低溫等離子體刻蝕和接枝對芳綸纖維/環氧復合材料力學性能的影響

陳 鑠， 杜怡君， 全曉曦， 聞一鳴， 鄧 禹

（中國電力科學研究院有限公司，北京 100192）

0 引 言

隨著我國海上風電產業規模不斷擴大，具有大容量與高電壓等級的電力設備對電工絕緣材料性能的要求越來越高。芳綸纖維（AF）具有比強度高、比模量大以及耐熱性、阻燃性、電氣絕緣性能優異等優點[1-4]，使其在電氣絕緣領域的應用前景引起了研究人員的普遍重視，被廣泛應用于變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）以及發電機等電力設備中[5]。芳綸纖維因優良的阻燃性和耐熱性使其成為變壓器中用于層間絕緣、相間絕緣的理想材料[6]；特高壓交直流輸電線路上的GIS已采用芳綸纖維絕緣拉桿代替傳統的玻璃纖維絕緣拉桿[7-9]，以滿足絕緣拉桿的力學性能、電氣絕緣性能以及耐疲勞性能要求[10]，維持GIS 的使用可靠性與運行穩定性[11]；曾素瓊等[12]將高速發電機中的玻璃纖維轉子護環替換為芳綸纖維增強環氧樹脂復合材料，解決了玻璃纖維無緯帶、拉伸強度不足的問題，滿足了高速發電機對轉子護環的強度要求。

芳綸纖維和樹脂基體之間的界面結合強度是直接保證復合材料電氣絕緣性能與力學性能的關鍵。然而，芳綸纖維表面光滑、結晶度高，缺少可以與樹脂基體結合的極性基團，導致在復合材料制品的生產過程中，樹脂不能很好地浸潤芳綸纖維，使復合材料界面產生缺陷，進而降低制品的電氣絕緣性能與力學性能。為解決芳綸纖維表面反應活性低、與樹脂基體相容性差等問題，需要對其表面進行改性處理[13]。國內外已對芳綸纖維的表面改性進行了大量的研究工作，大致可以概括為化學改性[14]、物理改性[15]、表面涂覆改性[16]以及表面納米結構構建[17]等方法。其中，屬于物理改性方法中的低溫等離子體技術具有工藝簡單、處理效果好、對纖維無損傷等優勢，目前已被廣泛用于芳綸纖維的表面改性[18]。JIA C X 等[19]在常壓下使用空氣等離子體對Twaron 纖維表面進行改性，提高了纖維表面的粗糙度和含氧極性基團含量，使Twaron/聚醚砜酮復合材料的層間剪切強度增加了35.2%。WANG C X 等[20]通過等離子體誘導氣態丙烯酸（AA）接枝到芳綸纖維的表面，有效改善了芳綸纖維表面的潤濕性和與樹脂基體的界面粘附性。此外在氬氣氣氛下，當等離子體放電功率和處理時間分別為100 W 和5 min時，芳綸纖維與環氧樹脂的界面剪切強度（IFSS）相較未處理時提高了74%。

在現有的研究工作中，對芳綸纖維表面改性效果的考察主要側重于微觀界面性能的表征。界面力學性能的微觀評價方式為測試芳綸纖維單絲與樹脂基體的界面剪切強度（IFSS），常用的方法有微滴脫粘法、纖維拔出法、纖維頂出法與單纖維斷裂法[21]。然而，由于界面剪應力沿纖維單絲方向上的分布不均勻[22]，且纖維束中不同單絲表面改性效果不一致，測試結果不能直觀反映復合材料整體的界面性能，難以切合實際工程情況。海軍軍械實驗室環（NOL 環）測試是一種常用的纖維纏繞增強復合材料制品的宏觀力學性能評價方法，被用于質量控制、工藝規范以及復合材料的比較測試。與其他的表征方法相比，NOL 環測試接近于復合材料的實際使用情況，具有工程應用價值。但在目前的芳綸纖維表面改性研究中，使用NOL環對復合材料的性能進行評價并不多見[23-25]。

