ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА АРАМИДНЫХ ВОЛОКОН И ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ
Аннотация
В работе исследовано влияние параметров плазмохимической обработки поверхности арамидного волокна марки «Русар» на свойства волокнистого наполнителя и композиционного материала с полиуретановой матрицей СКУ ПФЛ-100 на его основе. В результате оценки физико-механических характеристик волокон с модифицированной поверхностью установлена зависимость поведения волокнистого материала от мощности высокочастотных плазменных разрядов. Микроструктурный анализ поверхности показал наличие дефектов, возникающих в результате плазмохимической обработки, что может быть обусловлено сопутствующими процессами окислительной деструкции органического материала. При этом отмечены признаки функционализации поверхности, выражающиеся в снижении краевого угла смачивания модифицированных арамидных волокон. Показано, что плазмохимическая обработка поверхности волокнистого наполнителя, входящего в состав композиционного материала на полиуретановой матрице, приводит к изменению физико-механических свойств всего композита. Зависимость прочностных характеристик композиционного материала на основе модифицированного наполнителя от мощности высокочастотных разрядов носит экстремальный характер с максимумом 1000 Вт. Показана тенденция к увеличению физико-механических показателей композитов с модифицированным арамидным волокном при увеличении времени плазмохимической обработки. Проведена аппроксимация экспериментальных данных и получены зависимости прочности композиционного материала состоящего из полиуретана СКУ ПФЛ-100, наполненного арамидным волокном, от параметров плазмохимической обработки поверхности наполнителя (мощности высокочастотного разряда, времени воздействия и природы плазмообразующего газа). Рекомендован режим модификации поверхности арамидного волокна высокочастотными разрядами плазмы азота с целью повышения адгезионного взаимодействия на границе матрица-наполнитель: мощность разряда 1000 Вт, время воздействия 5 мин.
Для цитирования:
Бурдикова Т.В., Ившин С.С. Влияние плазмохимической обработки на свойства арамидных волокон и полимерных композиционных материалов на их основе. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 5. С. 121-127. DOI: 10.6060/ivkkt.20256805.7153.
Литература
Startsev V.O., Antipov V.V., Slavin A.V., Gorbovets M.A. Modern domestic polymer composite materials for aircraft construction (review). Aviats. Mater. Tekhnol. 2023. N 2 (71). P. 122-144 (in Russian). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-2-122-144.
Zhelezina G.F., Gulyaev I.N., Solovieva N.A. New generation aramid organoplastics for aircraft structures. Avi-ats. Mater. Tekhnol. 2017. N S. P. 368-378 (in Russian).
Doriomedov M.S. Aramid fiber market: types, properties, application. Trudy VIAM. 2020. N 11 (93). P. 48-59 (in Russian). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-11-48-59.
Karpycheva Yu.S., Krasnov A.I., Doronkina Yu.S., Kashaev V.A. Creation of a pilot production of a monomer for third-generation aramid fibers of the Rusar-NT type for the needs of the rocket and space industry. Union of Mechanical Engineers of Russia. National Scientific and Technical Conference. 2024. N 1. P. 32-35 (in Russian). DOI: 10.24412/cl-35807-2024-1-32-35.
Bakhteeva K.Yu., Musina T.K., Dyankova T.Yu. Arlan fiber - a promising raw material for the production of fire-resistant materials. Izv. St. Petersburg State Technical University (TU). 2022. N 62 (88). P. 21-24 (in Russian). DOI: 10.36807/1998-9849-2022-62-88-21-24.
Kulagina G.S., Zhelezina G.F., Shuldeshova P.M., Kurshev E.V. Structure and physical and mechanical properties of a new generation organoplastic based on fabric made of aramid fiber of the Rusar-NT brand and a melt binder. Trudy VIAM. 2022. N 10 (116). P. 55-65 (in Russian). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-10-55-65.
Koksharov S.A., Kornilova N.L., Fedosov S.V. Modification of polyester fibers to create composite materials with adjust-able rigidity. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 6. P. 105‒111. DOI: 10.6060/tcct.20165906.5364k.
