常压等离子体设备对高模量聚乙烯纤维的表面改性

摘要

本文研究了氦气常压等离子体设备对超高模量聚乙烯纤维的表面改性效果，探索处理温度、功率等参数对处理效果的影响规律。扫描电子显微镜用来观察氦气等离子体处理前后超高模量聚乙烯纤维的表面形貌；X光电子能谱仪用来测量处理前后纤维表面元素的组分的变化及官能团的相对含量；接触角用来表征纤维润湿性能；激光共焦显微镜用来观察纤维等离子体处理前后荧光染料的吸收和渗透：抽拔试验用来测量处理前后纤维与树脂的粘合力；单纤强力测试用来研究等离子体对纤维机械性能的影响。扫描电镜的结果显示常压等离子体喷射装置处理过的高模聚乙烯纤维表面并没有太大变化；这是由于常压等离子体喷射装置提供了比较温和的处理条件；XPS的结果显示，氧元素的含量百分比有一定提高，对Cls分峰后发现C-OH，C=O，COOH，O=C-O这几种极性基团的含量都增加了，对增加和树脂的粘合性有很大帮助；接触角也大幅度下降，说明处理后的纤维会很容易被树脂浸润，更容易粘合；当温度超过60℃，再增加温度或者输出功率对降低接触角没有作用；抽拔试验证实了纤维的处理效果，处理后的纤维与环氧树脂的粘结力增加了57﹪-140﹪，当处理温度为100℃，输出功率为5W时得到最大的工FSS；纤维强力在处理后下降了10-13.6﹪，这是由于等离子体的劣化作用，但是10﹪的单纤强力损伤不会影响复合材料的整体性能。激光共焦显微镜的结果显示，未处理过的纤维表面几乎没有荧光染料，而处理过的纤维表面附着了大量荧光染料，而且染料开始渗透到纤维内部。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：LIST OF TABLES、LIST OF FIGURES

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BIOGRAPHY

ACKNOWLEDGEMENTS

1.INTRODUCTION

1.1. Ultra high modulus polyethylene fibers

1.2. Adhesion problems between fiber and matrix

1.3. Plasmas

1.4. Interaction of plasma with material surfaces

1.4.1 Plasma treatment processes

1.4.2. Reaction mechanism

1.5. Characterization of modified surface

1.5.1. Chemical composition of fiber surface

1.5.2. Surface energy

1.5.3. Surface morphology

1.5.4. Tensile strength of single fiber

1.5.5. Fiber-matrix adhesion

1.6. Plasma equipment for modification:

1.6.1. Traditional atmospheric pressure plasma sources

1.6.2. APPJ in our lab

1.7. Objectives

1.8. Refernces

2.SURFACE MODIFICATION OF ULTRA HIGH MODULUS POLYETHYLENE FIBERS BY AN ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA JET

2.1. Introduction

2.2. Experimental

2.2.1. Materials

2.2.2. Plasma treatment

2.2.3 Scanning electron microscopy (SEM)

2.2.4 X-ray photoelectron spectroscopy analysis (XPS)

2.2.5. Laser scanning confocal microscope

2.2.6. Wettability measurement

2.2.7. Sample preparation for microbond test

2.2.8. Adhesion measurements

2.2.9. Single fiber tensile test

2.2.10. Statistical analysis methods

2.3. Results and Discussion

2.3.1. Surface morphology

2.3.2XPS analysis

2.3.3. Wettability measurement

2.3.4. Laser scanning confocal microscope (LSCM)

2.3.5. Adhesion measurements

2.3.6. Single fiber tensile strength

2.4. Conclusions

2.5. REFERENCES

APPENDICES

Publications