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等離子體處理對CF/PI復合材料高溫界面性能的影響

635   編輯:中冶有色網   來源:董哲瑄,陳平,劉興達  
2024-04-16 16:19:15
近年來,樹脂基復合材料在航空航天、國防軍事、交通運輸和生物器械等領域得到了廣泛的應用 碳纖維(CF)樹脂基復合材料具有耐高溫、比強度高、比模量大和耐腐蝕等性能[1,2],是各國研發的重點 熱固性聚酰亞胺樹脂(PI)性能,其耐高溫性能優于其他種類的熱固性樹脂[3,4] 碳纖維增強聚酰亞胺樹脂基復合材料,有望用于制造飛行器、導彈發動機殼體以及空間探測器 但是,碳纖維分子鏈結晶的高取向度、纖維光滑的表面、極性組分的缺乏和較高的化學惰性,使其很難與樹脂基緊密結合產生較高的界面強度[5,6] 界面是連接纖維與樹脂的“橋梁”,是復合材料強度的“支柱” 特別是在重要的航空航天和軍工等高科技領域,碳纖維樹脂基復合材料必須在高溫下具有較高的界面層間強度 因此,對碳纖維進行表面改性以提高纖維與樹脂基在高溫下的界面粘結性,極為重要 對纖維進行表面改性,主要有氣相氧化法、偶聯劑涂層法、能量束處理法、稀土處理法和等離子表面處理等方法 [7~18] He M等[19]合成一種具有較高交聯密度和玻璃化轉變溫度的四氨基酞菁,將其涂覆在碳纖維上,可使復合材料的150℃層間剪切強度提高127.3%,但是應用溫度較低 等離子體表面處理法的優點是[20,21]:(1) 省時高效,處理短時間即有很好的效果 (2) 處理過程綠色環保,無需使用化學試劑,改性過程不產生三廢 (3) 使用不同的氣體氛圍得到的處理效果不同 等離子體纖維表面處理法的這些優勢,使其被視為最有研發前景 本文研究氬氣等離子體處理對碳纖維增強聚酰亞胺樹脂基(CF/PI)復合材料高溫界面性能的影響 1 實驗方法1.1 實驗用原材料 實驗用材料有聚酰亞胺樹脂和碳纖維 聚酰亞胺樹脂是可溶性聚酰亞胺樹脂(NPI-550-2S),其玻璃化轉變溫度為480℃,在DMAc溶劑中的溶解度高于30%,在300℃的粘度為2Pa·s,其固化物的耐熱性、耐腐蝕性和抗老化性很好 碳纖維的抗拉強度為4.9 GPa 1.2 用氬氣等離子體處理碳纖維 用丙酮溶液對碳纖維進行48 h的索提處理以除去纖維表面的上漿劑,然后將其放入120℃的烘箱中3 h以除去丙酮溶液 將烘干的碳纖維纏繞在玻璃框上置于功率為200 W的射頻感性耦合等離子體(ICP)中,對碳纖維進行不同時間的等離子體處理 進入氣體的流速為3~8 sccm 緩慢地向石英腔體中充入氬氣,使腔體中的氣
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