温湿度对等离子体处理后超高模量聚乙烯老化的影响

论文摘要

常压等离子体处理后纤维的老化对其储存及生产都有很大的影响。目前国内关于此方面的研究还很少。本文选择超高模量聚乙烯这作为模型来研究常压等离子体处理后，纤维的老化过程。超高模量聚乙烯纤维是一种新型高性能纤维，具有高强力、高模量、低密度等特性，越来越多的被应用在纤维增强复合材料，尤其是抗冲击材料中。但由于其化学惰性及低的表面能，致使超高模量聚乙烯纤维与聚合物基体间界面结合力低，因此必须对其进行适当的表面处理，才能使其在所制得的复合材料中发挥高强高模的优点。本文通过在常压等离子体处理后0天、7天、15天和30天时，测试超高模量聚乙烯纤维的表面化学组成，表面吸湿性，层间剪切力以及单纤强力来研究超高模量聚乙烯的老化。并通过改变储存环境的温湿度，来研究外界环境对常压等离子体处理后纤维老化的影响。超高模量聚乙烯纤维经等离子体处理后，被置于相对湿度为0％，温度分别为-80以℃，、20℃和80℃的环境中，以及温度为20℃，相对湿度分别为0％，65％和100％的环境中储存，隔绝外界空气，以减少空气中灰尘对纤维表面性能的影响。经等离子体处理后，扫描电镜测试结果显示超高模量聚乙烯纤维表面变得相对粗糙，XPS测试显示超高模量聚乙烯纤维表面的化学组成改变，氧元素含量增大（尤其是—OH），接触角测试显示超高模量聚乙烯纤维表面亲水性提高，粘结性测试显示超高模量聚乙烯纤维层间剪切力增大，纤维强力测试显示超高模量聚乙烯纤维的单纤强力降低。老化过程中，超高模量聚乙烯纤维的表面化学组成向相反方向变化，氧元素含量降低，亲水性降低，粘结性降低，单纤强力变化不大。但30天后，在不同环境中老化的试样，亲水性、粘结性及表面化学组成各自达到一个相近水平，接近并略优于未处理样。在30天的老化过程中，温湿度对等离子体处理后超高模量聚乙烯的老化都有很大影响。随着环境温度的升高，纤维层间剪切力降低的速度增大，接触角增大的速度加快，纤维单纤强力降低。随着相对湿度的升高，纤维层间剪切力降低的速度减慢，接触角增大的速度也减慢，湿度对单纤强力基本无影响。纤维老化15天时对纤维表面化学组成进行研究表明，随着温度的升高或湿度的降低，纤维表面氧元素含量减少速度明显加快。这可能是由于降低温度或者提高相对湿度都会影响等离子体处理后聚合物链的重新排列，从而减缓了超高模量聚乙烯的老化。

论文目录

• ACKNOWLEDGEMENTS
• 英文摘要
• 中文摘要
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLE
• CHAPTER ONE Introduction and Literature Review
• 1.1.Ultra high modulus polyethylene fiber
• 1.2.Plasma
• 1.2.1.Plasma treatment
• 1.2.2.Atmospheric pressure plasma jet
• 1.3.Aging
• 1.3.1.Ageing mechanisms
• 1.3.2.Effect of different plasma treatment on aging
• 1.3.3.Effect of different polymers on aging
• 1.3.4.Effect of different crystallinity on aging
• 1.3.5.Effect of different aging media on aging
• 1.3.6.Hydrophobicrecovery
• 1.3.7.Surface morphology
• 1.4.Justification
• 1.5.Objectives
• 1.6.References
• CHAPTER TWO Influence of Temperature and Relative Humidity on Aging of the Atmospheric Plasma Treatment Effect on UHMPE Fibers
• 2.1.Introduction
• 2.2.Experimental
• 2.2.1.Materials
• 2.2.2.Plasma treatment
• 2.2.3.Sample storage
• 2.2.4.Scanning electron microscopy （SEM）
• 2.2.5.X-ray photoelectronspectros copyanalysis（XPS）
• 2.2.6.Contact angle measurements
• 2.2.7.Sample preparation for microbond test
• 2.2.8.Adhesion measurements
• 2.2.9.Single fiber tensile strength
• 2.2.10.Statistical analysis methods
• 2.3.Results and Discussion
• 2.3.1.Surface morphology
• 2.3.2.XPS analysis
• 2.3.3.Contact angle measurement
• 2.3.4.Adhesion measurements
• 2.3.5.Single fiber tensile strength
• 2.4.Conclusions
• 2.5.Reference
• APPENDIX
• A.One-way ANOVA: （0%, 20℃） tensile versus aged time
• B.One-way ANOVA: （100%, 20℃） tensile versus aged time
• C.One-way ANOVA: （0%, -80℃） tensile versus aged time
• D.One-way ANOVA: （0%, 80℃） tensile versus aged time
• E.One-way ANOVA: （20℃, 65%） tensile versus aged time
• F.One-way ANOVA: （-80℃, 0%） IFSS versus aged time
• G.One-way ANOVA:（80℃, 0%） IFSS versus aged time
• H.One-way ANOVA: （20℃, 0%） IFSS versus aged time
• I.One-way ANOVA: （20℃, 100%）IFSS versus aged time
• J.One-way ANOVA: （20℃ 65%） IFSS versus aged time
• K.One-way ANOVA: 7days IFSS versus humidity
• L.One-way ANOVA: 7days IFSS versus temperature
• M.One-way ANOVA: 15days IFSS versus temperature
• N.One-way ANOVA: 15days IFSS versus humidity
• O.One-way ANOVA: 30days IFSS versus temperature
• P.One-way ANOVA: 30daysIFSS versus humidity
• Q.Wide XPS spectra
• R.Microbond test data
• S.Single fiber tensile data
• T.Contact angle data