常壓DBD等離子體處理及其接枝對(duì)碳纖維表面性能影響的研究.pdf

1、等離子體處理作為一種高效且環(huán)保的改性方式，近年來被越來越多地用于纖維材料的表面處理及改性。碳纖維等離子體處理目前正處于實(shí)驗(yàn)階段，大多數(shù)研究表明等離子體處理能在纖維表面引入含氧極性基團(tuán)提高表面的化學(xué)活性，有效改善碳纖維界面性能，增強(qiáng)纖維與樹脂之間的粘結(jié)作用。
　　 本文以常壓介質(zhì)阻擋氬氣等離子體技術(shù)為核心，研究了等離子體處理時(shí)間、處理電壓對(duì)碳纖維表面性能的影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)碳纖維進(jìn)行馬來酸酐接枝處理，分析對(duì)比了不同接枝順序以及接

2、枝濃度對(duì)纖維表面的作用效果。主要通過掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜分析(XPS)、動(dòng)態(tài)接觸角及其表面能分析、單纖維碎裂法等測(cè)試和方法，對(duì)纖維表面形貌、表面化學(xué)成分、表面浸潤(rùn)性和界面粘結(jié)性能進(jìn)行了表征。
　　 等離子處理結(jié)果顯示，不同的處理時(shí)間和電壓會(huì)產(chǎn)生不同的處理效果，當(dāng)處理?xiàng)l件為6kv90s時(shí)，纖維表面性能達(dá)到最佳。等離子體處理對(duì)碳纖維表面具有一定的清潔作用，但是刻蝕作用并不明顯。等離子處理

3、后，碳纖維表面的含氧基團(tuán)增加，處理電壓太大或處理時(shí)間過長(zhǎng)均會(huì)消除部分產(chǎn)生的活性氧，當(dāng)處理?xiàng)l件為6kv90s時(shí)，纖維表面的氧/碳比達(dá)到最大值25.75％。短時(shí)間的等離子處理對(duì)于纖維強(qiáng)力影響較小，當(dāng)處理時(shí)間超過180s時(shí)，纖維強(qiáng)力開始下降。接觸角測(cè)試結(jié)果以及單纖維碎裂法測(cè)試結(jié)果均顯示纖維表面增加的活性基團(tuán)對(duì)改善碳纖維界面性能起主要作用，隨著電壓和處理時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，在處理?xiàng)l件為6kv90s時(shí)，表面能和IFSS值達(dá)到了最大

4、，分別比原樣提高了24％和47％。
　　 等離子體接枝處理結(jié)果表明，前接枝較后接枝對(duì)碳纖維表面的改善作用更加明顯，最佳接枝濃度為0.05mol/L。相比于后接枝，前接枝時(shí)等離子體更容易發(fā)揮對(duì)接枝單體的刻蝕作用，使表面更加粗糙；并且能充分利用等離子體對(duì)于纖維及接枝單體的活化作用，使表面的活性基團(tuán)增加。前后接枝濃度以0.05mol/L為宜，此時(shí)纖維與樹脂之間的IFSS分別提高了77.7％和39.3％。馬來酸酐接枝體對(duì)纖維強(qiáng)力也會(huì)造成