低溫等離子體表面處理提高UHMWPE纖維粘附性能

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：2022-04-18

UHMWPE纖維是當今世界上第三代特種纖維，比強度如荷蘭DSMDyneemaSK76高達37cN/dtex，是目前比強度最高的合成纖維之一，其密度低、比模量高，又具有較好的耐磨損、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、耐低溫、耐光等優(yōu)良性能。它可直接制成繩、纜、漁網和各種織物制品，如防彈衣、防切割手套等，其中防彈衣的防彈效果優(yōu)于芳綸。國際上已將UHMWPE纖維編織成不同纖度的繩索，取代傳統的鋼纜和普通合成纖維繩等。但因該纖維的高取向度、高結晶度以及非極性和高惰性，使它與樹脂基體的表面結合力較差，難以與樹脂基體產生化學交聯，在制備復合材料前需要對纖維進行表面處理。

等離子體（Plasma）是物質在高溫或特定條件下的一種物質狀態(tài)，是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外，物質的第四態(tài)。等離子體的明確定義為：“等離子體是由大量正負帶電粒子和中性粒子組成的，并表現出集體行為的一種準中性氣體”。簡而言之，等離子體就是指電離氣體，它是電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。

低溫等離子體與UHMWPE纖維表面改性

UHMWPE纖維表面改性處理方法主要有鉻酸處理、表面接枝、真空等離子體處理、液相氧化、酶催化、電子束輻射接枝等方法，不同的處理方法均可以改善其復合材料的界面性能，但也各有其局限性，表面接枝和真空等離子體處理難以連續(xù)化生產，液相氧化使纖維強度下降太多，鉻酸處理時因鉻酸用量太大，滿足不了環(huán)保的要求，難于實現工業(yè)化生產。

低溫等離子體表面改性的特點

與UHMWPE纖維表面改性的其它方法相比，低溫等離子體改性是一種干式工藝，省去了濕法化學處理工藝中所不可缺少的烘干、廢水處理等工序。低溫等離子體改性與材料表面的作用形式多，工藝的適用范圍廣，便于連續(xù)性自動化生產。低溫等離子體改性具有以下特點：①屬干式工藝，無需進行廢液和廢氣的處理，節(jié)省能源、污染小、降低成本、滿足節(jié)能和環(huán)保的需要。②作用時間短（幾秒到幾分鐘），效率高。③對所處理的材料無嚴格要求，具有普適性。④反應溫度低；改性只發(fā)生在表面層（幾個到幾百個納米），因而不影響基體固有性能。⑤工藝簡單，操作較方便。

UHMWPE纖維的表面改性需要通過斷開或激活纖維表面的舊化學鍵并形成新的化學鍵才能實現，這就首先需要低溫等離子體中的各類粒子能夠具有足夠的能量以斷開纖維表面的舊化學鍵。低溫等離子體作為一種非熱平衡等離子體，其電子、亞穩(wěn)態(tài)粒子、離子和光子的能量參數范圍分別為0～20eV、0～20eV、0～和2eV3～。而和化學鍵的鍵能是40eVH-CC-C3.2～4.7和eV2.6～5.2eV，將兩者對比可以看出，除離子外，低溫等離子體中大多數粒子的能量均高于這兩種化學鍵的鍵能，這表明，利用低溫等離子體可以破壞UHMWPE纖維表面的舊化學鍵而形成新鍵，從而賦予UHMWPE纖維表面新的特性。

低溫等離子體可以提高UHMWPE纖維的粘附性。低溫等離子體處理UHMWPE纖維可以通過引入極性或活性基團，甚至是在UHMWPE纖維表面形成一個有較強共價鍵作用的新的聚合物層來提高纖維與基體間的結合力，同時也通過改變纖維表面的粗糙度來增強纖維與基體之間的機械作用力。只有纖維與基體之間有良好的界面結合力，才能使復合材料具有優(yōu)異的力學性能。

用低溫等離子體技術對該纖維表面進行處理，可以有效地改善其與基體樹脂的界面結合，制備高性能的UHMWPE纖維增強樹脂基復合材料。常壓低溫等離子體設備投入生產后將會對國防、軍工建設提供國產化保障，還可降低大量成本。