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研究氦气等离子处理时间对改善Kevlar49纤维表面粘结性能的影响

作　者: 韩娜
导　师: 邱夷平
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 等离子常压射流处理处理时间粘结性能 Kevlar49
分类号: TS195.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 29次
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内容摘要

纺织品的表面性质很大程度上决定着它们的功能和用途。纺织品的一些重要的性质,例如,浸润性能,染色性能以及粘合性能,都受表面性质的影响。对Kevlar49纤维来说,纤维的表面形态极其化学组成决定着它的主要性质。在复合材料领域的应用中,由于Kevlar49纤维表面比较光滑、表面能量较低,并具有一定的化学惰性,因而,其和树脂之间的粘结作用较差。现今,许多化学方法都已经被用来改善纤维表面的粘结性能,这些方法非常有效,但是都会对环境造成不同程度的污染。近几年来,低温等离子体处理广泛的被用来进行纤维的表面改性,通过高能粒子的轰击,纤维表面变得粗糙,这种比较强的刻蚀作用可以使Kevlar49纤维表面发生明显破坏,同时,等离子体处理可以引入大量的活性粒子,可以改善纤维的浸润性能、粘结性能。较真空等离子处理系统而言,常压等离子的优势在于：常压等离子对环境无污染,且成本较低,因为它不需要复杂的真空设备而且消耗能量较少,所以在工业中的应用愈加广泛。为了查明不同等离子处理时间对改善芳纶纤维(Kevlar49)表面粘结性的影响,本课题采用常压等离子体喷射装置,以氦气为载气,选取不同处理时间(0,8s,24s,40s,56s,72s)处理Kevlar49纤维样品。在处理工艺中,等离子气体流量为20升／分,所用功率为40瓦,单位长度处理时间为2.5秒／厘米(即处理速度为4毫米／秒)。而后通过微型抽拔实验来测定各样本层间剪切力,使用扫描电子显微镜(SEM)及X射线电子能谱分析(XPS)纤维表面及化学组成的变化。另外,常压等离子处理不同于真空等离子处理的又一突出点就在于常压等离子处理是在与大气接触的条件下进行的,因此被处理的材料就会有不同程度的吸湿,而吸湿有可能给等离子处理带来影响。本课题选取两组含湿量：标准状态(相对湿度为65%)及湿态(相对湿度为95%)两种状态下,对Kevlar49纤维进行等离子体处理,将不同含湿量的试样处理后,与未处理的试样进行比较,以研究湿度不同条件下,常压等离子体处理时间对处理效果的影响。本课题主要研究在两种不同含湿量状态下,利用常压等离子体处理Kevlar49纤维,观测不同的处理时间对其处理效果的影响；并通过检测其界面剪切强度、纤维表面形态、表面化学组成、单纤维的拉伸强力的种种变化来表征这种影响。通过扫描电镜实验和X射线电子能谱分析发现,处理后,一方面纤维表面的粗糙度增加,随着处理时间的延长,等离子体对纤维表面的刻蚀作用于越强烈；另一方面,纤维表面的含氧基团有明显增加,使得纤维表面的分子极性有显著增长,因而其和树脂间的粘结性能有大幅度提高。经等离子处理,样品的粘结性能都有不同程度的改善,但随着处理时间的增加,其粘结性能改善先逐步增加,到达峰值后逐步降低。但是,对不同含湿量的Kevlar49纤维,改善效果有明显差异,对含湿量最高的Kevlar49纤维改善效果较差。最后,单纤维强力实验结果证明等离子体处理对纤维的作用不至于使Kevlar49纤维的强力有明显的变化。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-8
TABLE OF CONTENTS  8-9
LIST OF FIGURES  9-10
LIST OF TABLES  10-11
CHAPTER 1 INTRODUCTION AND OBJECTIVE  11-13
  1.1 Introduction  11-12
  1.2 Objective  12-13
CHAPTER 2 LITERATURE REVIEW  13-35
  2.1 Fiber Reinforced Composites  13
  2.2 Reinforce Fiber-Kevlar  13-18
  2.3 The Interafee Regionin Composites  18-23
  2.4 The Meaning and Significance of Bond Strength  23
  2.5 Modification Methods  23-30
  2.6 Plasma Etching  30-31
  2.7 Tests  31-35
CHAPTER 3 EXPERIMENTAL  35-45
  3.1 Material  35-36
  3.2 Plasma Treatment Process  36-40
  3.3 Microbond Test  40-43
  3.4 Scanning Electron Microscopy Test(SEM)  43-44
  3.5 X-ray Photoelectron Spectroscopy Test(XPS)  44
  3.6 Single Fiber Tensile Strength Test  44-45
CHAPTER 4 RESULTS AND DISCUSSION  45-65
  4.1 Surface Morphology Analysis by SEM  45-50
  4.2.Surface Chemical(XPS)Analysis  50-57
  4.3 Microbond Pull-out Test  57-62
  4.4 Single Fiber Tensile Strength  62-65
CHAPTER 5 CONCLUSION  65-67
REFERENCE  67-75
ACKNOWLEDGMENTS  75

研究氦气等离子处理时间对改善Kevlar49纤维表面粘结性能的影响

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