本文采用低溫等離子體處理與接枝2,4-甲苯二異氰酸酯（TDI）聯合的手段對芳綸纖維表面進行改性，以提高芳綸纖維與環氧樹脂的界面結合能力。使用掃描電子顯微鏡（SEM）、X 射線光電子能譜（XPS）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）對改性前后芳綸纖維的表面形貌與表面化學成分進行分析；對芳綸纖維的拉伸強度與界面剪切強度（IFSS）進行考察，表征不同改性方法對纖維本體力學性能以及與環氧樹脂界面結合能力的影響；制備芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL 環并考察不同改性條件對復合材料纖維體積分數以及拉伸破壞載荷的影響，計算拉伸強度修正系數K值以表征不同改性條件對復合材料中芳綸纖維強度的影響。本文將微觀與宏觀的力學性能表征方法相結合，討論不同改性方法對芳綸纖維/環氧樹脂復合材料的界面結合性能與拉伸性能的影響機制，為芳綸纖維表面改性方法的工程應用提供經驗與思路。

1 實 驗

1.1 主要原材料

環氧樹脂（環氧當量為180～190 g/eq），南亞電子材料（昆山）有限公司環氧樹脂廠；雙氰胺固化劑、脲類促進劑，德國阿茲肯Alzchem 公司；Kevlar 49 1580dtex 型芳綸纖維，美國DuPont 公司；2,4-甲苯二異氰酸酯（TDI），薩恩化學技術（上海）有限公司；乙醇，上海凜恩科技發展有限公司。

1.2 芳綸纖維的表面改性

1.2.1 芳綸纖維的低溫等離子體表面改性

將芳綸纖維以恒定的速度從低溫等離子體發生器一側通過放電腔體，經電極放電產生的等離子體處理后，在另一側重新收卷。本實驗設置了30 s和100 s 的等離子體處理時間以及73 W 和90 W 的等離子體放電功率，等離子處理過程如圖1(a)所示。

圖1 芳綸纖維表面改性處理過程Fig.1 Surface modification process of aramid fiber

1.2.2 芳綸纖維的TDI接枝改性

對芳綸纖維進行TDI 接枝改性，處理過程如圖1(b)所示。將未處理以及部分等離子體處理后的芳綸纖維緩慢通過盛有TDI 溶液的液體槽，使芳綸纖維表面浸漬TDI。在130℃的烘箱中對浸漬后的芳綸纖維進行20 min 的熱處理，使TDI 接枝到芳綸纖維表面，熱處理完畢后將纖維收卷備用。本實驗設置TDI 溶液濃度分別為1%和5%。處理后的芳綸纖維樣品編號如表1 所示，其中放電功率為0 即為未經等離子體處理。

1.3 芳綸纖維/環氧樹脂復合材料的制備

1.3.1 芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL環的制備

將芳綸纖維與配制好的環氧樹脂膠液（環氧樹脂、雙氰胺固化劑、脲類促進劑的質量比為74∶5∶1）經復合材料纏繞機制備芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL 環，設置纏繞層數為40 層，纏繞張力為10 N（每個NOL環中芳綸纖維用量和纏繞制樣工藝參數一致）。纏繞完成后，將制件放入烘箱中，按照90℃/30 min+110℃/1.5 h+130℃/30 min 的固化程序進行固化。固化完成自然冷卻后取出制件，得到芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL 環，如圖2 所示。NOL環直徑為150 mm，寬度為6 mm。在NOL 環制備過程中，沒有對其樹脂含量進行統一控制（最終NOL環制品的厚度為1.8～2.6 mm），NOL 環制品的厚度與芳綸纖維在浸膠過程中攜帶的樹脂含量有關。用電子天平稱量NOL 環以及纏繞40 層所需的芳綸纖維質量，根據纖維與樹脂的密度計算纖維體積分數。

圖2 NOL環試樣照片Fig.2 Photographs of NOL ring samples

1.3.2 芳綸纖維/環氧樹脂微滴脫粘試樣的制備

將芳綸纖維單絲固定在特制的鐵框上，用細針將環氧樹脂膠液涂抹到纖維單絲上，以形成微小的樹脂液滴。將樣品放入烘箱中，按照上述固化程序進行固化，待自然冷卻后取出得到芳綸纖維單絲/環氧樹脂微滴脫粘試樣。

1.4 芳綸纖維及其環氧樹脂復合材料的測試方法

1.4.1 微觀形貌測試

使用ZEISS Gemini 300型掃描電子顯微鏡對噴金后的芳綸纖維表面進行觀察。

1.4.2 表面化學成分測試

使用Nicolet 6700 型傅里葉變換紅外光譜儀的衰減全反射（ATR）附件對芳綸纖維表面的特征基團進行分析，波數范圍為500～2 500 cm-1，掃描次數為32次。

