等離子體處理對(duì)PBO纖維、碳纖維表面性能及其復(fù)合材料界面性能的影響.pdf

1、聚對(duì)苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)基復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性以及良好的透波性，預(yù)期可作為承力結(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)-功能一體化材料在國防軍工和航空航天等高科技領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;C/PBO混雜纖維增強(qiáng)BMI樹脂基復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，且可作為吸波隱身材料在未來的國防軍工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而PBO纖維和碳纖維表面光滑、呈現(xiàn)化學(xué)惰性，使其與樹脂基體的界面粘結(jié)性能差，阻礙了其在實(shí)際工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，

2、要對(duì)PBO纖維和碳纖維進(jìn)行表面改性，以提高其復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。
　　本論文采用常壓DBD等離子體對(duì)PBO纖維進(jìn)行表面改性處理，選用了空氣和氧氣兩種放電氣體。分別研究了兩種等離子體的放電時(shí)間和放電功率密度對(duì)PBO/BMI復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)的影響，并采用X-射線光電子能譜儀(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和動(dòng)態(tài)接觸角分析儀(DCA)等手段分析了PBO纖維表面化

3、學(xué)組成、表面形貌、粗糙度以及表面自由能隨等離子體放電參數(shù)的變化。此外，對(duì)等離子體處理前后PBO纖維進(jìn)行了單絲拉伸測(cè)試(SFTS)。
　　空氣和氧氣DBD等離子體都可以有效地提高PBO/BMI復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，其ILSS值最高達(dá)到了57.1MPa和62.0MPa，分別比未處理時(shí)提高了30.1％和41.2％。原因是PBO纖維表面的極性和反應(yīng)活性提高，同時(shí)表面形貌變得復(fù)雜、粗糙度上升;此外，合適的等離子體處理工藝不會(huì)明顯降低PBO

4、纖維的單絲拉伸性能。當(dāng)?shù)入x子體處理后的PBO纖維放置于空氣中時(shí)，PBO/BMI復(fù)合材料的ILSS隨放置時(shí)間的延長而降低;對(duì)氧氣DBD等離子體處理后的PBO纖維表面進(jìn)行時(shí)效性分析發(fā)現(xiàn)，其表面化學(xué)活性隨放置時(shí)間明顯下降，但纖維表面形貌和粗糙度隨放置時(shí)間變化不大。另外，PBO纖維的單絲拉伸性能也基本不隨放置時(shí)間而變化。復(fù)合材料的層間剪切破壞形貌表明，等離子體處理后，其層間剪切破壞模式從纖維與樹脂界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榫植繕渲瑑?nèi)聚破壞。
　　采用