空气等离子体炬改性连续玻纤束的工艺研究

玻璃纤维表面光滑且呈化学惰性,聚丙烯缺少极性官能团,导致玻璃纤维与聚丙烯之间的界面润湿性能较差。为了提升玻璃纤维增强聚丙烯(GFRP)复合材料的界面结合性能,设计并搭建了空气等离子体炬处理装置,通过该装置在连续玻璃纤维束表面沉积SiO纳米颗粒,并测定了改性玻璃纤维的润湿性能和GFRP复合材料的界面剪切强度;采用响应曲面法(RSM)分析了喷嘴与纤维间的距离、载气流量、处理时间对玻璃纤维润湿性能的影响,并对这些工艺参数进行了优化。结果表明:当处理距离为20 mm、载气流量为1.5 L/min、处理时间为6 s时,与对照组相比,改性后的玻璃纤维与聚丙烯的接触角降低了49.8%,GFRP复合材料的界面剪切强度提高了94.7%;载气流量对玻璃纤维润湿性能的影响程度最大,处理时间次之,处理距离的影响最小。优化后的工艺参数为:喷嘴与纤维间的距离为18 mm,载气流量为1.7 L/min,处理时间为7 s。在此工艺条件下制备了空气等离子体炬改性的玻璃纤维,实测的接触角(24.6°)与预测值(25.0°)之间的偏差仅为1.6%。

直流电弧空气等离子体炬阴极材料的烧蚀研究

空气等离子发生器中阴极材料的烧蚀行为直接影响阴极寿命,阴极材料和工作环境不同是影响阴极烧蚀的重要因素。通过直流电弧空气等离子体炬切割实验,研究了两种切割电极用阴极材料(Hf和Ag)烧蚀行为,采用扫描电镜(SEM)深入分析了阴极烧蚀机制。发现在同等条件下,Hf阴极的烧蚀量和烧蚀率远低于Ag阴极,Hf阴极的抗烧蚀性能较好。随着工作时间间隔的延长,Hf阴极和Ag阴极的烧蚀率都会降低,并且在连续工作时间大于60 s后,两种阴极材料的阴极烧蚀率都逐渐趋于一定值。分析表明,阴极烧蚀量的大小主要取决于阴极液化区域的大小以及液体或气体溅射量的大小,在工作环境下,阴极的导热性和电子逸出功对阴极的烧蚀量都有着至关重要的影响。在影响阴极烧蚀性能诸因素中,阴极材料的电子逸出功占据主导地位,为主要因素;阴极材料的导热性和熔点占据次等地位,为次要因素。

大气压条件下高焓空气等离子体流场特性及应用

评估和鉴定高超声速飞行器防热材料使用性能,需要在能够模拟飞行气动热环境的高焓设备中进行大量地面试验。详细介绍了一种能够运行在大气压条件下的电感耦合等离子体设备,该设备能够产生多种气体(空气、氮气、二氧化碳、氩气)的等离子体射流,运行功率范围为27~85.5kW,最大运行效率可达77.9%。通过对30mm的亚声速喷管出口8mm处空气等离子体流场参数高精度重构和发射光谱测试研究,获得了气体温度和光谱发射强度沿径向的分布,等离子体的焓值范围为8.54~22.2 MJ/kg,驻点热流最高可达721 W/cm2。选定2个试验状态对典型防热材料C/SiC进行烧蚀氧化考核试验,并通过与国内外同类设备比较,表明该大气压感应耦合等离子体设备达到国际先进水平,完全具备开展高超声速飞行器防热材料性能改进地面模拟试验的能力。