PI聚酰亞胺纖維低溫等離子體改性機(jī)理

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2025-04-10

PI纖維是聚酰亞胺纖維(英文全稱:Polyimidefiber)的簡稱,具有耐高溫、耐低溫、高強(qiáng)高模、高抗蠕變、高尺寸穩(wěn)定、低熱膨脹系數(shù)、良好的機(jī)械性能等多種優(yōu)異特性。聚酰亞胺能夠加工成薄膜、工程塑料、復(fù)合材料基體、纖維和泡沫等多種形式,被廣泛應(yīng)用于航空、航天、高端精密設(shè)備、醫(yī)療器械等諸多領(lǐng)域,具有廣泛的應(yīng)用前景和較高的商業(yè)價值。

作為高性能纖維的一種,PI纖維在具有高強(qiáng)高模等優(yōu)點(diǎn)的同時,也因為含有酰亞胺基團(tuán),沒有極性基團(tuán),導(dǎo)致纖維的親水性很差。同時,工業(yè)上常用的PI纖維都是通過紡絲加工得到的,其表面光滑,沒有微小空隙,導(dǎo)致PI纖維與其他材料的粘結(jié)性能很差,限制了它在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

在電子元器件領(lǐng)域中,通常會通過在PI纖維表面沉積納米金屬或讓纖維與石墨烯復(fù)合,來達(dá)到制作PI基柔性電極的目的。在這一領(lǐng)域的應(yīng)用中,PI纖維與納米金屬以及其他材料的復(fù)合性能直接決定著導(dǎo)電聚酰亞胺材料的導(dǎo)電性能。因此,改善PI纖維的粘結(jié)性是對PI纖維改性研究的重點(diǎn),通過提升纖維粘結(jié)性可以有效地提升纖維與復(fù)合材料的粘結(jié)牢度,提高導(dǎo)電聚酰亞胺材料的質(zhì)量,降低導(dǎo)電聚酰亞胺材料的生產(chǎn)成本。

低溫等離子體改性

放電氣體被電離后會產(chǎn)生大量的游離的電子和離子,但是電子的負(fù)電荷總數(shù)和離子的正電荷總數(shù)在數(shù)值上是相等的,在宏觀上這種電離氣體呈現(xiàn)電中性,故此被稱作等離子體。從20世紀(jì)60年代后,低溫等離子體對高分子材料表面改性的研究逐漸活躍,應(yīng)用方向也越來越廣泛。

低溫等離子體對纖維表面處理過程中,并不會對纖維自身的性能造成很大的損傷,它主要作用于纖維表層,改變纖維的表面形貌。等離子體處理可以將惰性官能團(tuán)直接或間接引入到纖維表面,等離子體處理過程中所采用的非惰性氣體(Ar、N2、NH3、O2、H2)在處理過程中與高分子材料表面相互作用,形成了-NH2、-COOH、-OH等官能團(tuán)。

相較于等離子體處理,濕化學(xué)法改性在改性過程中會造成聚合物鏈的部分降解和剪裂,導(dǎo)致材料的力學(xué)性能降低,而等離子體處理則不會影響材料的力學(xué)性能。等離子體表面改性處理過程中會連續(xù)而均勻地改變物質(zhì)表面,不受材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)影響,非常適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料表面改性。

低溫等離子體改性機(jī)理

在電場環(huán)境下,空氣中的部分自由電子能夠從電場中獲得能量,從而讓其與氣體中的原子發(fā)生碰撞,并產(chǎn)生電離現(xiàn)象,從而產(chǎn)生激發(fā)原子、分子、離子以及自由基等一些不穩(wěn)定的粒子。這些粒子具有較高的化學(xué)反應(yīng)性,容易產(chǎn)生一般條件下無法產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)。比如在處理過程中,等離子體的離子、原子以及分子,和材料表面的原子,會相互滲透,相互逃逸,從而致使材料表面的分子鏈斷裂,讓表面遭到等離子體刻蝕,產(chǎn)生粗糙的凹坑,進(jìn)而提高PI纖維的吸濕性和粘著性,增加纖維的摩擦力。相比較其他改性方式,低溫等離子體對高分子材料表面改性會利用等離子體的反應(yīng)特點(diǎn)賦予改性的表面優(yōu)異的性能,同時改性的范圍僅從幾納米到幾百納米,厚度極薄,不會對機(jī)體的整體性質(zhì)造成改變。

低溫等離子體對PI纖維進(jìn)行改性,不會損傷纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu),纖維能夠依舊保持原有的性能,但低溫等離子體改性會對纖維表面進(jìn)行刻蝕,讓纖維表面出現(xiàn)溝壑、裂紋以及凸起,增加纖維表面粗糙度,提升纖維表面摩擦性能。除此外,低溫等離子體對PI纖維表面改性會改變纖維表面元素占比,讓C元素含量降低,O元素或N元素含量提升。同時,低溫等離子體改性會為PI纖維表面帶來大量的極性基團(tuán),提高纖維的潤濕性。經(jīng)過低溫等離子體改性,纖維與其他材料的界面性能得到提升,具有較好的染色性能、上漿性能以及粘結(jié)性能。