辉光低温等离子体对聚酰亚胺纤维表面改性

辉光低温等离子体对聚酰亚胺纤维表面改性

杨冰磊,王巧玲,杨建忠

(西安工程大学纺织与材料学院,陕西西安710048)

摘　要:采用空气辉光等离子体技术对聚酰亚胺纤维(俗称P84)进行表面改性,利用SEM 探讨了改性前后纤维表面

形态的变化。实验发现通过等离子体处理后,纤维表面摩擦系数增加,断裂强力、断裂伸长率减小,断裂伸长变化大于断裂强力变化。

关键词:等离子体;聚酰亚胺纤维;表面改性中图分类号:TS19516 文献标识码:A 文章编号:1673-0356(2008)04-0015-02收稿日期:2008204228;修回日期:2008205210

基金项目:陕西省教育厅重点科研计划项目(04J S28);

教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET20420974)

作者简介:杨冰磊(19832),男,山东省平度市人,西安工程大学在读硕士研

究生,主要研究方向:纤维改性技术。

聚酰亚胺纤维具有良好的力学性能、耐辐射性、热稳定性和不

燃烧性,可以广泛应用于某些特殊领域,如消防、电子、航空航天和

军事工业等[1～5]

。由于聚酰亚胺纤维受到它的表面结构、化学惰性和表面能的限制,其黏着性较差,且黏着性只限于材料的表面,影响其在复合材料中的增强作用,因而可通过表面改性的方法来改善纤维的不足,低温等离子体技术就是其中的一种[6]。

利用低温辐射中被高度激发的、不稳定的活性粒子对纤维表面的各种作用,即刻蚀、糙化、基团引入[6]、交联变体和接枝聚合等实现纤维改性。聚酰亚胺纤维表面性能的改善,将大大增加聚酰亚胺纤维的可用性,使其能够适用于更多的特殊场合。

1　实验部分

111　原料

聚酰亚胺纤维(俗称P84)。

112　纤维的表面处理

仪器:HD —1B 型辉光放电低温等离子仪。将一定量的聚酰亚胺纤维置于低温等离子系统中,分别选择不同的时间、功率及真空度对其表面进行空气低温等离子改性。

113　实验仪器和方法11311　力学性能

仪器:YG004E 电子单纤维强力仪。测定纤维的断裂强力和断裂伸长率,试样初始长度10mm ,拉伸速度10mm/min ,预加张力012cN ,单纤维线密度312dtex 。

11312　摩擦性能

仪器:Y151型纤维摩擦系数测定仪,橡胶纤维辊转速为50r/min ,张力夹200mg 。

11313　纤维表面形态

仪器:用KYKY 2008B 扫描电镜拍摄处理前后纤维表面形态。

2　结果与讨论

211　聚酰亚胺纤维表面形态变化

比较处理前后的聚酰亚胺纤维表面形态(见图1)发现,未处理的纤维表面光滑,经低温空气等离子体处理后,聚酰亚胺纤维表面(见图2)出现了明显的凹坑和细微的裂纹。这是因为低温空气等离子体中被高度激发的、不稳定的活性粒子对聚酰亚

胺纤维表面产生了刻蚀、交联基团引入、糙化等作用,实现了纤维改性。等离子体中的离子、电子、激发分子或原子等粒子对纤维表面溅射刻蚀;等离子体中的化学活性物质使材料表面产生氧化、降解等反应而引起化学微刻蚀。在两种刻蚀同时作用下,聚酰亚胺纤维表面形成凹坑和细微裂纹,同时产生凸状沉积物,生成一系列含氧、含硫极性基团,因此增加了纤维表面的微观粗糙度

。

图1　未处理纤维 图2　处理过纤维

212　强伸性能与摩擦性能

等离子体处理侵蚀作用必然对聚酰亚胺纤维力学性能带来

影响,因为等离子体处理对聚酰亚胺纤维表面的刻蚀作用造成了纤维的重量损失,但下降幅度很小且波动不大,因此低温等离子体短时间处理对聚酰亚胺纤维的断裂强力和断裂伸长率影响并不明显。低温等离子体处理后,会引起纤维表面粗糙化,C.W.Kan 等[7]的研究证实了这一点。通过测试低温等离子体对聚酰亚胺纤维处理前后其强伸性能及摩擦性系数的变化,研究聚酰亚胺纤维经低温等离子体处理后强度保持率、伸长保持率及摩擦系数与处理条件之间的关系。测试数据如表1。测试强度保持率和伸长保持率的计算公式:

