辉光低温等离子体对聚酰亚胺纤维表面改性
低温等离子体对PBO纤维表面改性的研究

FR M N 低温等离子体对PBO 纤维表面改性的研究岳震南,黄英,王岩,季文(西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安710129)摘要:为提高PBO 纤维/环氧树脂复合材料的剪切强度,采用低温等离子体结合涂层技术对聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维进行表面改性,分别用SE M 、I R 对等离子体处理前后纤维表面形态、化学结构进行了表征,通过复合材料层间剪切强度测试,研究不同处理方式对复合材料层间剪切强度的影响。
结果表明,等离子体处理后纤维表面粗糙度增加,极性增强。
经低温等离子体结合涂层技术处理后,PBO 纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度得到显著提高,较未处理样品提高了39%。
关键词:PBO 纤维;等离子体处理;涂层;粘结强度;层间剪切强度中图分类号:TQ342+.73文献标识码:A文章编号:1003-0999(2011)01-0016-04收稿日期:20100528作者简介岳震南(3),男,硕士研究生。
本文作者还有牛芳芳。
通讯作者黄英,女,教授,博士导师,主要从事功能材料的研究,y @。
1前言PB O (聚对苯撑苯并双噁唑)纤维具有优异的力学性能,其强度、模量均比K evlar 纤维高1倍以上,极限氧指数(L O I)为68,最高使用温度和分解温度分别为350和650[1,2],PBO 增强树脂基复合材料的开发对于航天、航空和国防等高新技术领域材料及产品更新换代有重要意义[3]。
PB O 纤维的这些高性能是由于其分子链、晶体和微原纤均沿纤维轴向呈现几乎完全取向的排列,具有极高的取向度[4,5]。
这种结构在赋予PB O 纤维上述优异性能的同时,也导致纤维表面非常光滑且活性低,几乎与所有树脂基体不能良好地浸润,致使PB O 纤维与树脂基体结合的界面粘接性能差[6,7],限制了PBO 纤维在先进复合材料领域中的应用,因此对PBO 纤维表面进行改性十分必要。
PB O 纤维表面改性的方法有很多种,其中等离子体处理法是最有效的方法之一[8]。
低温等离子体技术在材料改性中的应用

低温等离子体技术在材料改性中的应用随着科学技术的不断发展,人们对材料的性能要求也越来越高。
在传统的材料制备方法中,常常存在着无法克服的局限性,例如材料的加工性能不佳、抗腐蚀性能差、机械性能不够强等问题。
为了解决这些问题,近年来,低温等离子体技术在材料改性中得到了广泛应用。
低温等离子体技术是一种利用冷等离子体对材料进行处理的方法。
所谓冷等离子体,是指在低温条件下产生的等离子体。
相比传统的高温等离子体,冷等离子体具有温度低、能量均匀分布等特点,不会对材料造成过高的热量和能量输入,从而避免了材料在高温下熔融和氧化的问题。
低温等离子体技术在材料改性中的应用可以从多个方面展开。
首先,它可以用于表面改性。
通过将材料置于冷等离子体中,等离子体的粒子在与材料表面相互作用的过程中,能够改变材料表面的形貌和结构。
这种改变可以使材料的表面光洁度提高,提高抗腐蚀性能和耐磨性,从而延长材料的使用寿命。
此外,低温等离子体技术还可以在材料表面形成一层致密的保护层,提高材料的防腐蚀性能。
其次,低温等离子体技术还可以用于材料中的离子注入。
通过调控冷等离子体中的气体成分和处理参数,使等离子体中的离子能够穿透材料表面并进入材料内部。
这种离子注入过程可以改变材料的化学成分和晶体结构,从而调控材料的性能。
例如,通过注入硼离子可以使钢材变得更加硬度,提高其耐磨性。
通过注入氮离子可以增加材料的硬度和耐腐蚀性。
此外,低温等离子体技术还可以用于纳米材料的合成和修饰。
通过调节冷等离子体中的工艺参数,可以在材料表面形成纳米粒子或纳米结构。
这些纳米材料可以具有较大的比表面积和特殊的光、电、磁性能,对传感器、催化剂、电子器件等领域具有重要应用价值。
而通过低温等离子体技术对已有的纳米材料进行修饰,可以改善其分散性和稳定性。
最后,低温等离子体技术还可以用于材料的变形加工。
传统的变形加工一般需要高温条件下进行,容易导致材料的脆性增加和晶界的消失。
而利用低温等离子体技术进行变形加工,则可以克服这些问题。
低温等离子体技术在材料改性中的应用研究