Sergeeva E.A., Abdullin I.Sh., Zenitova L.A., Kostina K.D. Analysis of methods for modifying fibrous materials. Vest. Kazan Technol. University. 2015. V. 18. N 20. P. 164-167 (in Russian).
Gordina N.E., Melnikov A.A., Gusev G.I., Gushchin A.A., Rumyantsev R.N., Astrakhantseva I.A. Mechano-chemical and plasmachemical processing in the synthesis of catalytic systems based on vermiculite and zirconium oxychloride. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 5. P. 43-57 DOI: 10.6060/ivkkt.20226505.6612.
Lim C., Ha S., Ha N. Plasma treatment of CFX: the ef-fect of surface chemical modification coupled with sur-face etching. Carbon Lett. 2024. V. 34. P. 611–617. DOI: 10.1007/s42823-023-00597-x.
Ciobanu R., Mihăilă I., Borcia C., Borcia G. Adhesion Properties and Stability of Polar Polymers Treated by Air Atmospheric Pressure Plasma. Polymers. 2024. V. 16. P. 1552. DOI: 10.3390/ polym16111552.
Amparán-Estrada A.C. Improvement of tensile strength and toughness in aramid/epoxy composites by sequential air plasma and (3-glycidyloxypropyl) trimethoxysilane treatments. Adv. Compos. Mater. 2024. V. 33. N 6. P. 1–14. DOI: 10.1080/09243046.2024.2324491.
Ibatullina A.R., Sergeeva E.A. Application of plasma modification to improve the wettability of aramid fibers. Vest. Kazan Technol. University. 2013. V. 16. N 5. P. 44-47 (in Russian).
Sharafeev R.F., Abdullin I.Sh., Shaekhov M.F. Modification of aramid yarns by high-frequency discharge of low pressure. Vest. Kazan Technol. University. 2013. V. 16. N 17. P. 94-96 (in Russian).
Sergeeva E.A., Ibatullina A.R., Kostina K.D. Application of plasma modification to improve the strength char-acteristics of aramid fiber. Tekhnol. Textile Prom. 2016. V. 1. N 361. P. 90-93 (in Russian).
de Lange P.J., Akker P.G. Adhesion Activation of Twaron Aramid Fibers for Application in Rubber: Plasma Versus Chemical Treatment. J. Adhes. Sci. Technol. 2012. V. 26, N 6. P. 827–839. DOI: 10.1163/016942411X580036.
Lu Z., Hu W., Xie F., Hao Y., Liu G. Argon low-temperature plasma modification of chopped aramid fiber and its effect on paper performance of aramid sheets. J. Appl. Polym. Sci. 2017. V. 134. N 34. P. 45215. DOI: 10.1002/app.45215.
Shakerinasab E., Bavi E.P., Balagna C., Ferraris M. A promising method for promoting interfacial adhesion of aramid/rubber composite using atmospheric pressure plasma surface modification. Polym. Compos. 2024. V. 45. P. 6950–6969. DOI: 10.1002/pc.282406950.
Song J. Effect and mechanism analysis of plasma treatment on electrical and mechanical properties of aramid fiber–epoxy resin interface. IEEE Trans. Plasma Sci. 2023. V. 51. N 12. P. 3655-3666. DOI: 10.1109/TPS.2023.3335136.
Sohbatzadeh F., Shakerinasab E., Mirzanejhad S. Surface modification of aramid yarn by atmospheric pres-sure plasma: Reinforcement and floating properties. Polym. Test. 2023. V. 117. P. 107836. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2022. 107836.
Ibatullina A. Structural and chemical changes of aramid fibers modified by low temperature plasma. J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1588. P. 012020. DOI: 10.1088/1742-6596/1588/1/012020.
Sun Y., Liang Q., Chi H. The application of gas plasma technologies in surface modification of aramid fiber. Fi-bers Polym. 2014. V. 15. P. 1–7. DOI: 10.1007/s12221-014-0001-x.