强力保持(%)=处理后强力

处理前强力

×100

伸长率保持率(%)=处理前伸长

处理后伸长

×

100

图3　保持率与处理时间的关系

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51・ 2008年第4期 纺织科技进展

表1　低温等离子体处理前后断裂强力

断裂伸长率及摩擦系数表

　处理条件断裂拉伸

强力/cN

断裂伸长

/mm 摩擦系数

未处理

719335168013890100W25Pa 40

712032147015148/s

807177331100148751207178351000147571607

16033132015053200

71193115201530180s25Pa 50712432116015266/W

100717733130016068150711631125016927200

7101

30123

017006

由表1可以看出,聚酰亚胺纤维经低温等离子体处理后

,强

力、伸长率均降低,随着处理功率延长,强力、伸长率降低幅度变大。从图3可知,随着处理时间增大,强力保持率和伸长保持率均在减小,但强力保持率变化幅度大于伸长保持率。从图4看出,随着处理功率的增大,强力保持率和伸长保持率均在减小,且强力保持率变化幅度大于伸长保持率。由图5可以看出,随

着处理时间的增加,纤维表面被刻蚀,摩擦系数先增加,但随着时间进一步增加纤维表面被剥离造成摩擦系数轻微减小,不过整体仍呈增大的趋势。由图6看出,随着功率增加,纤维摩擦系数逐渐增加。相对来看,随着时间、功率增加,摩擦系数逐渐增加。

图6　摩擦系数与处理功率的关系

3　结论

(1)经低温等离子体处理后,聚酰亚胺纤维摩擦系数有所增

大,处理功率与处理时间对摩擦系数影响一致。低温等离子体对聚酰亚胺纤维处理,增加刻蚀作用,提高了表面的粗糙度。经低温等离子体处理的聚酰亚胺纤维摩擦系数增加表明,等离子体处理的刻蚀作用在一定程度上破坏了聚酰亚胺纤维表层。

(2)经辉光放电低温等离子体处理后,聚酰亚胺纤维强度、伸长率均降低,随着处理功率增大,强力、伸长率降低幅度变大。处理时间对其也有一定影响,随着处理时间增大,强力保持率和伸长保持率均在减小,强力保持率变化幅度大于伸长保持率。参考文献:

[1]　许　伟,刘向阳,顾　宜,等.聚酰亚胺纤维的制备及其结构研究

[J ].合成纤维工业,2006,(4).

[2]　丁孟贤,何天白.聚酰亚胺新型材料[M ].北京:科学出版社,1998.[3]　张清华,陈大俊,丁孟贤.聚酰亚胺纤维[J ].高分子通报,2001,

(5):66-73.

[4]　王　妮,张建春.用于防护服装的新型m 2聚酰亚胺kermel[J ].国外

纺织技术,2001,(7):1-4.

[5]　陈惠敏.高性能纤维的低温等离子体表面改性[J ].南通工学院学

报,1999,(3).

[6]　Ricardo Molina ,Pilar Erra.Free radical formation in wool fibers

treated by low temperature plasma[J ].Textile Res.J .,2003,73(11):955-959.

[7]　C.W.Kan ,K.chan ,C.W.M.Yuen.Low Temperature Plasma on

Wool Substrates[J ].The Effect of t he Nat ure of t he Gas.Text.Res.J.,1999,69(6):407-416.

Surface modif ication of polyimide f iber by glow discharge plasma

YAN G Bing 2lei ,WAN G Qiao 2ling ,YAN G Jian 2zhong

(College of Textile and Material ,Xi ’an Polytechnic University ,Xi ’an 710048,China )

Abstract :Air plasma was employed to modify t he surface of polyimide fiber (P84).SEM was used to determine t he surface morphology of polyimide

fiber before and after t he treat ment.It was found t hat t he friction coefficient ,break strengt h and elongation at break of polyimide fiber changed after t he modification.

K ey w ords :polyimide fiber ;plasma ;surface modification

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61・纺织科技进展

2008年第4期