[发明专利]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

说明书

技术领域：本发明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。

背景技术：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已在航空航天、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℃之间， 长期使用温度为240℃，并且可溶于氯仿(CHCl₃)、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，但其产生需有特定的限制条件。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。

发明内容：本发明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。