常壓等離子體處理對(duì)PBO纖維表面性能影響研究.pdf

1、聚對(duì)苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維是由PBO聚合物通過液晶紡絲制得的一種高性能纖維。與其它高性能纖維相比，PBO纖維具有更高的比強(qiáng)度、比模量和耐熱阻燃性能，被譽(yù)為“21世紀(jì)的超級(jí)纖維”，可以用來制作高性能復(fù)合材料應(yīng)用于未來的航天、航空和國防等高新技術(shù)領(lǐng)域。但PBO纖維表面光滑，且呈化學(xué)惰性，與樹脂基體間的界面粘結(jié)性能很差，這極大影響了纖維力學(xué)性能的充分發(fā)揮，嚴(yán)重制約了PBO纖維在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，改善PBO纖維的表面性能、

2、提高它與樹脂基體間的界面粘結(jié)性能是PBO纖維得以在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　 目前，應(yīng)用于PBO纖維表面改性的方法有多種，包括化學(xué)改性、輻射改性和等離子體改性等。其中，等離子體改性是一種非常理想的方法，它只作用于纖維最表層，對(duì)纖維本體損傷小，具有高效、環(huán)保、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)等離子體改性是在低壓環(huán)境下進(jìn)行的，需要復(fù)雜的真空系統(tǒng)，成本高，且不能連續(xù)處理，限制了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。
　　 常壓等離子體克服了低

3、壓等離子體的缺點(diǎn)，它不需要真空系統(tǒng)，能夠在常壓下工作，成本低，且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)處理。本課題首次采用常壓等離子體射流(APPJ)和常壓介質(zhì)阻擋放電(DBD)分別對(duì)PBO纖維進(jìn)行表面處理，研究了處理氣氛、纖維回潮率以及處理時(shí)間、功率等處理參數(shù)對(duì)纖維表面性能的影響。通過SEM觀察纖維表面形態(tài)的變化，XPS和FTIR分析纖維表面元素組成及基團(tuán)的變化，并通過靜態(tài)接觸角測(cè)試和Micro-bond測(cè)試分析了纖維等離子體處理前后表面浸潤(rùn)性能和IFSS的變

4、化，最后，通過單纖維拉伸測(cè)試，評(píng)價(jià)了等離子體處理對(duì)纖維力學(xué)性能的影響。
　　 SEM結(jié)果顯示，APPJ和DBD處理對(duì)纖維表面都產(chǎn)生了一定的刻蝕效果，纖維表面粗糙度增加，且DBD處理的刻蝕效果更為明顯；接觸角測(cè)試顯示，等離子體處理后纖維接觸角有較大幅度下降，表明纖維表面浸潤(rùn)性能有較大提高，纖維很容易被樹脂浸潤(rùn)；XPS分析表明，APPJ處理后纖維表面含氧量提高，在表面引入了C=O、O-C=O等基團(tuán)，這有助于纖維表面浸潤(rùn)性能和界面粘結(jié)

5、性能的提高；FTIR測(cè)試顯示，DBD處理后，纖維表面被氧化，在表面引入了含氧極性基團(tuán)；Micro-bond測(cè)試表明，APPJ和DBD處理后IFSS分別提高了130.96％和117.33％，兩種等離子體處理時(shí)間都能夠顯著提高IFSS，且在處理一定時(shí)間后IFSS都出現(xiàn)極大值；此外，APPJ處理氣氛對(duì)IFSS的提高也有顯著影響，混入1％的氧氣處理能夠極大的提高IFSS，而纖維回潮率和處理功率對(duì)IFSS的提高雖有積極作用，但作用不明顯；單纖維拉