دانلود مقاله ترجمه شده کنترل چسبندگی بین سطحی در کربن پیوسته و کامپوزیت پلیمر فیبر کلوار – مجله الزویر

فهرست مطالب:

مقدمه
آزمایش
مواد
تیمارهای پلاسما برای بهترین ماتریکس رزین
ماتریکس اپوکسی
تهیه نمونه
تست مکانیکی
تست های کششی تک الیافی
تست های کشش عرضی
تست های فشار،پیوند و اشعه کوتاه
تعیین خصوصیات سطح فیبر
اندازه گیری رطوبت پذیری
تست رطوبت پذیری کیفی
طیف جذب اشعه مادون قرمز عبوری
آنالیز مکانیکی پویا
میکروسکوپ الکترونی نگاره
طیف سنج فتوالکترون اشعه ایکس
نتایج و بحث
کامپوزیت های کربن/BMI
تیمارهای پلاسمای اکسیژن
تیمار پلاسمای آرگون
تیمار پلاسمای آمونیوم
تیمارهای فیبری برای خواص کامپوزیت ترموپلاستیک
تیمار های سطح فیبر برای کامپوزیت های اپوکسی
مکانیسم های ادهیسیون
نتیجه گیری

بخشی از ترجمه:

جمع بندی ذیل از این مطالعه ارائه شده است:
۱٫کارایی تیمارهای پلاسما در بهبود ادهیسیون بین وجهی در کامپوزیت های پلیمر اثبات شد. برای کامپوزیت های ، پلاسمای آمونیوم.آرگون بهترین سیستم در بهبود ادهیسیون بین وجهی بدون کاهش نامطلوب در مقاومت فیبری است. برعکس پلاسماهای اکسیزن و آرگون دارای تاثیر زیادی روی سطوح فیبر کربن بوده و موجب تخریب و کاهش بکپارچکی فیبر می شود.
۲٫مکانیسم های مختلف ادهیسیون را می توان توسط تیمارهای پلاسما بهبود بخشید. این موارد عبارتند از: الف: خارج کردن الاینده ها برای ایجاد تماس بهتر فیبر و رزین ب: افزایش درجه اتصال مکانیکی بین فیبر و ماتریکس ناشی از افزایش زبری سطحی ج:افزایش انرژی سطحی که موجب بهبود رطوبت پذیری ماتریکس می شود و د:گروه های عاملی رسوب یافته برای اثرات متقایل شیمیایی ممکن بین رزین ماتریکس و فیبر. مکانیسم های الف و د بر ج تاثیر می گذارند.
۳٫هر مکانیسم با درجات مختلفی بر یک پلاسما تاثیر می گذارد. برای پلاسماهای اکسیژن، نیتروژن و آرگون، مکانیسم های الف،د و ج نیز تا حدودی موثر هستند. با این حال پلاسمای اکسِیژن در بهبود رطوبت پذیری کارامد ترین می باشد. این رطوبت بسیاری بسیار خوب، می تواند عملا ناشی از گروه های حاوی اکسیژن پلاسما روی سطح کربن باشد. برای پلاسماهای آرگون امونیم و آمونیم، پیوند شیمیایی بین گروه های آمینی و بیسمالمید و افزایش رطوبت پذیری دو فاکتور مهم در در افزایش ادهیسیون بین وجهی در کامپوزیت های فیبر و می باشد.
۴:پلیمریزاسیون پلاسما را می توان برای بهبود ادهیسیون بین وجهی بین فیبرها و رزین های ترموپلاستیک مورد استفاده قرار داد. پلی مر پلاسما قادر به چسبیدن به هر سوبسترایی می باشد. پوشش پلیمر پلاسما روی سطح فیبر می تواند خصوصیات شیمیایی را برای بهبود ادهیسیون فیبر و ماتریکس در اختیار بگذارد.
۵:پارامترهای عملیاتی برای تیمارهای پلاسمای اکسیژن و نیتروژن فیبرهای کربن را می توان برای عملکرد کامپوزیت بهینه سازی کرد. سرعت جریان گاز و مدت زمان تیمار دو پارامتر مهم می باشند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