使用Thermo Escalab 250 型X 射線光電子能譜儀對芳綸纖維表面的元素含量進行測定，全光譜、C1s 光譜由單色的Al Kα X 射線（1486.6eV）測量。所有光譜都根據284.80 eV的C-C結合能進行校準。

1.4.3 單纖維拉伸測試

使用XQ-1 型單纖維強力測試儀（上海新纖儀器公司）對芳綸纖維單絲斷裂強度進行測試。設置夾持距離為20 mm，拉伸速度為10 mm/min，預加0.2 cN 的張力，記錄拉伸過程中纖維單絲承受的最大載荷，每組樣品取20個有效數據。

1.4.4 微滴脫粘測試

使用YG-163 型電子微球脫粘測試儀（溫州際高檢測儀有限公司）對芳綸纖維/環氧樹脂微滴脫粘試樣進行界面剪切測試，如圖3 所示。在界面剪切測試中，用狹縫卡住完全固化后的樹脂液滴。上夾具以1 mm/min的速度向上運動，直至纖維單絲從樹脂微滴中滑脫，記錄此過程中最大的力值，即為纖維與樹脂之間的滑脫力。利用式（1）計算出界面剪切強度。

圖3 微滴脫粘測試示意圖Fig.3 Schematic diagram of micro-bond test

式（1）中：τ為界面剪切強度，單位為MPa；F為纖維和樹脂間的滑脫力，單位為N；d為纖維的直徑，單位為mm；l為通過顯微鏡測得的纖維在樹脂中的包埋長度，單位為mm。

1.4.5 NOL環拉伸測試

使用TCS-2000 型萬能材料試驗機（臺灣GOTECH 檢測儀器公司）對NOL 環的拉伸破壞載荷進行測試。將NOL環放入NOL環拉伸盤中，以3 mm/min 的速度在拉力機上拉伸至斷裂，記錄此過程中NOL環承受的最大拉伸破壞載荷。

2 結果與分析

2.1 芳綸纖維性能

2.1.1 芳綸纖維的表面形貌

圖4 為不同處理條件下芳綸纖維表面的SEM圖像。從圖4(a)可以看出，未經處理的芳綸纖維表面平整光滑，不利于芳綸纖維與環氧樹脂界面上的機械互鎖作用，使得復合材料的界面結合強度較低。等離子體處理和接枝TDI均能使芳綸纖維表面粗糙化，如圖4(b)～(e)所示。等離子體中大量的高能粒子會刻蝕纖維的表面，形成粗糙結構，這些粗糙結構會增強芳綸纖維與樹脂基體的機械互鎖作用。從圖4(b)、(d)可以看出，在接枝1%TDI后，芳綸纖維表面包覆了一層物質，提高了纖維表面的粗糙程度。當使用5%的TDI 對芳綸纖維表面進行接枝處理后，纖維的表面包覆了大量的沉積物，表面粗糙程度與1%TDI 處理后相比顯著提高，如圖4(e)所示。同時觀察到處理后的纖維束變硬，且纖維單絲之間出現相互粘連的現象，說明用于表面接枝的TDI 濃度不能過高，過高的濃度會使纖維單絲粘連在一起，破壞了纖維束的形態，可能不利于浸膠過程中樹脂對纖維的浸潤作用，影響復合材料成品的性能。

圖4 芳綸纖維SEM圖像Fig.4 SEM images of aramid fiber

2.1.2 芳綸纖維的表面化學成分

圖5 是芳綸纖維的紅外光譜圖，其中1 640 cm-1附近為酰胺基上C=O的伸縮振動峰，1 540 cm-1處為N-H 的彎曲振動峰，1 318 cm-1為C-N 的伸縮振動峰，這些都是芳綸纖維分子的特征峰。從圖5 可以看出，與未經處理的芳綸纖維（AF-0(0)）相比，經過等離子體處理的芳綸纖維樣品（AF-90(0)）在1 745 cm-1處出現了一個新的O-C=O 特征峰。表明芳綸纖維表面在等離子體處理的作用下產生了新的含氧極性基團，這有助于改善樹脂基體對芳綸纖維的浸潤性，增強復合材料的界面結合強度。

