阅读说明：本技术 一种提高钛丝与环氧树脂界面剪切强度的方法 (Method for improving interface shear strength of titanium wire and epoxy resin ) 是由 孙颖 曹洪学 陈利 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用常压等离子处理技术提高钛丝与环氧树脂界面剪切强度的方法,属于钛丝表面处理技术领域。采用常压等离子体射流仪工作气体对钛丝表面进行喷射处理,设计工作气体的扫描速度、气体流量和处理时间的最优方案。通过微脱粘实验测试钛丝环氧树脂的界面剪切强度结果表明：采用本发明的工艺方法制得的钛丝,当等离子体射流仪功率为150W,喷头与试样的处理间距为3～5mm,扫描速度为2mm/s,气体流量为15L/min A-(r) 0.15L/min 0-(2),处理时间为20s时,钛丝与树脂基体的界面剪切强度最好,比未处理试样的界面剪切强度高16％。该工艺方法易操作、效率高、清洁无污染,有利于拓展钛丝在碳纤维树脂基复合材料领域的应用。(The invention relates to a method for improving the interface shear strength of a titanium wire and epoxy resin by utilizing a normal-pressure plasma treatment technology, belonging to the technical field of titanium wire surface treatment. And (3) spraying the working gas of the normal-pressure plasma jet instrument on the surface of the titanium wire, and designing the optimal scheme of the scanning speed, the gas flow and the processing time of the working gas. The result of testing the interfacial shear strength of the titanium wire epoxy resin by a micro-debonding experiment shows that: when the power of the plasma jet instrument is 150W, the processing distance between the spray head and the sample is 3-5 mm, the scanning speed is 2mm/s, and the gas flow is 15L/min A for the titanium wire prepared by the process method r 0.15L/min 0 2 Titanium wire and at a treatment time of 20sThe interfacial shear strength of the resin matrix is preferably 16% higher than that of the untreated sample. The process method is easy to operate, high in efficiency, clean and pollution-free, and is favorable for expanding the application of the titanium wire in the field of carbon fiber resin matrix composite materials.)

一种提高钛丝与环氧树脂界面剪切强度的方法

技术领域

本发明涉及一种利用常压等离子处理技术提高钛丝与环氧树脂界面剪切强度的方法，属于钛丝表面处理技术领域。

背景技术

钛具有比强度高、耐蚀性好、耐热及良好的加工塑性等特点。迄今为止，钛已在航空、航天、核能、舰船、医药卫生和化工等工程领域获得了广泛的应用，并成为重要的战略材料，成为仅次于铁、铝的“第三金属”。当用作复合材料增强材料时，钛丝化学性质活泼、极易在表面形成氧化层和污染，造成表面能降低，使得其与环氧树脂界面的粘结性能差，对复合材料力学性能产生很大的影响。去除钛丝表面的杂质以及弱界面层，对构筑高表面能的粘接表面、提高超混杂复合材料的力学性能具有重要的意义。

传统的黑色金属表面处理技术比较成熟，但有色金属的表面处理技术难度比较大，特别是钛金属。目前常用的将钛金属与树脂相结合的表面处理方法主要有：机械处理(喷砂、机械腐蚀)、化学处理(碱清洗、硝酸腐蚀、过氧化氢腐蚀、活性剂氧化)、电化学处理(铬酸阳极氧化、氢氧化钠阳极氧化)和胶粘剂法等，但上述处理方法存在着反应时间长、工序复杂、环保性较差、力学性能降低以及二次污染等问题。采用本发明的工艺方法易操作、效率高、清洁无污染，有利于拓展钛丝在碳纤维树脂基复合材料领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用常压等离子处理技术来提高钛丝与环氧树脂的界面剪切强度的方法，解决钛丝与环氧树脂界面粘结性能差的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种利用常压等离子处理技术提高钛丝与环氧树脂界面剪切强度的方法，其特征在于：采用常压等离子体射流仪工作气体对钛丝表面进行喷射处理，设置常压等离子体射流仪的功率为150W，调节喷头与试样的处理间距为3～5mm，并设计工作气体的扫描速度为2mm/s，气体流量为15L/min A_r 0.15L/minO_O、15L/min A_r 0.30L/min O₂，处理时间为10s、20s和40s，得到常压等离子体射流仪处理后的钛丝。

