本发明专利技术涉及一种介质阻挡放电等离子体技术改性芳纶复合材料界面的方法，该方法是直接采用输出功率为０～１０００Ｗ的大气压下空气介质阻挡放电等离子体，对Ｔｗａｒｏｎ纤维表面进行刻蚀处理或接枝处理，单次处理时间为０～５ｍｉｎ，再将经改性的Ｔｗａｒｏｎ纤维用质量百分含量为５～５０％的聚芳醚砜酮（ＰＰＥＳＫ）树脂／二甲基乙酰胺（ＤＭＡｃ）胶液连续浸胶缠绕处理，制得纤维体积含量为３５～６５％的单向Ｔｗａｒｏｎ纤维／ＰＰＥＳＫ树脂基复合材料预浸料，然后通过热压成型技术，制得界面剪切强度大幅度提高的Ｔｗａｒｏｎ纤维／ＰＰＥＳＫ树脂基复合材料。此方法操作简便，实用性强，可满足连续工业化生产的要求，该方法制备所得的复合材料对航空航天、军工以及民用等领域具有巨大应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种芳纶纤维增强树脂基复合材料界面改性方法，尤其涉及一种大气压下空气介质阻挡放电(DBD)低温等离子 体技术改善聚对苯二甲酰对苯二胺(Twaron)纤维/聚芳醚砜酮(PPESK) 树脂基复合材料界面性能的方法，属于材料科学领域。
技术介绍
随着科技的发展，诸多领域对复合材料性能提出了更 高的要求。以国防领域为例，无人战机向高马赫数和长时间超高空飞 行方向发展，便要求一种具有耐高温、耐疲劳、耐辐射等性能的树脂 基复合材料来代替目前战机中所使用的碳纤维增强环氧或双马等热 固性树脂基复合材料，高性能芳纶纤维增强高性能热塑性树脂基复合 材料便成为研究的热点之一。 一方面，芳纶作为一种高性能有机纤维， 目前其大部分应用在包括先进复合材料、交通、电子通讯、机械、土 建材料、涂覆织物以及其他各种工业和民用领域。尤其具有比模量及 比强度高，耐热性能好，有较好韧性，耐疲劳性能好等特点，芳纶纤 维增强复合材料作为各种结构件、衬层材料和零部件等己在航空航 天、航海、导弹等尖端领域得到广泛应用。另一方面，大多数的高性 能热塑性树脂一般都难溶，即使具有优异的机械性能、耐高温性能和 耐腐蚀性能，但其加工性能很差，因此难以在复合材料领域得到广泛 应用。含有二氮杂萘联苯结构的新型高性能树脂PPESK由于具有全芳 环非共平面分子结构，其玻璃化转变温度可调控在250 370'C之间，6长期使用温度为24(TC，并且可溶于氯仿(CHC13)、吡啶(Py)、 二甲基 甲酰胺(DMF)、 二甲基乙酰胺(DMAc)等溶剂，兼具了耐高温性和可溶 解性的优点，解决了大多数高性能热塑性树脂难以加工的难题，适合 做先进复合材料的树脂基体，CN93109179. 9和CN93109180. 2公开了 PPESK的合成方法。陈平等人用溶液浸渍法制备出了一系列高性能有 机纤维增强可溶性高性能热塑性PPESK树脂基先进复合材料， CN200410050246. 6公开了芳纶纤维增强PPESK树脂基复合材料的制 备方法。但是，由于芳纶纤维是一种由高度取向结晶微区组成的材料，具 有独特的"皮-芯"结构，其表面光滑且呈化学惰性，这使得增强纤 维难以与树脂基体形成良好的界面，不能使应力很好的传递，从而导 致纤维增强树脂基复合材料界面剪切强度较低。而纤维表面经过适当 改性后，可大幅度提高其增强树脂基复合材料的界面粘结强度，复合 材料的综合性能可得到更大程度的发挥。目前对芳纶纤维表面改性的方法中，低温等离子体技术是应用最 多的一种。常用的产生低温等离子体的方法有弧光放电、电晕放电、 辉光放电和介质阻挡放电。弧光放电产生的等离子体温度过高易造成 纤维的损伤；电晕放电通常在极不均匀电场中的强电场区域发生，产 生的低温等离子体较弱且不均匀；辉光放电则通常是在低气压条件下 产生，需抽真空，成本高且操作不便；另外，近年来还有很多关于常 压辉光放电的报道，但其产生需有^P定的限制条件。因此，上述方法 都难以实现连续工业化生产。比较而言，介质阻挡放电可在气压为104 106Pa条件下发生，无需真空设备就能激发产生大空间、高密度、 相对均匀的冷等离子体，兼有电晕放电可在高气压下运行和辉光放电 放电均匀的优点。介质阻挡放电激发产生的低温等离子体功率密度均 匀适中，对纤维表面改性时不易对其本体性能造成损伤，并且其放电 过程不需要昂贵的真空系统，成本低且操作简便。关于介质阻挡放电 等离子体处理纤维表面或改善纤维/复合材料界面性能的研究不在少 数，但是直接用大气压下空气介质阻挡放电等离子体处理Twaron纤 维表面，实现改性后Twaron纤维/可溶性热塑性树脂基复合材料连续 工业化生产的方法却鲜见报道；并且，介质阻挡放电产生的等离子体 易受较多外部参数的影响，研究其中一些重要参数对复合材料界面粘 结性能的影响也是一项必要工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本、易操作，能直接 实现连续工业化生产的方法，改性Twaron纤维表面，实现Twaron纤 维/PPESK树脂基复合材料界面剪切强度的大幅度提高。