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等離子體改性高性能纖維材料

文章出處：本站 | 網(wǎng)站編輯：深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-04-16

等離子體改性是一種由中性粒子與高能帶電粒子組成離子體的綜合改性技術(shù)，可在常壓條件下進(jìn)行，具有無(wú)污染、能耗低、環(huán)保等特點(diǎn)。由于等離子體對(duì)材料界面改性處理，發(fā)生在距材料表面100nm以內(nèi)的厚度范圍，因此不會(huì)影響纖維的本體特征，使高性能纖維在維持自身優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上應(yīng)用于高性能復(fù)合材料。等離子體改性纖維界面技術(shù)的實(shí)質(zhì)是活性粒子引發(fā)高聚物表面變化獲得自由基的過(guò)程；而纖維界面自由基隨后可進(jìn)行自由基轉(zhuǎn)移、耦合、裂解和氧化等一系列反應(yīng)，在纖維界面形成具有一定活性的基團(tuán)；同時(shí)，纖維界面還可以經(jīng)等離子處理技術(shù)進(jìn)行刻蝕，使纖維表面的粗糙度增加，改善纖維的表面性能。

高性能纖維有別于普通商品纖維，其具有模量高、耐高溫、耐酸堿、強(qiáng)度大、耐輻射等性能，常作為復(fù)合材料的增強(qiáng)基體賦予材料良好的使用性能，廣泛應(yīng)用于電子元件、生命科學(xué)、建筑工程、航空航天、工業(yè)等領(lǐng)域。高性能纖維以芳綸纖維、超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纖維、玻璃纖維、碳纖維為主要代表，隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，其所制備的材料逐漸被應(yīng)用于高科技、低污染的先進(jìn)材料領(lǐng)域。但受到高性能纖維自身分子結(jié)構(gòu)結(jié)晶度高、規(guī)整、界面活性點(diǎn)低等因素的影響，導(dǎo)致高性能纖維發(fā)展應(yīng)用緩慢，基于此，高性能纖維未來(lái)發(fā)展的方向?qū)⒅铝τ谘芯坷w維的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

等離子體活性粒子改性纖維過(guò)程分析

等離子體處理有機(jī)聚合物材料界面，無(wú)論參加介質(zhì)是活性氣體還是惰性氣體，在電場(chǎng)高能作用下，有機(jī)聚合物材料與之接觸只要數(shù)十秒到幾分鐘，界面反應(yīng)效果明顯。現(xiàn)主要以氬氣、氧氣為例探討活性粒子改性過(guò)程。

活性粒子產(chǎn)生

通過(guò)等離子體輻射的紫外光高能電子與中間氣態(tài)分子混合相互作用，這些由電子激發(fā)產(chǎn)生的活性物質(zhì)，即參加反應(yīng)的活性種粒子，其產(chǎn)生過(guò)程如下：

式中：hv——等離子體輻射的紫外光能。

活性粒子反應(yīng)機(jī)理

等離子產(chǎn)生的活性種粒子與有機(jī)聚合物材料界面將會(huì)發(fā)生原子與分子自合反應(yīng)、生成氫自由基、氧自由基等一系列反應(yīng)，同時(shí)，新生成的自由基還可以繼續(xù)參加有機(jī)物界面反應(yīng)引入官能團(tuán)，或者與有機(jī)聚合物中的高分子單體反應(yīng)形成界面交聯(lián)結(jié)構(gòu)層或者界面接枝層。其主要反應(yīng)過(guò)程大致如下：

以上各式中：R•表示由有機(jī)聚合物高分子界面形成的自由基，RH表示聚烯烴類碳?xì)涓叻肿佑袡C(jī)物，ROO•表示含氧類有機(jī)高聚物。經(jīng)等離子處理纖維界面生成的自由基，能與特定官能團(tuán)繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，由于官能團(tuán)的引入，界面活性改變，使得纖維界面性質(zhì)隨之改變，主要體現(xiàn)在界面引入的含氧活性基團(tuán)與氧等離子接觸時(shí)，界面含氧基團(tuán)會(huì)羧基化或者羥基化，使得界面含氧基團(tuán)濃度增加，達(dá)到改善有機(jī)聚合物材料的粘接性與浸潤(rùn)性的目的。