等离子体改性高性能纤维材料

文章出处：本站 | 网站编辑：深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-04-16

等离子体改性是一种由中性粒子与高能带电粒子组成离子体的综合改性技术，可在常压条件下进行，具有无污染、能耗低、环保等特点。由于等离子体对材料界面改性处理，发生在距材料表面100nm以内的厚度范围，因此不会影响纤维的本体特征，使高性能纤维在维持自身优良性能的基础上应用于高性能复合材料。等离子体改性纤维界面技术的实质是活性粒子引发高聚物表面变化获得自由基的过程；而纤维界面自由基随后可进行自由基转移、耦合、裂解和氧化等一系列反应，在纤维界面形成具有一定活性的基团；同时，纤维界面还可以经等离子处理技术进行刻蚀，使纤维表面的粗糙度增加，改善纤维的表面性能。

高性能纤维有别于普通商品纤维，其具有模量高、耐高温、耐酸碱、强度大、耐辐射等性能，常作为复合材料的增强基体赋予材料良好的使用性能，广泛应用于电子元件、生命科学、建筑工程、航空航天、工业等领域。高性能纤维以芳纶纤维、超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维、玻璃纤维、碳纤维为主要代表，随着应用领域不断扩展，其所制备的材料逐渐被应用于高科技、低污染的先进材料领域。但受到高性能纤维自身分子结构结晶度高、规整、界面活性点低等因素的影响，导致高性能纤维发展应用缓慢，基于此，高性能纤维未来发展的方向将致力于研究纤维的结构与性能的关系。

等离子体活性粒子改性纤维过程分析

等离子体处理有机聚合物材料界面，无论参加介质是活性气体还是惰性气体，在电场高能作用下，有机聚合物材料与之接触只要数十秒到几分钟，界面反应效果明显。现主要以氩气、氧气为例探讨活性粒子改性过程。

活性粒子产生

通过等离子体辐射的紫外光高能电子与中间气态分子混合相互作用，这些由电子激发产生的活性物质，即参加反应的活性种粒子，其产生过程如下：

式中：hv——等离子体辐射的紫外光能。

活性粒子反应机理

等离子产生的活性种粒子与有机聚合物材料界面将会发生原子与分子自合反应、生成氢自由基、氧自由基等一系列反应，同时，新生成的自由基还可以继续参加有机物界面反应引入官能团，或者与有机聚合物中的高分子单体反应形成界面交联结构层或者界面接枝层。其主要反应过程大致如下：

以上各式中：R•表示由有机聚合物高分子界面形成的自由基，RH表示聚烯烃类碳氢高分子有机物，ROO•表示含氧类有机高聚物。经等离子处理纤维界面生成的自由基，能与特定官能团继续进行反应，由于官能团的引入，界面活性改变，使得纤维界面性质随之改变，主要体现在界面引入的含氧活性基团与氧等离子接触时，界面含氧基团会羧基化或者羟基化，使得界面含氧基团浓度增加，达到改善有机聚合物材料的粘接性与浸润性的目的。