本发明专利技术公开了一种等离子改性玻璃纤维的制备装置，包括脉冲电源装置、放电装置以及测量装置，脉冲电源装置包括脉冲电源和与其相连接的电压调节器，放电装置包括高压电极和地电极，在高压电极下表面设置有单边阻挡介质，测量装置包括示波器。解决了现有改性方法制备的改性玻璃纤维耐热性，其后续制备的复合材料不能适应较高温度的使用环境的问题。本发明专利技术还公开了进行等离子改性玻璃纤维制备的方法，步骤1，玻璃纤维的预处理，步骤2，利用等离子改性玻璃纤维的制备装置对进行过预处理的玻璃纤维进行等离子体改性。本发明专利技术还公开了利用制备的等离子改性玻璃纤维制备的复合材料，其中等离子改性玻璃纤维和环氧树脂的质量比为30:100～110。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型复合材料
，涉及一种等离子改性玻璃纤维的制备装置。本专利技术还涉及该等离子改性玻璃纤维的制备方法。本专利技术还涉及利用该方法制备的等离子改性玻璃纤维的应用。
技术介绍
无碱玻璃纤维通常用作环氧树脂的增强材料，复合环氧树脂具有绝缘性能良好、机械强度高等一系列优点，因而在电气领域里有广泛的应用前景。然而由于玻璃纤维自身的结构导致其与环氧树脂基体之间的结合性差，故需要对其进行表面处理，使其更易于与环氧树脂结合，从而提高复合材料的各项性能。目前，对纤维材料的表面改性方式有很多，其中包括：化学改性、偶联剂改性、等离子体改性、辐射改性等。国内外的主要研究基本采用偶联剂改性纤维，使其性能得到一定提高。这是因为偶联剂分子中含有与基体树脂结构相似的基团，从而增强纤维与基体树脂之间的作用力来获得良好的界面性能。但偶联剂的加入会使复合材料中引入一定杂质，反而降低复合材料的力学性能和绝缘性能，同时，偶联剂属于化学试剂，在一定程度上对环境有不良的影响，因此在复合材料领域里的应用受到限制。而等离子体处理材料具有效率高、不产生污染和方便操作等优点，对于复合材料的性能有一定程度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种等离子改性玻璃纤维的制备装置，解决了现有改性方法制备的改性玻璃纤维难以与环氧树脂基体结合从而导致力学性能不好的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种等离子改性玻璃纤维的制备装置，包括脉冲电源装置、放电装置以及测量装置，脉冲电源装置包括脉冲电源和与其相连接的电压调节器，放电装置包括高压电极和地电极，在高压电极下表面设置有单边阻挡介质，测量装置包括示波器。本专利技术的特点还在于，高压电极与地电极相对设置，高压电极与脉冲电源连接，旋转电机与地电极连接。旋转电机与5V直流电源连接，地电极下方设置有碳刷，碳刷一端接地，一端紧贴地电极，起到接地作用。示波器与220V交流电源连接，示波器与脉冲电源通过两根信号线连接，分别用来传输电压信号和电流信号，220V交流电源还与脉冲电源和电压调节器分别连接。脉冲电源装置的型号为CTP2000K；示波器的型号为ADS1102。本专利技术的另一目的是提供利用上述装置进行的等离子改性玻璃纤维的制备方法。本专利技术的另一技术方案是，一种等离子改性玻璃纤维的制备方法，利用了权利要求1等离子改性玻璃纤维的制备装置，具体按照以下步骤实施：步骤1，玻璃纤维的预处理，步骤2，利用等离子改性玻璃纤维的制备装置对步骤1进行过预处理的玻璃纤维进行等离子体改性。本专利技术的特点还在于，步骤1具体为：步骤1.1，将玻璃纤维放入含有丙酮的超声波清洗机中清洗0.5～1h，去除玻璃纤维表面污秽；玻璃纤维的长度为0.15mm～0.2mm，单丝直径为11μm～15μm；步骤1.2，将步骤1.1中清洗后的玻璃纤维放入烘箱中烘干至无水分；烘干温度为120℃～130℃，烘干时间8h～10h。步骤2具体为：步骤2.1，将玻璃纤维放入该制备装置的放电区域中，放电区域是地电极6和单边阻挡介质之间的区域，具体来说，玻璃纤维平铺在地电极6上；步骤2.2，开始处理，进行处理时的参数为：工作环境：空气；工作气压为大气压下；工作温度为25℃；脉冲电源的频率为11kHz～12kHz；外加电压峰值为20kV～22kV；高压电极和地电极电极之间的放电功率为70W～71W；处理时间：30s～540s。本专利技术的第三个目的是提供一种利用该改性后的玻璃纤维制备的环氧树脂复合材料。本专利技术的第三个技术方案是，一种利用等离子改性玻璃纤维制备的复合材料，利用上述等离子改性玻璃纤维的制备方法制备的等离子改性玻璃纤维和环氧树脂进行复合制备，其中等离子改性玻璃纤维和环氧树脂的质量比为30:100～110，等离子改性玻璃纤维采用等离子改性玻璃纤维的制备装置进行制备。本专利技术的特征还在于，复合材料按照以下方法制备：步骤A，对环氧树脂进行预加热处理，加热温度为80℃～100℃，加热时间为5min～10min；步骤B，按照玻璃纤维和环氧树脂的质量比为30:100～110的比例称取玻璃纤维以及经步骤1预加热后的环氧树脂，并将两者混合后放入超声波水浴中进行加热，温度为50～60℃，同时进行搅拌，搅拌速度为1200r/min～1400r/min，搅拌时间20min～30min；步骤C，在步骤B制成的分散均匀的混合液中加入固化剂和促进剂，玻璃纤维的用量与固化剂和促进剂的质量满足如下比例，玻璃纤维：固化剂：促进剂＝30:70～80:1～1.5；步骤D，将步骤C中搅拌均匀的混合液倒入提前预热后且涂有脱模剂的不锈钢模中，抽真空20min～30min，不锈钢模预热时的温度为80～100℃；步骤E，将不锈钢模放入到真空干燥箱中进行固化，按照一定时间梯度固化完全后，即制得等离子改性玻璃纤维与环氧树脂的复合材料。固化时间按照以下时间梯度进行：100℃/1h+110℃/1h+120℃/1h+140℃/2h+150℃/1h。