低温等离子体表面处理提高UHMWPE纤维粘附性能

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：2022-04-18

UHMWPE纤维是当今世界上第三代特种纤维，比强度如荷兰DSMDyneemaSK76高达37cN/dtex，是目前比强度最高的合成纤维之一，其密度低、比模量高，又具有较好的耐磨损、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、耐低温、耐光等优良性能。它可直接制成绳、缆、渔网和各种织物制品，如防弹衣、防切割手套等，其中防弹衣的防弹效果优于芳纶。国际上已将UHMWPE纤维编织成不同纤度的绳索，取代传统的钢缆和普通合成纤维绳等。但因该纤维的高取向度、高结晶度以及非极性和高惰性，使它与树脂基体的表面结合力较差，难以与树脂基体产生化学交联，在制备复合材料前需要对纤维进行表面处理。

等离子体（Plasma）是物质在高温或特定条件下的一种物质状态，是除固态、液态和气态以外，物质的第四态。等离子体的明确定义为：“等离子体是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体”。简而言之，等离子体就是指电离气体，它是电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体。

低温等离子体与UHMWPE纤维表面改性

UHMWPE纤维表面改性处理方法主要有铬酸处理、表面接枝、真空等离子体处理、液相氧化、酶催化、电子束辐射接枝等方法，不同的处理方法均可以改善其复合材料的界面性能，但也各有其局限性，表面接枝和真空等离子体处理难以连续化生产，液相氧化使纤维强度下降太多，铬酸处理时因铬酸用量太大，满足不了环保的要求，难于实现工业化生产。

低温等离子体表面改性的特点

与UHMWPE纤维表面改性的其它方法相比，低温等离子体改性是一种干式工艺，省去了湿法化学处理工艺中所不可缺少的烘干、废水处理等工序。低温等离子体改性与材料表面的作用形式多，工艺的适用范围广，便于连续性自动化生产。低温等离子体改性具有以下特点：①属干式工艺，无需进行废液和废气的处理，节省能源、污染小、降低成本、满足节能和环保的需要。②作用时间短（几秒到几分钟），效率高。③对所处理的材料无严格要求，具有普适性。④反应温度低；改性只发生在表面层（几个到几百个纳米），因而不影响基体固有性能。⑤工艺简单，操作较方便。

UHMWPE纤维的表面改性需要通过断开或激活纤维表面的旧化学键并形成新的化学键才能实现，这就首先需要低温等离子体中的各类粒子能够具有足够的能量以断开纤维表面的旧化学键。低温等离子体作为一种非热平衡等离子体，其电子、亚稳态粒子、离子和光子的能量参数范围分别为0～20eV、0～20eV、0～和2eV3～。而和化学键的键能是40eVH-CC-C3.2～4.7和eV2.6～5.2eV，将两者对比可以看出，除离子外，低温等离子体中大多数粒子的能量均高于这两种化学键的键能，这表明，利用低温等离子体可以破坏UHMWPE纤维表面的旧化学键而形成新键，从而赋予UHMWPE纤维表面新的特性。

低温等离子体可以提高UHMWPE纤维的粘附性。低温等离子体处理UHMWPE纤维可以通过引入极性或活性基团，甚至是在UHMWPE纤维表面形成一个有较强共价键作用的新的聚合物层来提高纤维与基体间的结合力，同时也通过改变纤维表面的粗糙度来增强纤维与基体之间的机械作用力。只有纤维与基体之间有良好的界面结合力，才能使复合材料具有优异的力学性能。

用低温等离子体技术对该纤维表面进行处理，可以有效地改善其与基体树脂的界面结合，制备高性能的UHMWPE纤维增强树脂基复合材料。常压低温等离子体设备投入生产后将会对国防、军工建设提供国产化保障，还可降低大量成本。