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聚合物纤维表面改性的研究 赵恒祯1254256 摘要 复合材料界面是基体与增强体之间能引起载荷传递作用的微小区域。界面区域虽然很小，但却能产生传递、阻断、诱导等效应，这些效应是单一材料所没有的特性，因而在任何复合材料中界面改性都是极为重要的。本文将重点讨论在不同条件处理下的PET纤维、PBO纤维和Kevla纤维与基体的行为，并研究聚合物纤维的性能与其表面的关系。 关键词 聚合物纤维，表面改性，等离子处理，层间剪切强度 Abstract The interface of a composite material is a tiny region between matrix and fibers. Despite its tiny size, it can transfer, block up and induce loads .These unique effects are not shown in a single material, so the modification of the interface in a composite material is greatly important. This article will focus on the changes for PET fibers, PBO fibers and Kevla fibers after modification, and studies the relation between polymer fibers and their surface. Key words polymer fibers, surface modification, plasma treatment, interfacial shear strengths 界面能产生的特殊效应，这是任何一种单体材料所没有的特性，他对复合材料有重要作用，由于界面的存在使得基体和增强体产生1+12的作用。因而在所有复合材料中，界面和改善界面性能的表面处理方法是关于这种复合材料能否有使用价值、能否推广使用的重要的问题。而通常情况下，纤维表面光滑，在基体中的浸润性较差，不能与基体形成稳定的界面，从而使得复合材料的强度和刚度降低，影响其使用性能。作为一名复合材料方向的学生，我们所学习和研究的重点就是界面行为。本文将以聚合物纤维为主要研究对象，探讨不同表面处理工艺对纤维表面的影响。 由于大多聚合物纤维不含活性基团、结晶度高、表面能低、化学惰性、表面污染及存在弱边界层等原因，使之存在难以润湿和粘合等问题，因此必须对聚合物纤维进行处理，以提高其表面能，改善其润湿性和粘合性。聚合物纤维的表面改性方法有物理改性和化学改性，按改性过程体系的存在形态又可分为干式改性：等离子体处理、火焰处理、蒸镀、喷镀等；湿式改性：离子注入、表面粗化、化学品处理等。改性的目的主要是使纤维表面产生官能团、产生沟壑、表面能下降，以提高粘结强度使基体和纤维更好的结合。 PET纤维表面改性实例 本试验是Juan P. Ferna′ndez-Bla′zquez, Sandro Setzer, Ara′nzazu del Campo等人对PET纤维表面进行的改性研究[1]。试验材料为直径200μm的PET纤维和环氧树脂基体，处理方式为等离子体处理。图1为等离子处理电极，处理时将纤维插入电极孔中，电极通过放电产生等离子体，并不断刻蚀纤维表面。 纤维与基体的结合强度用IFFS ：（界面剪切强度）来表示，其计算方法IFFS=F/π Df L（F为脱结合力，Df为纤维直径， L为纤维长度）。层间剪切强度越大说明纤维与基体界面的结合性越好。具体的测试方法为微滴包埋拉出试验，该方法可以简述为通过测量拔出基体微滴的力来测量IFFS。图2为拉出试验的试样。图2b所示微滴为未进行表面处理的对照组，可以看出其拥有较弱的界面，基体与纤维之间发生脱结合，而图2c微滴为等离子体处理10min后的试样，可以看出基体微滴被拉断，说明界面较强以至于基体先被拉断，界面才发生破坏。 图3为所施加的拉伸载荷与等离子体处理时间的关系，可以看出随着处理时间的增强，纤维所能承受的拉伸载荷不断上升，到10min时达到最大值，随后保持稳定。 为了探究其界面增强原因，研究人员用SEM对纤维进行了拍摄。图4是在不同等离子体处理时间后PET纤维的SEM图像。从图中可以看出，前3min纤维表面并没有明显的变化，因此IFFS没有较大变化。之后，随着处理时间的增强，纤维表面出现了越来越深的沟壑。沟壑的出现增强了纤维和基体表面的接触面积和机械绞和作用，使得界面增强。而当时间超过10m