实验方法
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 Twaron纤维表面溶剂处理
• 2.2.2 Twaron纤维表面等离子体处理
• 2.2.3 Twaron/PPESK复合材料的制备
• 2.3 实验表征
• 2.3.1 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.3.2 红外光谱分析（FTIR）
• 2.3.3 原子力扫描电镜（AFM）
• 2.3.4 动态接触角分析（DCAA）
• 2.3.5 复合材料层间剪切强度（ILSS）测试
• 2.3.6 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.7 Twaron/PPESK复合材料的吸水率测试
• 3 Twaron纤维原纤表面涂层对Twaron/PPESK复合材料界面的影响
• 3.1 丙酮清洗前后Twaron纤维的表面分析
• 3.1.1 溶剂处理前后Twaron纤维表面的XPS分析
• 3.1.2 溶剂处理前后Twaron纤维表面的ATR-FTIR分析
• 3.1.3 溶剂处理前后Twaron纤维表面的DCAA分析
• 3.2 Twaron纤维表面涂层对其复合材料界面的影响
• 3.2.1 溶剂处理前后Twaron/PPESK复合材料的层间剪切强度（ILSS）分析
• 3.2.2 溶剂处理前后Twaro-PPESK复合材料断面的SEM分析
• 3.3 本章小结
• 4 空气DBD等离子体处理工艺对Twaron纤维表面及其复合材料界面的影响
• 4.1 空气DBD等离子体处理对Twaron纤维表面的影响
• 4.1.1 等离子体处理时间对纤维表面的影响
• 4.1.2 等离子体处理功率密度对纤维表面的影响
• 4.2 空气DBD等离子体处理对复合材料界面的影响
• 4.2.1 等离子体处理时间对复合材料界面的影响
• 4.2.2 等离子体处理功率密度对复合材料界面的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