实验结果表明，采用本发明的工艺方法制得的钛丝，当等离子体射流仪功率为150W，喷头与试样的处理间距为3～5mm，扫描速度为2mm/s，气体流量为15L/min Ar 0.15L/min O₂，处理时间为20s时，钛丝与环氧树脂基体的界面剪切强度最好，比未处理试样的界面剪切强度高16％。

本发明是一种通过用氩氧混合气体常压等离子处理技术处理钛丝，提高其与环氧树脂的界面性能。该工艺方法易操作、效率高、清洁无污染，有利于拓展钛丝在碳纤维树脂基复合材料领域的应用，前景较好。

以下通过对本发明实施例的

具体实施方式

，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1是常压等离子体射流仪装置示意图。

图中，1.射频输入装置，2.A_r/O₂气体输入装置，3.喷头，4.载物台，5.传送装置，6.等离子体，7.中心电极。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1。

本发明提供了一种提高钛丝与环氧树脂界面剪切强度的方法，其特征在于，步骤为：将钛丝试样置于常压等离子体射流仪载物台4上，采用常压等离子体射流仪工作气体对钛丝表面进行喷射处理，设置常压等离子体射流仪的功率为150W，调节喷头3与试样的处理间距为3～5mm，并通过传送装置5设计工作气体的扫描速度为2mm/s，气体流量为15L/minA_r 0.15L/min O₂，处理时间为10s，得到常压等离子体射流仪处理后的钛丝。

本实施例测试与评价时，应用微脱粘实验来衡量改性处理效果。微脱粘实验是测量复合材料界面剪切强度的一种微观试验方法，它可以准确地测量出脱粘瞬间力的大小。用细针沾取少许环氧树脂体系溶液，将其涂抹在常压等离子体射流仪处理的钛丝上，使树脂微滴均匀分布在钛丝上，并且使树脂微滴尺寸适宜(约400～500μm)，因表面张力的作用，液滴自动形成椭球状纺锤体，常温固化6小时。使用Instron 3343拉伸试验机将树脂微滴按照0.1mm/s的速度从钛丝上拉脱，从而可以测得使树脂和钛丝界面剪切破坏的剪切力的大小，根据钛丝和树脂界面面积可计算出界面的剪切破坏强度。计算得到钛丝与环氧树脂的平均界面剪切强度(IFSS)为12.68Mpa，比对比例1中未处理试样的平均界面剪切强度高10％。

本实施例选用型号为TA2，直径为0.05mm，有效处理长度为20mm的纯钛丝。

本实施例的环氧树脂体系溶液是由环氧树脂JL-155与特种固化剂JH-196按照质量比为100∶33的比例混合，搅拌均匀制得。

实施例2。

将实施例1中的处理时间为20s。其他条件和步骤与实施例1完全相同，采用与实施例1相同的方法，计算得到钛丝与环氧树脂的平均界面剪切强度(IFSS)为13.29Mpa，比对比例1中未处理试样的平均界面剪切强度高16％。

实施例3。

将实施例1中的气体流量为15L/min A_r 0.3L/min O₂，处理时间为40s。其他条件和步骤与实施例1完全相同，采用与实施例1相同的方法，计算得到钛丝与环氧树脂的平均界面剪切强度(IFSS)为12.52Mpa，比对比例1中未处理试样的平均界面剪切强度高9％。

对比例1。

将未进行常压等离子处理技术的钛丝进行微脱粘实验，其他条件和步骤与实施例1完全相同，采用与实施例1相同的方法，检测得到钛丝与环氧树脂的平均界面剪切强度(IFSS)为11.49Mpa。

以上结果表明采用实施例1-3所得的钛丝与环氧树脂的平均界面剪切强度均优于对比例1，也就是说，采用本发明的技术方法提高了钛丝与环氧树脂的界面剪切强度。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。