PI聚酰亚胺纤维低温等离子体改性机理

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：2025-04-10

PI纤维是聚酰亚胺纤维(英文全称:Polyimidefiber)的简称,具有耐高温、耐低温、高强高模、高抗蠕变、高尺寸稳定、低热膨胀系数、良好的机械性能等多种优异特性。聚酰亚胺能够加工成薄膜、工程塑料、复合材料基体、纤维和泡沫等多种形式,被广泛应用于航空、航天、高端精密设备、医疗器械等诸多领域,具有广泛的应用前景和较高的商业价值。

作为高性能纤维的一种,PI纤维在具有高强高模等优点的同时,也因为含有酰亚胺基团,没有极性基团,导致纤维的亲水性很差。同时,工业上常用的PI纤维都是通过纺丝加工得到的,其表面光滑,没有微小空隙,导致PI纤维与其他材料的粘结性能很差,限制了它在复合材料领域的应用。

在电子元器件领域中,通常会通过在PI纤维表面沉积纳米金属或让纤维与石墨烯复合,来达到制作PI基柔性电极的目的。在这一领域的应用中,PI纤维与纳米金属以及其他材料的复合性能直接决定着导电聚酰亚胺材料的导电性能。因此,改善PI纤维的粘结性是对PI纤维改性研究的重点,通过提升纤维粘结性可以有效地提升纤维与复合材料的粘结牢度,提高导电聚酰亚胺材料的质量,降低导电聚酰亚胺材料的生产成本。

低温等离子体改性

放电气体被电离后会产生大量的游离的电子和离子,但是电子的负电荷总数和离子的正电荷总数在数值上是相等的,在宏观上这种电离气体呈现电中性,故此被称作等离子体。从20世纪60年代后,低温等离子体对高分子材料表面改性的研究逐渐活跃,应用方向也越来越广泛。

低温等离子体对纤维表面处理过程中,并不会对纤维自身的性能造成很大的损伤,它主要作用于纤维表层,改变纤维的表面形貌。等离子体处理可以将惰性官能团直接或间接引入到纤维表面,等离子体处理过程中所采用的非惰性气体(Ar、N2、NH3、O2、H2)在处理过程中与高分子材料表面相互作用,形成了-NH2、-COOH、-OH等官能团。

相较于等离子体处理,湿化学法改性在改性过程中会造成聚合物链的部分降解和剪裂,导致材料的力学性能降低,而等离子体处理则不会影响材料的力学性能。等离子体表面改性处理过程中会连续而均匀地改变物质表面,不受材料的复杂结构影响,非常适合结构复杂的材料表面改性。

低温等离子体改性机理

在电场环境下,空气中的部分自由电子能够从电场中获得能量,从而让其与气体中的原子发生碰撞,并产生电离现象,从而产生激发原子、分子、离子以及自由基等一些不稳定的粒子。这些粒子具有较高的化学反应性,容易产生一般条件下无法产生的化学反应。比如在处理过程中,等离子体的离子、原子以及分子,和材料表面的原子,会相互渗透,相互逃逸,从而致使材料表面的分子链断裂,让表面遭到等离子体刻蚀,产生粗糙的凹坑,进而提高PI纤维的吸湿性和粘着性,增加纤维的摩擦力。相比较其他改性方式,低温等离子体对高分子材料表面改性会利用等离子体的反应特点赋予改性的表面优异的性能,同时改性的范围仅从几纳米到几百纳米,厚度极薄,不会对机体的整体性质造成改变。

低温等离子体对PI纤维进行改性,不会损伤纤维的内部结构,纤维能够依旧保持原有的性能,但低温等离子体改性会对纤维表面进行刻蚀,让纤维表面出现沟壑、裂纹以及凸起,增加纤维表面粗糙度,提升纤维表面摩擦性能。除此外,低温等离子体对PI纤维表面改性会改变纤维表面元素占比,让C元素含量降低,O元素或N元素含量提升。同时,低温等离子体改性会为PI纤维表面带来大量的极性基团,提高纤维的润湿性。经过低温等离子体改性,纤维与其他材料的界面性能得到提升,具有较好的染色性能、上浆性能以及粘结性能。

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