等離子體改性高性能纖維材料

文章出處：本站 | 網站編輯：深圳納恩科技有限公司| 發表時間：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，可在常壓條件下進行，具有無污染、能耗低、環保等特點。由于等離子體對材料界面改性處理，發生在距材料表面100nm以內的厚度范圍，因此不會影響纖維的本體特征，使高性能纖維在維持自身優良性能的基礎上應用于高性能復合材料。等離子體改性纖維界面技術的實質是活性粒子引發高聚物表面變化獲得自由基的過程；而纖維界面自由基隨后可進行自由基轉移、耦合、裂解和氧化等一系列反應，在纖維界面形成具有一定活性的基團；同時，纖維界面還可以經等離子處理技術進行刻蝕，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、強度大、耐輻射等性能，常作為復合材料的增強基體賦予材料良好的使用性能，廣泛應用于電子元件、生命科學、建筑工程、航空航天、工業等領域。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，隨著應用領域不斷擴展，其所制備的材料逐漸被應用于高科技、低污染的先進材料領域。但受到高性能纖維自身分子結構結晶度高、規整、界面活性點低等因素的影響，導致高性能纖維發展應用緩慢，基于此，高性能纖維未來發展的方向將致力于研究纖維的結構與性能的關系。

等離子體活性粒子改性纖維過程分析

等離子體處理有機聚合物材料界面，無論參加介質是活性氣體還是惰性氣體，在電場高能作用下，有機聚合物材料與之接觸只要數十秒到幾分鐘，界面反應效果明顯。現主要以氬氣、氧氣為例探討活性粒子改性過程。

活性粒子產生

通過等離子體輻射的紫外光高能電子與中間氣態分子混合相互作用，這些由電子激發產生的活性物質，即參加反應的活性種粒子，其產生過程如下：

式中：hv——等離子體輻射的紫外光能。

活性粒子反應機理

等離子產生的活性種粒子與有機聚合物材料界面將會發生原子與分子自合反應、生成氫自由基、氧自由基等一系列反應，同時，新生成的自由基還可以繼續參加有機物界面反應引入官能團，或者與有機聚合物中的高分子單體反應形成界面交聯結構層或者界面接枝層。其主要反應過程大致如下：

以上各式中：R•表示由有機聚合物高分子界面形成的自由基，RH表示聚烯烴類碳氫高分子有機物，ROO•表示含氧類有機高聚物。經等離子處理纖維界面生成的自由基，能與特定官能團繼續進行反應，由于官能團的引入，界面活性改變，使得纖維界面性質隨之改變，主要體現在界面引入的含氧活性基團與氧等離子接觸時，界面含氧基團會羧基化或者羥基化，使得界面含氧基團濃度增加，達到改善有機聚合物材料的粘接性與浸潤性的目的。