圖5 芳綸纖維的FTIR譜圖Fig.5 FTIR spectra of aramid fiber

圖6(a)是芳綸纖維的XPS 譜圖，圖6(b)～(c)是芳綸纖維表面C、O、N 的相對元素含量，O/C 表示O元素與C 元素的含量之比，以此類推。從圖6 可知，芳綸纖維在經過等離子體處理后，纖維表面的O/C與N/C 有所提高，分別從0.26 與0.03 提升至0.30 與0.08。這是因為在空氣氣氛中，纖維表面在等離子體的作用下產生了O-C=O 與-NH2等極性基團[26-27]。當纖維表面接枝TDI后，N/C 明顯提升，從0.08 提升至0.15。

圖7 和表2 分別為芳綸纖維的C1s 分峰圖以及表面官能團含量，其中經過TDI 接枝后的芳綸纖維在二氯甲烷中進行12 h 的超聲清洗，以避免表面接枝產生的沉積物對測試結果造成影響。由表2 可知，芳綸纖維在經過等離子體處理后，纖維表面O-C=O 的含量由2.69%升高到5.21%，說明在等離子體的作用下芳綸纖維表面的含氧極性基團含量增加，這有利于提高芳綸纖維表面極性，改善樹脂對芳綸纖維的浸潤情況。經過TDI 溶液處理后，纖維表面新產生了N2C=O 基團，說明TDI 通過取代酰胺鍵上的氫原子與芳綸纖維發生了接枝反應。

表2 芳綸纖維表面官能團含量Tab.2 Surface functional groups content of aramid fiber

圖7 芳綸纖維C1s分峰圖Fig.7 XPS spectra of C1s peaks of aramid fiber

2.1.3 芳綸纖維的力學性能

合適的表面處理方法不應對芳綸纖維的強度造成較大損傷，因此有必要考察表面處理前后芳綸纖維拉伸強度的變化。圖8為芳綸單絲的拉伸強度測試結果。由圖8可知，先經過等離子體處理、再接枝TDI的芳綸纖維拉伸強度最低（2 609 MPa），與未處理時的拉伸強度（2 827 MPa）相比降低了約8%，可以認為在表面改性后，芳綸纖維本體的力學性能并沒有受到明顯的破壞。

圖8 芳綸纖維單絲的拉伸強度Fig.8 Tensile strength of the aramid fiber monofilaments

2.2 芳綸纖維/環氧樹脂復合材料的性能

2.2.1 芳綸纖維/環氧樹脂復合材料的界面性能

不同改性條件下芳綸纖維/環氧樹脂界面剪切強度的測試結果如圖9 所示。由圖9 可知，與未經處理的芳綸纖維相比，等離子體處理與接枝TDI 均能提高芳綸纖維/環氧樹脂的界面剪切強度。經過等離子體處理后，芳綸纖維界面剪切強度由31.7 MPa 提高至34.0 MPa。經過表面接枝TDI 后，芳綸纖維界面剪切強度提高至38.0 MPa。對芳綸纖維先經過等離子體處理再接枝TDI，芳綸纖維/環氧樹脂的界面剪切強度提高至36.4 MPa。

圖9 不同改性條件下芳綸纖維/環氧樹脂的界面剪切強度Fig.9 IFSS of the aramid fiber/epoxy micro-bond samples with different modification conditions

2.2.2 芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL 環的纖維體積分數

實驗過程中觀察到表面改性處理會影響芳綸纖維束的形態，等離子體處理使纖維束分散，而接枝TDI會提高纖維的集束性，如圖10 所示。由于不同表面改性條件下芳綸纖維束的集束性不同，在浸膠過程中纖維束攜帶的樹脂含量不一致，導致NOL環制品的纖維體積分數存在差異。下面分別對等離子體放電功率、等離子體處理時間以及TDI 濃度進行調控，考察在纖維用量一致的前提下，不同改性條件對NOL環纖維體積分數的影響。

圖10 不同改性條件下的芳綸纖維顯微鏡照片Fig.10 Microscope images of the aramid fiber with different modification conditions

