低溫等離子體處理芳綸纖維復合材料

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性能優(yōu)異的特點，常用于制備高性能工程復合材料。但從其化學結構中可知，其是一種含有較大數(shù)量的苯環(huán)通過伸直鏈大分子結構組成的，位阻作用大，使結構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，化學惰性也比較強，導致其同其它基體材料的粘附性、導熱性、浸潤性、黏結性、粗糙度等都很差，局限了芳綸纖維廣泛使用。為克服其結構活性低、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方法，而反應較強烈的化學方法界面改性，一定程度會損傷其內部結構，且反應過程難控、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、表面改性反應緩慢、效率不高、浪費資源等；由此與其他改性技術相比，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。

低溫等離子體改性作用及機理

等離子體技術作用原理見圖1所示，等離子體技術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，產生毛細效應，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，產生的活性離子反應性強，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，引入增加界面元素含量物質。根據(jù)電中性原理，等離子體內的正負電荷總數(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能和動能，具有打破芳綸纖維的化學鍵能量，促使其產生具有一定形態(tài)極性基團的物質，最終實現(xiàn)芳綸與其它工程材料的有效復合。

圖二低溫等離子體作用機理

以上資料由國產等離子體處理設備廠家納恩科技整理編輯。低溫等離子體技術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性氣體(CO，CO2、空氣、N2，O2等)產生的反應性活性粒子，與纖維表面的不飽和鍵或自由基直接反應，達到芳綸表面化學結構改變的目的。而等離子體中不參于反應性氣體(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，或者與自由基反應形成交聯(lián)網狀結構，達到改性目的。