FR M N 低温等离子体对PBO 纤维表面改性的研究岳震南,黄英,王岩,季文(西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安710129)摘要:为提高PBO 纤维/环氧树脂复合材料的剪切强度,采用低温等离子体结合涂层技术对聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维进行表面改性,分别用SE M 、I R 对等离子体处理前后纤维表面形态、化学结构进行了表征,通过复合材料层间剪切强度测试,研究不同处理方式对复合材料层间剪切强度的影响。
结果表明,等离子体处理后纤维表面粗糙度增加,极性增强。
经低温等离子体结合涂层技术处理后,PBO 纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度得到显著提高,较未处理样品提高了39%。
关键词:PBO 纤维;等离子体处理;涂层;粘结强度;层间剪切强度中图分类号:TQ342+.73文献标识码:A文章编号:1003-0999(2011)01-0016-04收稿日期:20100528作者简介岳震南(3),男,硕士研究生。
本文作者还有牛芳芳。
通讯作者黄英,女,教授,博士导师,主要从事功能材料的研究,y @。
1前言PB O (聚对苯撑苯并双噁唑)纤维具有优异的力学性能,其强度、模量均比K evlar 纤维高1倍以上,极限氧指数(L O I)为68,最高使用温度和分解温度分别为350和650[1,2],PBO 增强树脂基复合材料的开发对于航天、航空和国防等高新技术领域材料及产品更新换代有重要意义[3]。
PB O 纤维的这些高性能是由于其分子链、晶体和微原纤均沿纤维轴向呈现几乎完全取向的排列,具有极高的取向度[4,5]。
这种结构在赋予PB O 纤维上述优异性能的同时,也导致纤维表面非常光滑且活性低,几乎与所有树脂基体不能良好地浸润,致使PB O 纤维与树脂基体结合的界面粘接性能差[6,7],限制了PBO 纤维在先进复合材料领域中的应用,因此对PBO 纤维表面进行改性十分必要。
PB O 纤维表面改性的方法有很多种,其中等离子体处理法是最有效的方法之一[8]。
低温等离子体处理对PBO纤维润湿性的影响为改善PBO纤维的润湿性，拓宽其应用领域，探究了空气低温等离子体处理对PBO纤维润湿性的影响。
通过芯吸效应和接触角表征处理前后PBO纤维润湿性，并采用扫描电子显微镜（SEM）观察处理前后PBO纤维表面形貌，用X 射线光电子能谱仪（XPS）对处理前后PBO纤维表面化学组成进行定性分析。
实验结果表明，改性后PBO纤维芯吸高度大幅上升，接触角明显降低，并且在其表面产生明显刻痕，局部有剥离现象，改性后PBO纤维O、N元素含量均有所提高，PBO纤维润湿性明显增强。
关键字：PBO纤维；等离子体；芯吸效应；接触角；润湿性聚聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）纤维是一种高性能纤维，具有高模、高强、耐高温等显著特点，被认为是21世纪的超级纤维[1～3]。
PBO分子中含苯环及芳杂环，取向度高，PBO纤维表面光滑且缺少活性基团，本身呈化学惰性，润湿性差，这也导致了PBO纤维粘附性差，限制了其在复合材料及层压织物领域中的应用[3～8]。
PBO纤维润湿性的改善对研究PBO纤维其他性能也有着重要意义。
等离子体技术是一种物理干法处理手段，有高效、经济、环保等特点，在纺织材料表面改性中已有广泛的应用[9～13]。
本文应用空气低温等离子体处理PBO纤维，探究PBO纤维润湿性的变化。
1 实验部分1.1 实验材料及仪器均PBO纤维（HM，1.4D，日本东洋纺），去离子水，碳素墨水。
HD-1B型低温等离子体仪，常州新区等离子体公司；JSM-6700F扫描电子显微镜（SEM），日本电子株式会社；X射线光电子能谱仪（XPS）；JC2000C3型接触角测定仪，上海中晨数字技术设备有限公司；YG（B）871型毛细效应测定仪，温州大荣纺织仪器有限公司。
1.2 试样制备芯吸实验试样制备与处理：将PBO纤维长丝剪切为25 cm，以丝束的形式并排粘在玻璃棒上，放入等离子体仪中。
选取空气低温等离子体处理，共取24组试样，处理条件为：25 Pa（放电气压），200 W（放电功率），240 s（处理时间）。
