芳纶织物的DBD等离子体处理及其复合材料力学性能

摘要

芳纶纤维作为一种高性能纤维，具有高强、高模、耐高温等优良特性，被广泛用作纤维增强复合材料的增强体。但芳纶纤维表面光滑，且浸润性较差，树脂不能牢固的结合在其表面，界面强度较低，影响了芳纶的应用。因此，对芳纶进行表面改性处理十分必要。
　　本文采用射频介质阻挡放电(RF-DBD)等离子体对芳纶织物进行改性处理，通过变换处理时间、氧气流量、放电功率和调制频率来寻求较好的改性效果。本文利用扫描电子显微镜(SEM)和扫描探针显微镜(SPM)来观察芳纶织物表面形貌和粗糙度的变化，采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)来分析芳纶织物表面化学组成的变化，并对芳纶织物的浸润性能和拉伸性能进行测试。同时，论文还对芳纶织物增强复合材料的力学性能进行测试，并利用SEM观察弯曲断面的形貌来分析破坏机理。
　　通过实验所得结论如下:
　　(1)不同处理时间和氧气流量条件下，经等离子体处理后芳纶织物的浸润性能显著提高。氧气流量为10mL/min时，各个处理时间的芯吸高度都高于其它氧气流量条件下芯吸高度，且芳纶织物表面极性基团的含量和粗糙度也显著增加。芳纶织物原样的断裂强力为686.18N，经过等离子体处理后织物的断裂强力均超过700N，最高可达875.66N。
　　(2)不同放电功率和调制频率条件下，经等离子体处理后芳纶织物的芯吸高度随着调制频率的增加呈先增后减的变化规律，此外，芯吸高度随着放电功率的增加逐渐增大。经过等离子体处理后芳纶织物表面C的含量显著下降，O和N的含量明显提高，-C-C的含量显著下降，-COO-、-CONH-等极性基团的含量显著提高。等离子体处理后芳纶织物表面变得凹凸不平，粗糙度显著增加。放电功率为200W时，芳纶织物的断裂强力随着调制频率的增加先增大后减小，在1000Hz时达到最大值957.57N。
　　(3)不同处理时间和氧气流量条件下，等离子体处理后芳纶织物增强复合材料的力学性能显著提高。抗拉强度由原样的87.57MPa提高到146.73MPa（20mL/min，90s），弯曲强度由原样的108.24MPa提高到165.36MPa(10mL/min，90s)。氧气流量为10mL/min和处理时间为60s时，复合材料的抗拉强度达到133.82MPa，仅次于最高值，此时的弯曲强度也提高到137.79MPa，破坏形式为基体破坏。从处理效果和节约生产成本综合考虑，氧气流量10mL/min和处理时间60s条件更优。
　　(4)不同放电功率和调制频率的等离子体处理后，芳纶织物增强复合材料的抗拉强度和弯曲强度都有显著增加，在放电功率为250W和调制频率为1000Hz时，复合材料的力学性能较优。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 芳纶的概述

1．3 芳纶的表面改性技术

1．4 等离子体的概述

1．5 常压射频介质阻挡放电的概述

1．6 复合材料的概述

1．7 本课题的主要研究内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验原料与仪器

2．2 实验方法

2．3 表征方法

第三章 等离子体处理对芳纶织物结构性能的影响

3．1 处理时间和氧气流量的变化对芳纶织物的影响

3．2 放电功率和调制频率的变化对芳纶织物的影响

3．3 本章小结

第四章 等离子体处理对芳纶织物复合材料力学性能的影响

4．1 处理时间和氧气流量的变化对复合材料力学性能的影响

4．2 放电功率和调制频率的变化对复合材料力学性能的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