低溫等離子體處理芳綸纖維復(fù)合材料
文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-10-25
芳綸纖維又稱芳香族聚酰胺纖維，是一種取向度大、結(jié)晶度高的新型高性能纖維材料，具有耐疲勞性能優(yōu)異、耐高溫性能好、模量高、耐腐蝕、強度大、滯后損失低和收縮率小等特性，以及有機材料易加工和無機材料力學(xué)性能優(yōu)異的特點，常用于制備高性能工程復(fù)合材料。但從其化學(xué)結(jié)構(gòu)中可知，其是一種含有較大數(shù)量的苯環(huán)通過伸直鏈大分子結(jié)構(gòu)組成的，位阻作用大，使結(jié)構(gòu)中的酰胺基團親和力很弱，其他原子或基團發(fā)生作用很難，化學(xué)惰性也比較強，導(dǎo)致其同其它基體材料的粘附性、導(dǎo)熱性、浸潤性、黏結(jié)性、粗糙度等都很差，局限了芳綸纖維廣泛使用。為克服其結(jié)構(gòu)活性低、位阻大一系列難點，可對其進行表面改性處理，充分發(fā)揮芳綸優(yōu)異特性。
表面處理常見方法有物理方法與化學(xué)方法，而反應(yīng)較強烈的化學(xué)方法界面改性，一定程度會損傷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且反應(yīng)過程難控、甚至改性試劑會對環(huán)境造成污染；物理方法一般存在操作誤差大、表面改性反應(yīng)緩慢、效率不高、浪費資源等；由此與其他改性技術(shù)相比，利用低溫等離子體處理成為有效的改性方法，改性反應(yīng)時間短。其主要優(yōu)勢在于等離子體表面改性的區(qū)域和程度具有可控性，作用深度距材料表面約幾個納米到接近100個納米之間，而纖維本體不受影響的同時，纖維表面性能改性效果顯著。
等離子體技術(shù)作用原理見圖1所示，等離子體技術(shù)作用為外加電場給予電子獲得能量后，開始在電場中高速運動，具有較大運動能量后與分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生新粒子的過程。
圖一 等離子體改性芳綸纖維作用原理
其作用機理如圖2所示，一是刻蝕。芳綸纖維界面受等離子體高能轟擊，界面呈現(xiàn)細小孔道，產(chǎn)生毛細效應(yīng)，形成凹凸不平或隆起現(xiàn)象，增加纖維界面比表面積；其二是表面活化。光子、離子和電子直接轟擊芳綸界面，化學(xué)鍵獲得能量表面發(fā)生部分分子鏈斷裂而被打開，界面自由基再與在等離子處理中O2或H2O產(chǎn)生的自由基接觸，誘發(fā)自氧化作用，纖維表面形成極性含氧基團(如–OH)；其三是界面沉積。使其它氣體(Ar，N2，O2等)分子電離產(chǎn)生活性粒子，主要是離子、激發(fā)態(tài)的原子、電子和·N，·O，O2·，·OH自由基等物質(zhì)，產(chǎn)生的活性離子反應(yīng)性強，與界面極性基團發(fā)生作用，界面引入活性種基團，同時發(fā)生植入反應(yīng)，引入增加界面元素含量物質(zhì)。根據(jù)電中性原理，等離子體內(nèi)的正負電荷總數(shù)是相等的，呈現(xiàn)電中性，但在電場的作用下的這些粒子會具有很大的內(nèi)能和動能，具有打破芳綸纖維的化學(xué)鍵能量，促使其產(chǎn)生具有一定形態(tài)極性基團的物質(zhì)，最終實現(xiàn)芳綸與其它工程材料的有效復(fù)合。
圖二 低溫等離子體作用機理
以上資料由國產(chǎn)等離子體處理設(shè)備廠家納恩科技整理編輯。低溫等離子體技術(shù)在處理芳綸纖維具有工藝簡單，操作便捷、能耗低廉等優(yōu)勢。對于等離子體中參與反應(yīng)性氣體(CO，CO2、空氣、N2，O2等)產(chǎn)生的反應(yīng)性活性粒子，與纖維表面的不飽和鍵或自由基直接反應(yīng)，達到芳綸表面化學(xué)結(jié)構(gòu)改變的目的。而等離子體中不參于反應(yīng)性氣體(He，H2，Ar等)的活性粒子不能直接與材料表面的自由基相互作用，用電場中的材料表面被高能粒子轟擊產(chǎn)生活性較高的自由基，與空氣中氧作用，在纖維界面引入含氧基團，或者與自由基反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達到改性目的。
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