低温等离子体技术在材料改性中的应用研究随着科技的发展,材料改性技术也随之不断进步。
在这个领域中,低温等离子体技术正逐渐崭露头角。
低温等离子体技术是一种利用较低的温度激活气体分子,使之成为带电粒子的技术。
这种技术在材料改性方面具有广泛的应用前景,能够改变材料的表面性质、增强材料的力学性能、改善材料的耐腐蚀性能等。
本文将对低温等离子体技术在材料改性中的应用进行研究。
首先,低温等离子体技术在材料表面改性方面的应用十分广泛。
材料的表面性质直接影响材料的功能和应用,因此通过低温等离子体技术对材料表面进行改性可以改善材料的特性。
例如,利用低温等离子体技术可以使材料表面变得更加光滑、均匀,并且能够提高材料的亲水性和疏水性。
通过改变表面形貌和化学组分,可以增加材料的附着性、抗腐蚀性和绝缘性能。
此外,低温等离子体技术还可以用于材料表面纳米结构的制备,使得材料的光学和电学性能得到显著提升。
其次,低温等离子体技术在材料力学性能改善方面也有广泛的应用。
低温等离子体技术可以通过在材料表面形成一层致密的硬质涂层来提高材料的硬度和耐磨性。
此外,低温等离子体技术还可以增强材料的韧性和弹性模量,提高材料的断裂韧性。
通过控制等离子体参数,可以实现对材料表面的微观形貌控制,进而改善材料的摩擦学性能和表面耐磨性。
这些性能的提升将无疑推动着材料改性技术的发展和应用。
此外,低温等离子体技术在材料耐腐蚀性能方面也有一定的应用前景。
金属材料常常容易受到氧化、腐蚀等现象的影响,从而降低了材料的可靠性和使用寿命。
利用低温等离子体技术可以在材料表面形成一层致密的氧化物薄膜,从而改善材料的耐腐蚀性能。
此外,这种技术还可以用于使材料表面形成一层具有强大防护作用的陶瓷涂层,避免材料受到腐蚀和磨损。
最后,低温等离子体技术在材料改性中的研究还可以延伸到其他领域。
例如,在生物医学领域,可以利用低温等离子体技术对生物材料进行改性,提高其生物相容性和生物降解性。
此外,低温等离子体技术还可以在能源领域中应用,例如用于太阳能电池材料的表面修饰,提高太阳能电池的光吸收和转换效率。
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用

Ab t a t The se i l sr c : e s nta prncpl i i e, t e a e t h l t s de eopme a d o e yp c l pp i a i ns f vl nt n s m t i a a lc to o p a m a s r a e e hno o y a e dic s e l s u f c t c l g r s u s d, s c a on m p a t to u h s i i l n a i n。 i t hi on e c ng, i n be m o a
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电工材料 20 o 3 08N .
低温 等离 子 体 技 术 在 材料 表 面 改 性 中 的应 用
唐 恩凌 张 静 2 刘 明石 , a
( . 阳理 工大 学 装 备 工程 学 院, 沈 阳 10 6 ; 1沈 1 18
2 aR sac nt ue 0 erc ia Jn iP t c e cl C . L a nn ld o 150 . . . ee rh I si t f P t hn ix er h mi o. io ig Huu a 2 0 1 t o o a C ia . ia C mp n fP t c iaJn iP toh mi lC hn b Bh i o a y o er hn ix erc e c o o a
d p ii s r a e e hno o e oston u f c t c l gy. e s e i l nt o c l W e s nta i r du e ow-e p r t r pl s a u f c m o - tm e a u e a m s r a e d
利用低温等离子体对PET工业长丝的表面改性