圖11 為不同改性條件對芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL 環纖維體積分數的影響。從圖11(a)可以看出，芳綸纖維未經處理時，NOL 環的纖維體積分數為50.3%；當等離子體放電功率為73 W與90 W時，NOL 環的纖維體積分數分別降至47.2%與44.9%。由此可得，隨著等離子體放電功率的提高，NOL 環的纖維體積分數有所下降，并且功率越高，NOL環的纖維體積分數越低。圖11(b)為90 W 放電功率、不同等離子體處理時間下芳綸纖維/環氧樹脂NOL 環的纖維體積分數，可以看出經30 s 和100 s等離子體處理的芳綸纖維所制備的NOL 環纖維體積分數分別為44.9%與44.1%，二者并無明顯差別。因此可知NOL 環的纖維體積分數隨等離子體處理時間的延長變化較小。圖11(c)為不同濃度的TDI對NOL環纖維體積分數的影響，可以看出芳綸纖維接枝TDI 后，NOL 環的纖維體積分數有較大提升。這是因為TDI 處理后的芳綸纖維表面有沉積物，導致纖維束中的部分單絲粘連，使得在浸膠過程中纖維攜帶的樹脂減少，NOL 環的纖維體積分數增加。但芳綸纖維在經過濃度分別為1%與5%的TDI 處理后，NOL環的纖維體積分數變化并不明顯。

圖11 不同改性條件對NOL環纖維體積分數的影響Fig.11 Effect of different modification conditions on the fiber volume content of NOL rings

2.2.3 芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL 環的力學性能

圖12 為不同改性條件對芳綸纖維/環氧樹脂NOL環拉伸破壞載荷的影響。從圖12(a)可以看出，當芳綸纖維經過不同等離子體處理后，NOL 環拉伸破壞載荷有所降低，其中未接枝TDI的NOL 環拉伸破壞載荷從23.6 kN 下降至22.8 kN 與21.7 kN，等離子體功率越高，NOL 環拉伸破壞載荷下降越明顯。從圖12(b)可以看出，NOL 環拉伸破壞載荷隨等離子體處理時間的延長出現一定程度的下降。圖12(c)為不同濃度的TDI 對NOL 環拉伸破壞載荷的影響，可以看出，當TDI 的質量分數由1%提高至5%時，NOL環所能承受的最大拉伸載荷有所降低。

圖12 改性條件對NOL環拉伸破壞載荷的影響Fig.12 Effect of different modification conditions on the tensile fracture force of NOL rings

圖13 為NOL 環拉伸試驗過程中出現的纖維整齊斷裂和纖維脫層斷裂兩種拉伸破壞模式。其中，圖13(a)為AF-90(0)試樣，纖維體積分數為44.9%，圖13(b)為AF-90(1)試樣，纖維體積分數為55.1%。從圖13 可以看出，當纖維體積分數較低時，NOL 環脆性斷裂特征明顯，拉伸破壞載荷較低，端口較為整齊；當纖維體積分數較高時，裂紋沿復合材料中的界面進行傳播，使NOL 環發生累積損傷形式的破壞，在破壞過程中吸收了較多的能量，纖維強度得到較好的發揮。

3 討 論

結合芳綸纖維表面化學成分的分析以及其他研究者的工作[26-27]可知，等離子體對芳綸纖維表面進行刻蝕，提高了纖維表面的粗糙程度，增強了纖維與樹脂界面上的機械互鎖作用；等離子體處理還使纖維表面的部分共價鍵發生斷裂，產生活性位點，在空氣中的氧氣作用下生成O-C=O等含氧極性基團，提高了纖維表面的極性，改善了樹脂對纖維表面的浸潤性。N2C=O 結構的出現說明了TDI 分子接枝到芳綸纖維表面，隨后TDI 中的-NCO 在空氣中微量水的作用下轉化為-NH2。環氧樹脂中的環氧基團與纖維表面的-NH2反應，增強了纖維與環氧樹脂界面上的化學鍵合作用，從而提高界面剪切強度[28-30]，如圖14所示。

圖14 芳綸纖維表面接枝TDI改性示意圖Fig.14 Schematic diagram of the AF surface modification by TDI grafting

本實驗所用環氧樹脂固化物的拉伸強度為66 MPa，斷裂伸長率為5.0%，其斷裂伸長率高于芳綸纖維（2.3%）。由復合材料縱向拉伸強度的混合定律可知，對于脆性纖維增強塑性樹脂基體，復合材料的理論拉伸強度為式（2）、式（3）中較大的一個[31]。

