低温等离子体处理芳纶纤维复合材料

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-10-25

芳纶纤维又称芳香族聚酰胺纤维，是一种取向度大、结晶度高的新型高性能纤维材料，具有耐疲劳性能优异、耐高温性能好、模量高、耐腐蚀、强度大、滞后损失低和收缩率小等特性，以及有机材料易加工和无机材料力学性能优异的特点，常用于制备高性能工程复合材料。但从其化学结构中可知，其是一种含有较大数量的苯环通过伸直链大分子结构组成的，位阻作用大，使结构中的酰胺基团亲和力很弱，其他原子或基团发生作用很难，化学惰性也比较强，导致其同其它基体材料的粘附性、导热性、浸润性、黏结性、粗糙度等都很差，局限了芳纶纤维广泛使用。为克服其结构活性低、位阻大一系列难点，可对其进行表面改性处理，充分发挥芳纶优异特性。

表面处理常见方法有物理方法与化学方法，而反应较强烈的化学方法界面改性，一定程度会损伤其内部结构，且反应过程难控、甚至改性试剂会对环境造成污染；物理方法一般存在操作误差大、表面改性反应缓慢、效率不高、浪费资源等；由此与其他改性技术相比，利用低温等离子体处理成为有效的改性方法，改性反应时间短。其主要优势在于等离子体表面改性的区域和程度具有可控性，作用深度距材料表面约几个纳米到接近100个纳米之间，而纤维本体不受影响的同时，纤维表面性能改性效果显著。

低温等离子体改性作用及机理

等离子体技术作用原理见图1所示，等离子体技术作用为外加电场给予电子获得能量后，开始在电场中高速运动，具有较大运动能量后与分子发生碰撞，产生新粒子的过程。

图一等离子体改性芳纶纤维作用原理

其作用机理如图2所示，一是刻蚀。芳纶纤维界面受等离子体高能轰击，界面呈现细小孔道，产生毛细效应，形成凹凸不平或隆起现象，增加纤维界面比表面积；其二是表面活化。光子、离子和电子直接轰击芳纶界面，化学键获得能量表面发生部分分子链断裂而被打开，界面自由基再与在等离子处理中O2或H2O产生的自由基接触，诱发自氧化作用，纤维表面形成极性含氧基团(如–OH)；其三是界面沉积。使其它气体(Ar，N2，O2等)分子电离产生活性粒子，主要是离子、激发态的原子、电子和·N，·O，O2·，·OH自由基等物质，产生的活性离子反应性强，与界面极性基团发生作用，界面引入活性种基团，同时发生植入反应，引入增加界面元素含量物质。根据电中性原理，等离子体内的正负电荷总数是相等的，呈现电中性，但在电场的作用下的这些粒子会具有很大的内能和动能，具有打破芳纶纤维的化学键能量，促使其产生具有一定形态极性基团的物质，最终实现芳纶与其它工程材料的有效复合。

图二低温等离子体作用机理

以上资料由国产等离子体处理设备厂家纳恩科技整理编辑。低温等离子体技术在处理芳纶纤维具有工艺简单，操作便捷、能耗低廉等优势。对于等离子体中参与反应性气体(CO，CO2、空气、N2，O2等)产生的反应性活性粒子，与纤维表面的不饱和键或自由基直接反应，达到芳纶表面化学结构改变的目的。而等离子体中不参于反应性气体(He，H2，Ar等)的活性粒子不能直接与材料表面的自由基相互作用，用电场中的材料表面被高能粒子轰击产生活性较高的自由基，与空气中氧作用，在纤维界面引入含氧基团，或者与自由基反应形成交联网状结构，达到改性目的。