利用低温等离子体对PET工业长丝的表面改性
潘力军;浦伟光
【期刊名称】《合成技术及应用》
【年(卷),期】1997(012)001
【摘要】应用外部电容耦合式低温等离子体处理装置,在不同处理条件下,对P
ET工业长丝进行表面改性,并通过失重、回潮率和染色实验等方法,研究了处理前后样吕的吸湿性、染色性等的变化。
结果表明,处理后样品的吸湿性有较大提高,可达到未处理样吕的2倍;经处理后的涤纶纤维对分散性染料的染色有一定的改善作用;处理后样品的失重随处理时间的延长而增加,而其强度几乎无变化。
【总页数】4页(P5-8)
【作者】潘力军;浦伟光
【作者单位】华东理工大学石油化工学院;华东理工大学石油化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342.206
【相关文献】
1.利用低温等离子体处理实现聚酰亚胺纤维表面改性 [J], 杨建忠;杨冰磊
2.利用氧、氮低温等离子体对醋酸纤维素超滤膜进行表面改性的比较 [J], 樊芷芸;蒋莉;郭明远
3.利用低温等离子体进行聚砜膜的表面改性 [J], 詹劲;郭志刚;王保国;蒲以康;刘铮
4.低温氧等离子体对PET薄膜的表面改性研究 [J], 解林坤;杜官本;代沁伶;柴希娟;
刘刚连
5.低温氩等离子体表面改性提高PET亲水性 [J], 陈冰;陈银;王红卫
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低温等离子体表面改性高分子材料研究进展

综述·专论低温等离子体表面改性高分子材料研究进展孟江燕,李伟东,王云英(南昌航空大学材料科学与工程学院,江西南昌330063) [摘 要] 综述了低温等离子体技术的最新进展,指出目前最具开发潜力的低温等离子体有大气压下辉光放电等离子体和介质阻挡放电等离子体。
经低温等离子体处理的高分子材料表面发生多种物理和化学变化,例如产生刻蚀、形成致密的交联层以及引入极性基团,使材料的亲水性、粘结性、生物相容性等得到改善,故低温等离子体处理技术广泛用于高分子材料的表面改性,重点介绍了低温等离子体在医用高分子材料、合成纤维材料、薄膜材料中的研究概况和进展。
[关键词] 低温等离子体;高分子材料;表面改性[中图分类号]T Q316.6 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2009)05-0086-04Research Progress of the Surface M od i f i ca ti on of Poly m er M a ter i a ls M od i f i ed by L ow Tem pera ture Pl a s maM EN G J iang 2yan,L I W ei 2dong,WAN G Yun 2ying(College ofMaterials Science and Engineering,Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063,China )[Abstract] The ne west p r ogress of l ow te mperature p las ma techniques was revie wed and that the most potential devel opment of l ow te mperature p las ma was indicated including the gl ow discharge p las ma at at m os pheric p ressure and the dielectric barrier discharge (DBD )p las ma .The poly mer material surface treated by l ow te mperature p las ma t ook p lace a l ot of physical and che m ical changes,such as etching,for m ing a dense layer of cr oss 2linking,as well as the in 2tr oducti on of polar gr oup s,s o that this material’s hydr ophilic,adhesive,bi ocompatibility were i m p r oved .For those rea 2s ons,the l ow te mperature p las ma are widely used in surface modificati on of the poly mer materials .The app licati on and devel opment of l ow te mperature p las ma in the surface modificati on of medical poly mer materials,synthesis fibers materi 2als and fil m materials mostly were intr oduced .[Key words] Low te mperature p las ma;Poly mer materials;Surface modificati on[收稿日期]2009-05-09[基金资助]航空科学基金(2007ZE56005)[作者简介]孟江燕(1963-),男,副教授,硕士,研究方向为高分子材料的表面改性。
氧等离子体改性对聚酰亚胺纤维表面性能的影响

氧等离子体改性对聚酰亚胺纤维表面性能的影响杜晓冬;林芳兵;蒋金华;陈南梁;刘燕平【摘要】为增强聚酰亚胺纤维的界面黏附性能,采用氧等离子体技术对聚酰亚胺纤维进行不同时间的改性处理,借助X射线光电子能谱仪、场发射扫描电子显微镜、接触角表面性能测定仪,以及单纤维碎裂法等分析改性处理对聚酰亚胺纤维表面性能的影响.结果表明:在气压为10 Pa,功率为100 W的工艺条件下,采用氧等离子体处理4 min时聚酰亚胺纤维表面改性效果最佳;与原丝相比,此时纤维表面O与C 元素含量比增加了108%,含氧基团C—O、C?O的含量分别由7.6%、10.3%增加到20.4%、19.2%;纤维表面产生均匀致密的微裂缝,其与树脂间界面剪切强度由29.88 MPa增加到46.13 MPa,增强率达54%;聚酰亚胺纤维与水的接触角从110°左右减小至55°以下,由疏水表面变为亲水表面.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2019(040)009【总页数】6页(P22-27)【关键词】聚酰亚胺纤维;氧等离子体改性处理;表面化学组成;表面形貌;界面结合性能;浸润性【作者】杜晓冬;林芳兵;蒋金华;陈南梁;刘燕平【作者单位】东华大学高性能纤维及制品教育部重点实验室,上海 201620;东华大学纺织学院,上海 201620;东华大学高性能纤维及制品教育部重点实验室,上海201620;东华大学纺织学院,上海 201620;东华大学高性能纤维及制品教育部重点实验室,上海 201620;东华大学纺织学院,上海 201620;东华大学高性能纤维及制品教育部重点实验室,上海 201620;东华大学纺织学院,上海 201620;东华大学纺织学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TS195.6聚酰亚胺(PI)纤维是一种分子主链含有刚性酰亚胺环的高性能材料[1],由聚酰胺酸两步法或聚酰亚胺溶液一步法纺制而成。
其特殊的化学结构及分子组成赋予聚酰亚胺纤维卓越的耐高低温、高强高模、耐辐射、阻燃自熄、耐化学腐蚀及介电性能,使其成为一种颇具发展潜力的热门材料[2-4]。
低温等离子体在材料表面改性中的应用_崔淑玲