式（2）～（3）中：σc0為復合材料拉伸強度的理論值（MPa）；σf為纖維的拉伸強度（MPa）；σm為基體的拉伸強度（MPa）；Vf為復合材料的纖維體積分數（%）；εf與εm分別為纖維與樹脂的斷裂伸長率（%）。在實際情況下，纖維在復合材料中的排布整齊度、纖維與樹脂的界面結合能力以及樹脂對纖維的浸潤情況等因素都會使復合材料拉伸強度的測量值與理論值產生偏差。將理論拉伸強度乘以修正系數K才能較為準確地反映復合材料的實際拉伸強度，如式（4）所示。

式（4）中：σc為復合材料的實際拉伸強度（MPa）；K為修正系數，與纖維排布整齊度、纖維與樹脂的界面結合強度等因素有關。K值反映了復合材料中纖維拉伸性能的轉化能力，K值越大，復合材料內部纖維增強體的力學性能越能得到充分的發揮。

表3 為不同改性條件下芳綸纖維/環氧樹脂復合材料NOL環拉伸破壞載荷的測量值、理論計算值以及修正系數K。

表3 NOL環拉伸破壞載荷與修正系數K值Tab.3 Tensile force and the correction coefficient K value of the NOL rings

從表3 可以看出，芳綸纖維在經過等離子體處理后，NOL 環拉伸強度的修正系數K由62.8%減小到59.1%。這是因為等離子體處理后的芳綸纖維集束性較差，制得的NOL 環纖維體積分數偏低，并且集束性差的芳綸纖維在NOL 環中的排布方向存在一定的分散性，不利于提升NOL環的拉伸強度。經過等離子體處理的芳綸纖維再接枝TDI 后，NOL 環拉伸破壞載荷由23.6 kN 升高到25.1 kN，修正系數K由62.8%升高到72.1%。這是由于經過TDI 接枝后的芳綸纖維集束性得到增強，纖維在NOL環中的排布整齊度較好，并且芳綸纖維與環氧樹脂的界面結合能力得到改善，因此NOL環的拉伸強度修正系數K有所提高。當芳綸纖維的排布較為整齊時，拉伸載荷由基體通過界面傳遞到芳綸纖維上，NOL 環受力方向與纖維單絲的排布方向基本一致，因此NOL 環可以承受較大的拉伸載荷，如圖15(a)所示；當纖維的排布方向具有一定的分散性時，NOL 環周向上的拉伸載荷會在纖維方向和垂直于纖維的方向上產生分量，垂直于纖維方向上的載荷分量由芳綸纖維與環氧樹脂間較為薄弱的界面承擔，因此NOL 環在承受較小的拉伸載荷就會發生破壞，如圖15(b)所示。由此可見，不同的芳綸纖維表面改性方法會通過影響復合材料中的纖維體積分數以及纖維排布的整齊度來改變NOL 環拉伸強度的修正系數K，進而影響復合材料的拉伸強度。

圖15 NOL環受力分析示意圖Fig.15 Schematic diagram of force analysis for NOL rings

4 結 論

（1）等離子體處理和接枝TDI 可以提升芳綸纖維/環氧樹脂的界面剪切強度。其中等離子體通過提高纖維表面粗糙程度與含氧極性基團含量來增強纖維與樹脂的界面結合能力，在等離子體放電功率為90 W、處理時間為30 s 時，界面剪切強度由31.7 MPa提高到34.0 MPa。通過TDI接枝改性在纖維表面引入-NH2，進而增強芳綸纖維與環氧樹脂界面上的化學鍵合作用，當芳綸纖維經過1%的TDI溶液處理后，芳綸纖維/環氧樹脂的界面剪切強度由31.7 MPa 提高到38.0 MPa。當芳綸纖維表面先經過90 W 等離子體處理30 s，再接枝1%的TDI后，芳綸纖維/環氧樹脂的界面剪切強度由31.7 MPa 提高到36.4 MPa。

（2）不同的改性條件會影響NOL環理論拉伸強度的修正系數K。等離子體處理使芳綸纖維在復合材料中的排列整齊度變差，K值減小，NOL 環的拉伸強度下降。接枝TDI改善了芳綸纖維的集束性以及與樹脂的界面結合作用，使K值增加，提高了NOL 環的拉伸強度。對90 W 放電功率下等離子體處理30 s 的芳綸纖維使用1%的TDI 溶液進行接枝后，NOL 環拉伸破壞載荷由23.6 kN 提高至25.1 kN。