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是介质阻挡放电等离 子体技术改性芳纶复合材料界面的方法，其具体步骤是l)将Twaron 纤维置入介质阻挡放电等离子体设备的放电腔体中，穿好走丝装置， 关闭腔体上带干燥剂和隔尘网的气 L，抽出其中存留的空气，然后打 幵气孔使干燥纯净的空气进入腔体内。2)使Twaron纤维连续穿过上 下两个覆盖绝缘介质的放电电极平板放电端间隙，气隙间距小于等于 8mm，在腔体气孔打开的条件下，用输出功率为0-1000W的大气压下 空气介质阻挡放电等离子体对Twaron纤维表面进行刻蚀处理，或采用上述相同条件对Twaron纤维表面进行接枝处理，单次处理时间为 0 5min，并在处理后再对Twaron纤维进行放置后处理。3)对经改性 的Twaron纤维用质量百分含量为5~50%的PPESK/DMAc胶液连续浸胶 缠绕处理，于170 20(TC条件下烘2~5小时，制得纤维体积含量为 35~65%的单向Twaron纤维/PPESK树脂基复合材料预浸料。4)将预 浸料热压成型，工艺为先将预浸料由室温预热至275°C，然后在 0.3~0.6MPa， 275。C保压20~50min后，升压至2. 5~3. 5MPa再保压 20~50min，之后在0. 3~0. 6MPa， 335。C保压20~50min后，再升压至 1.5-2.5Mpa，保压20 50min，自然冷却，脱模，制得界面剪切强度 大幅度提高的Twaron纤维/PPESK树脂基复合材料。所述的介质阻挡放电等离子体设备为自组装装置，包括一台低温 等离子体实验电源， 一个自制不锈钢放电腔体，两个自制不锈钢放电 电极， 一套自制纤维走丝装置， 一个自制循环水冷却系统， 一台真空 泵。所述的Twaron纤维为商品原丝或用溶剂去除纤维表面涂覆物后 的丝束。所述的上下两放电电极均为不锈钢中空管状体，其中一端是直径 1 20cm的不锈钢圆板，或长20 50cm,宽1 6cm的不锈钢矩形板，另一端带有接线柱和循环水入口 。所述的绝缘介质为石英、陶瓷、环氧树脂或聚四氟乙烯。 所述的输出功率为0~1000W的大气压下空气介质阻挡放电等离子体是指在外界环境相同，且放电腔体上带干燥剂和隔尘网的气孔直接与大气连通的条件下，介质阻挡放电设备击穿空气放电产生输出功率为0-1000W低温等离子体。。所'述的对Twaron纤维进行放置后处理是指将经大气压下空气 介质阻挡放电等离子体处理后的Twaron纤维在空气中，或在空气放 电后富有臭氧和活性氧的放电腔体中，或在空气放电后重新通入氨 气、氧，、 一氧化碳、二氧化碳或水蒸气的放电腔体中，或在空气放 电后重新通入上述五种气氛中的两种或两种以上混合气氛的放电腔 体中，搁置0 5天。所述的对Twaron纤维表面进行刻蚀处理是指使Twaron纤维连 续穿过承载电源输出功率为0-1000W的电极平板放电端间隙，气隙间 距小于等于8mm，处理0 5min，对Twaron纤维进行放置后处理后， 再以上述相同条件对Twaron纤维进行再处理，再处理次数为0 6次， 最后再对Twaron纤维进行放置后处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
介质阻挡放电等离子体技术改性芳纶复合材料界面的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤： １）将Ｔｗａｒｏｎ纤维置入介质阻挡放电等离子体设备的放电腔体中，穿好走丝装置，关闭腔体上带有干燥剂和隔尘网的气孔，抽出其中存留的空气，然后打开气孔使 干燥纯净的空气进入腔体内； ２）使Ｔｗａｒｏｎ纤维连续穿过上下两个覆盖绝缘介质的电极平板放电端间隙，气隙间距小于等于８ｍｍ，在腔体气孔打开的条件下，用输出功率为０～１０００Ｗ的大气压下空气介质阻挡放电等离子体对Ｔｗａｒｏｎ纤维表面进行 刻蚀处理，或采用上述相同条件对Ｔｗａｒｏｎ纤维表面进行接枝处理，单次处理时间为０～５ｍｉｎ，并在处理后再对Ｔｗａｒｏｎ纤维进行放置后处理； ３）将经改性的Ｔｗａｒｏｎ纤维用质量百分含量为５～５０％的聚芳醚砜酮（ＰＰＥＳＫ）树脂／二甲基 乙酰胺（ＤＭＡｃ）胶液连续浸胶缠绕处理，于１７０～２００℃条件下烘２～５小时，制得纤维体积含量为３５～６５％的单向Ｔｗａｒｏｎ纤维／ＰＰＥＳＫ树脂基复合材料预浸料； ４）将预浸料热压成型，工艺为：先将预浸料由室温预热至２７５℃，然后在 ０．３～０．６ＭＰａ，２７５℃保压２０～５０ｍｉｎ后，升压至２．５～３．５Ｍｐａ，再保压２０～５０ｍｉｎ，之后在０．３～０．６ＭＰａ，３３５℃保压２０～５０ｍｉｎ后，再升压至１．５～２．５Ｍｐａ，保压２０～５０ｍｉｎ，自然冷却，脱模，制得界面剪切强度大幅度提高的Ｔｗａｒｏｎ纤维／ＰＰＥＳＫ树脂基复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，贾彩霞，王乾，李彬，陆春，于祺，
申请(专利权)人：沈阳航空工业学院，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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