河北工业科技第21卷第6期第56页HEBEI J OURNAL OF INDUSTRIAL Vol.21No.6P.56总第88期2004年SCIENCE&TECHNOLOGY Sum882004文章编号:1008-1534(2004)06-0056-03低温等离子体在材料表面改性中的应用崔淑玲,刘金树(河北科技大学纺织服装学院,河北石家庄050031)摘要:介绍了低温等离子体在材料表面改性方面的应用情况:用低温等离子体处理羊毛、棉、涤纶等纺织纤维材料,可提高纤维的吸附性、可染性、可纺性,并可结合各种功能整理剂赋予纤维以特殊的性能;金属材料表面经等离子体处理后,可提高耐磨性、抗腐蚀性、光滑度和装饰性;对塑料橡胶材料表面的等离子体处理可改善材料的粘结性、亲水性和电学性能;生物医用材料表面经等离子体处理可有效地改善血液相容性和组织相容性。
关键词:低温等离子体;表面改性;纺织材料;金属材料;塑料材料;橡胶材料;生物医用材料中图分类号:TB324;TB31文献标识码:A等离子体是分子、原子及其被电离后产生的正负电子组成的气体状物质,它是除固、液、气三态外,物质存在的第四态。
等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。
高温等离子体只有在温度足够高时才能发生,太阳和恒星不断地发出这种等离子体,其粒子温度高达千万甚至上亿e,可用于能源领域中的可控核聚变;低温等离子体在常温下就可以发生,其电子温度也可达上千乃至数万e,能使分子或原子激发、离解、电离、化合。
低温等离子体又可分为热等离子体和冷等离子体。
热等离子体装置是利用带电体尖端(如刀状或针状尖端和狭缝式电极)造成不均匀电场,称电晕放电;冷等离子体装置是在密封容器中设置2个电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,受电场作用,它们发生碰撞而形成等离子体,这时会发出辉光,故称为辉光放电处理。
冷等离子体的一个重要特点是其热力学的非平衡性,即其电子温度远高于其离子和原子等重粒子的温度,此种非平衡性对等离子体化学与工艺过程非常重要。
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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:20082052
10
基金项目:陕西省教育厅重点科研计划项目
(04JS28)
;
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KYKY2008B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
・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719335168013890100W25Pa40712032147015148/s8071773311001487512071783510001475716071603313201505320071193115201530180s25Pa50712432116015266/W100717733130016068150711631125016927200710130123017006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
:
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聚酰亚胺纤维的制备及其结构研究
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WoolSubstrates[J].TheEffectoftheNatureoftheGas.Text.
Res.J.,1999,69(6):407-416.
Surfacemodificationofpolyimidefiberbyglowdischargeplasma
YANGBing2lei,WANGQiao2ling,YANGJian2zhong
(CollegeofTextileandMaterial,Xi’anPolytechnicUniversity,Xi’an710048,China)
Abstract:Airplasmawasemployedtomodifythesurfaceofpolyimidefiber(P84).SEMwasusedtodeterminethesurfacemorphologyofpolyimide
fiberbeforeandafterthetreatment.Itwasfoundthatthefrictioncoefficient,breakstrengthandelongationatbreakofpolyimidefiberchangedafter
themodification.
Keywords:polyimidefiber;plasma;surfacemodification
・61・
纺织科技进展
2008年第4
期