۱ INTRODUCTION Fiber/matrix interracial adhesion plays an important role in determining the mechanical properties of a polymer composite. A better interracial bond will impart to a composite better properties such as interlaminar shear strength, delamination resistance, fatigue and corrosion resistance. The adhesion between untreated carbon fibers and common aerospace-grade resins is usually poor. A variety of surface modification techniques have been developed to promote interfacial bonding in carbon fiber composites. In one approach, fibers were oxidized either with liquid oxidizing agents 1 such as concentrated nitric acid, or with gaseous media 2 such as air, oxygen, and ozone. Generally, oxidation etches the fiber surface and possibly implants carbonyl and hydroxyl groups onto the fiber surface, resulting in an increase in interracial bond strength. In a second approach, polymers such as vinyl, phenolic, and epoxy resins have been coated onto fibers to the extent of some 1-2% by weight of fibers. These coatings resulted in a varying 334 Bor Z. Jang degree of improvement, but thickness control of the coating has been a problem. Solutions of reducing agents, such as FeCI3, have also been used to improve the carbonfiber/epoxy ir~terfacial bond strength. 3,4 A substantial improvement in composite interlaminar shear strength has been observed without an appreciable loss in fiber strength. However, the iron compound residues could possibly catalyze oxidation reactions during the intended service period, leading to high temperature instability. Vapor phase deposition, in which the fiber surface is ‘whiskerized’ by deposited whiskers (e.g. silicon carbide) to provide mechanical bonding sites, led to a significant improvement in the interlaminar shear strength? Nevertheless, the grown silicon carbide whiskers added additional weight to the composite. Fiber surfaces can also be coated with a thin layer of polymer through electrodeposition or electropolymerization. Moderate improvements in the interlaminar shear strength and the impact strength of composites have been reported 6″7 for such treatments. Gas plasma activated by microwave or radio frequency (RF) radiations has been extensively applied for processing semiconductor and other materials. In the cold plasma state, ionization, excitation, dissociation, recombination, and other reactions can occur as a result of the collision of electrons and other species in the plasma medium. Consequently, when the plasma contacts a solid material, a highly efficient energy exchange can occur. Plasma chemical vapor deposition (CVD), plasma etching, and plasma polymerization are all plasma processing methods that make full use of this energy exchange mechanism. If properly controlled, plasma can be used to modify the physical and chemical state of the material surface without significantly altering the bulk properties. Because of these attractive attributes, plasma treatments of fiber surfaces have been considered to be a prime candidate technique for the control of interracial adhesion in composites. Plasma treatments are known to enhance significantly the adhesion of polymer fibers to epoxy resins. 8-n Amine plasma was claimed to promote formation of covalent bonds with epoxy resins, leading to a considerable enhancement of the epoxy composite strength. 1° Carbon fibers and pyrolytic graphite blocks were treated with plasma polymer coatings from acrylonitrile and styrene monomers. 12-14 Additional work 15,16 involving the use of plasma polymerization for modifying fibers also showed encouraging results. Treated fibers in some cases even exhibited higher tensile strengths than the untreated counterparts, suggesting the plasma coatings possibly healed some of the surface flaws of the fiberJ 2-16 However, more efforts are needed to verify this speculation. The plasma-coated fibers also exhibited increased functionality and lower contact angles. Single fiber interface testing results indicated a 100% increase in the interfacial shear strength. The interlaminar shear strength of epoxy composites improved by approx. 30% with minimal degradation in the flexural properties.When treated with oxygen plasma, the surfaces of the polyethylene (PE) fiber exhibited a high concentration of hydroxyl and carboxylic acid groups, which could permit chemical bonding between the fiber and the resin. An increase in interlaminar shear strength was obtained with epoxy resin matrices.17-~9 Similar functional groups were observed on the carbon fiber surfaces treated in an oxygen plasma. 2°’۲۱ The presence of significant concentration of acid functionality on these fibers was confirmed by electron spectroscopy chemical analyses (ESCA) and titration techniques. The physical and chemical characteristics of carbon fiber surfaces were altered by the plasmas. 2~-32 The level of surface roughness in the form of pits and crevices was increased. 21″22″27″29-32 Surface wetting properties of fibers were also improved; this would permit a more intimate fiber/resin contact. 29-32 Different functional groups were observed on different types of carbon fibers; both carboxyl and hydroxyl groups were observed on polyacrylonitrile (PAN)-based fibers while very few carboxyl groups were seen on pitch-based fibers. 33 Changes in the composite failure mode were observed in carbon/bismaleimide composites when the fibers were modified with a plasma.