本专利技术的有益效果是，为了解决玻璃纤维表面光滑，难与环氧树脂结合这一问题，针对常压下低温等离子体的放电机理，与材料表面改性相结合，制作一种新型低温等离子体表面处理材料的实验装置。通过常压低温等离子体处理后，玻璃纤维表面出现大量刻蚀坑，引入大量自由基，相邻自由基之间发生键合作用，在纤维表面构成交联层，使表面粗糙程度增大；同时，与空气中的O、N元素相结合，形成新的含氧、含氮官能团，提高纤维表面极性，增加亲水性，使其更易与环氧树脂基体相结合，并且其耐热性能很好，可以制备出耐热性能好的复合材料，扩展其使用范围。附图说明图1是本专利技术的一种等离子改性玻璃纤维的制备装置的结构示意图；图2是未经本专利技术的装置及方法进行改性时的玻璃纤维表面的SEM图；图3是采用本专利技术的装置及方法处理后的玻璃纤维表面的SEM图；图4是未改性和采用本方法改性后的玻璃纤维FTIR对比图；图5是未改性和采用本方法改性后的玻璃纤维XPS对比图；图6是未改性和采用本方法改性后的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸、弯曲性能对比图；图7是未改性和采用本方法改性后的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的冲击性能对比图。图中，1.脉冲电源，2.示波器，3.电压调节器，4.220V交流电源，5.高压电极，6.地电极，7.碳刷，8.旋转电机，9.单边阻挡介质，10.玻璃纤维，11.5V直流电源。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。一种等离子改性玻璃纤维的制备装置，如图1所示，包括脉冲电源装置、放电装置以及测量装置。脉冲电源装置包括脉冲电源1和与其相连接的电压调节器3，其作用是给装置提供脉冲电压，调压器升压阶段观察装置的放电现象，直到均匀放电。其中，脉冲电源装置的型号为CTP2000K；放电装置包括高压电极5和地电极6，高压电极5与地电极6相对设置，旋转电机8与地电极6连接，带动地电极旋转，起到增大处理材料的概率的作用，使材料均匀处理；旋转电机8与5V直流电源11连接，直流电源11负责给旋转电机供电，使其旋转。在高压电极5下表面设置有单边阻挡介质9，高压电极5与脉冲电源1连接，地电极6下方设置有碳刷7，碳刷7一端接地，一端紧贴地电极，起到接地作用。旋转电机8的转速为12r/min～15r/min；单边阻挡介质9为长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，包括脉冲电源装置、放电装置以及测量装置，所述的脉冲电源装置包括脉冲电源(1)和与其相连接的电压调节器(3)，所述的放电装置包括高压电极(5)和地电极(6)，所述的在高压电极(5)下表面设置有单边阻挡介质(9)，所述的测量装置包括示波器(2)。
【技术特征摘要】
1.一种等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，包括脉冲电源装置、放电装置以及测量装置，所述的脉冲电源装置包括脉冲电源(1)和与其相连接的电压调节器(3)，所述的放电装置包括高压电极(5)和地电极(6)，所述的在高压电极(5)下表面设置有单边阻挡介质(9)，所述的测量装置包括示波器(2)。2.根据权利要求1所述的等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，所述的高压电极(5)与地电极(6)相对设置，所述的高压电极(5)与脉冲电源(1)连接，旋转电机(8)与地电极(6)连接。3.根据权利要求1所述的等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，所述的旋转电机(8)与5V直流电源(11)连接，所述的地电极(6)下方设置有碳刷(7)，所述的碳刷(7)一端接地，一端紧贴地电极，起到接地作用。4.根据权利要求1所述的等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，所述的示波器(2)与220V交流电源(4)连接，所述的示波器(2)与脉冲电源(1)通过两根信号线连接，分别用来传输电压信号和电流信号，所述的220V交流电源(4)还与脉冲电源(1)和电压调节器(3)分别连接。5.根据权利要求1所述的等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，所述的脉冲电源装置的型号为CTP2000K；所述的示波器(2)的型号为ADS1102。6.一种等离子改性玻璃纤维的制备方法，利用了权利要求1所述的等离子改性玻璃纤维的制备装置，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，玻璃纤维的预处理，步骤2，利用等离子改性玻璃纤维的制备装置对步骤1进行过预处理的玻璃纤维进行等离子体改性。7.根据权利要求6所述的等离子改性玻璃纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：步骤1.1，将玻璃纤维放入含有丙酮的超声波清洗机中清洗0.5～1h，去除玻璃纤维表面污秽；所述的玻璃纤维的长度为0.15mm～0.2mm，单丝直径为11μm～15μm；步骤1.2，将步骤1.1中清洗后的玻璃纤维放入烘箱中烘干至无水分；烘干温度为120℃～130℃，烘干时间8h～10h。8.根据权利要求6所述的等离子改性玻璃纤维...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨国清，冯媛媛，杨越，王德意，寇长珍，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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