聚对苯撑苯并二噁唑(Poly-p-phenylene-2,6-benzobisoxazole, PBO)纤维具有高强、高模、阻燃、耐高温和耐摩擦等特点,被誉为21世纪的超级纤维,适合用来作为先进树脂基复合材料的增强纤维。双马来酰亚胺树脂(BMI)具有优异的耐高温、耐辐射、电绝缘性、阻燃性,以及良好的尺寸稳定性和力学性能,已被广泛用于先进复合材料的树脂基体。但是PBO纤维与BMI树脂的界面粘结性能较差,因此需要对两者之间的界面进行优化,以获得性能优异的PBO/BMI先进复合材料。而冷等离子体表面改性是一种高效环保的方法。在本论文中,我们分别采用氧气等离子体、氩气等离子体以及氧气/氩气混合等离子体三种方法对PBO纤维表面进行了改性。然后利用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和动态接触角测试仪(DCAA)分别对PBO纤维表面化学元素的种类和含量、表面形貌以及表面接触角和自由能进行了表征。此外,借助层间剪切强度(ILSS)的测试,研究了湿热环境和等离子体改性的时效性对PBO/BMI先进复合材料界面粘结性能的影响。结果表明,PBO纤维经过等离子体改性以后,极性基团被引入到其表面,如酯基、羟基、酰胺基和过氧化物等,其中氧气/氩气混合等离子体的作用尤为显著；其表面形貌发生显著变化,粗糙度得到提高；其表面浸润性能得到改善。PBO纤维表面的上述变化均有利于提高其与BMI树脂之间的界面粘结性能。此外,我们还发现,经水煮后,PBO/BMI先进复合材料具有较低的吸水率和较高的ILSS保留率,这表明PBO/BMI先进复合材料具有良好的耐湿热性能,特别是经氧气等离子体处理以后,可以大幅度降低PBO/BMI先进复合材料的吸水率。PBO纤维经氧气等离子体处理以后,随着存放时间的延长,其表面并未出现时效性,这可能与其表面形成稳定交联层有关,而经氩气等离子体和氧气/氩气混合等离子体处理以后,其表面时效性显著,严重影响PBO纤维与BMI树脂之间的界面粘结性能。因此经氩气等离子体和氧气/氩气混合等离子体处理以后,PBO纤维要尽快进行复合成型,或者采取一些有效措施减缓老化进程,以免影响改性效果的发挥。
