纖維表面與內部納米尺度界面構建及多尺度測量表征.pdf

1、本論文在對纖維表面及內部納米尺度界面構造及多尺度測量表征的研究概況進行綜述的基礎上，開展了等離子體體處理納米二氧化硅涂敷碳纖維、高強聚乙烯纖維的納米界面構建與其多尺度納米界面定量表征;等離子體處理納米蒙脫土、多壁碳納米管、納米氧化鈦等納米顆粒填充聚丙烯/聚乳酸共混合金纖維等共混纖維內納米界面構建與其多尺度納米界面定量表征。本研究主要工作如下:
　　 (1)從分子力學角度考察納米顆粒與周圍其他大分子之間的關系:力學測試中所得屈服應

2、力的熱激活體積反應了整體納米界面結構微觀塑性變形過程中對大分子鏈段阻礙能壘的效應。利用應變率系數計算熱激活體積的方法能定量分析在納米界面結構中微觀屈服變形造成的影響，能準確測量等離子體改性納米對纖維性能納米尺度的影響。
　　 (2)以商品化的納米顆粒為研究對象，利用常溫常壓等離子體技術對材料的納米尺度刻蝕、灰化、清洗等能力還原并改善納米顆粒的納米形貌結構;從纖維填充材料和纖維表面納米直接上漿兩個角度對納米改性纖維材料的納米尺度界

3、面結構及構造進行研究，提出用動態(tài)力學的宏觀測試手段實現納米顆粒作用的納米尺度的表征，用具有明確物理意義的熱激活體積揭示納米顆粒粉體對纖維材料性能的影響。
　　 (3)以氦、氧等離子體處理納米二氧化硅涂敷碳纖維、超高強聚乙烯纖維為對象，探討了等離子體處理納米二氧化硅溶膠涂覆T300碳纖維、超高強聚乙烯纖維構造出的特定空間形態(tài)結構、納米涂覆層形貌變化特征、基本化學基團變化特征、力學變化特征。掃描電鏡圖顯示:納米溶膠二氧化硅涂敷碳纖維

4、、超高強聚乙烯纖維表面可以形成特定三維空間的形貌界面，等離子體處理納米二氧化硅溶膠涂覆T300碳纖維、超高強聚乙烯纖維的納米涂覆層在纖維表面形貌發(fā)生變化，納米顆粒變得更加薄而且分布更均勻，可以明顯看到變細微的納米顆粒填補纖維表面微觀缺陷。X射線光電子能譜及傅里葉變換紅外光譜顯示纖維表面被引入活性官能團，納米二氧化硅涂覆層與纖維間有表面激活反應。通過艾琳方程驗證，纖維表面和納米二氧化硅涂覆層間的納米界面結構相互作用，方程中的熱激活體積定量

5、表征經等離子體處理后納米顆粒與纖維間的相互作用。試驗結果表明:對比不同處理方法的結果發(fā)現，屈服塑性變形導致納米界面結構熱激活，納米微粒阻礙纖維表面大分子鏈形貌變化的熱激活體積是納米界面結構性能的重要表征。
　　 (4)以納米二氧化鈦、氧化硅、氧化鋅、蒙脫土、碳納米管為研究對象，利用正交實驗方法尋求影響常壓等離子射流處理納米顆粒填充共混高分子合金纖維性能的主要因素。就等離子體處理蒙脫土填充聚丙烯/聚乳酸納米復合長絲而言，聚丙烯/聚

6、乳酸單因素對納米復合長絲斷裂強力的影響最小，等離子體處理功率影響最大;就等離子體處理碳納米管填充聚丙烯/聚乳酸納米復合長絲而言，等離子體處理氣源氦氣流量He單因素對納米復合長絲斷裂強力的影響最小，等離子體處理功率影響最大;納米二氧化鈦添加量單因素對納米復合長絲斷裂強力的影響最大，聚丙烯與聚乳酸的混合比例pp/pla影響最小。納米顆粒經過適當的表面處理能改變共混聚丙烯/聚乳酸長絲中聚丙烯微纖維的相容性及結構，使聚丙烯纖維的卷繞絲斷裂伸長率