聚丙烯改性

聚丙烯纤维的表面改性

学院：同济大学浙江学院

姓名：董瀚

学号：090736

摘要：结合聚丙烯( PP) 纤维分子结构特点、表面特性以及在水泥基材料应用中存在的问题, 研究了等离子处理方法对聚丙烯纤维表面的改性技术。

关键词：聚丙烯纤维; 表面改性；等离子处理

Research Progress in Surface Modification Technology of PP Fiber

ABSTRACT：In this article, we discussed the molecule structure and surface characteristics of PP fiber and the problems whenthey were used in cement matrix material. The surface modification technology of PP fiber was also researched with corona treatment with coupling agent.

KEYWORDS：polypropylene fiber; surface modification；corona treatment

1 前言

近年来, 聚丙烯( PP) 纤维在抗裂要求较高的混凝土工程中得到迅速的推广应用, 其出色的阻裂效果已得到试验及工程的证实。但同时也存在一些致命缺点: 表面光滑; 表面能低; 分子链上不含任何活性基团, 而且表面疏水, 以致于纤维在水泥基材料中不易分散; 与水泥基材的物理化学粘接性能较差等,严重制约了其在水泥基材料中的应用。因此对纤维表面进行适当的改性, 提高其在水泥基材料基体中的分散性和界面结合力是聚丙烯纤维扩大应用的关键所在。本文主要介绍等离子处理方法（塑性开裂性能的缺陷）。

2 PP 纤维的结构和性能

聚丙烯是一种结构规整的结晶型聚合物, 为乳白色, 无味, 无毒, 质轻, 是聚烯烃的一种, 密度为0190~ 0. 91g/ cm3, 不溶于水, 熔点为165 ℃ , 燃点为590 ℃; 耐热性能良好; 聚丙烯几乎不吸水, 耐蚀性能良好, 与大多数化学品, 如酸、碱和有机溶剂接触不发生作用; 物理机械性能良好, 抗拉强度330 ~414MPa, 极限伸长率200% ~ 700% , 弹性模量为3.92~ 4. 90GPa; 耐光性能差【1】。

聚丙烯纤维是聚丙烯切片经纺丝、拉伸工艺制成的纤维级产品, 其抗拉强度、极限伸长率以及弹性模量随制作工艺不同而变化较大【2】。聚丙烯纤维虽然具有很好的力学性能, 耐化学侵蚀, 但也存在一些致命缺点, 分子不带有极性基团、表面呈化学惰性和憎水性、在水泥基材料的应用中存在与基材的粘结性和抗蠕变性能较差的缺点。

众所周知, 水泥基材料耐久性的重要地位并不亚于强度和其它性能, 而耐久性不足最终都归结为材料开裂。在水泥基材料中掺入高弹性模量的钢纤维, 其作用主要是阻止硬化材料破坏时的裂缝扩展, 使硬化材料在开裂后仍能保持一定的抗拉强度。与钢纤维相比, 聚丙烯纤维的掺入能有效的抑制早期( 塑性期和硬化初期) 水泥基材料由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生和发展, 减少原生裂隙的数量和尺寸。因此, 聚丙烯纤维和钢纤维的阻裂效应是不同的, 它们分别改善了不同时期水泥基材料的性能。在一些对水泥基材料裂缝要求严格的工程中, 掺用聚丙烯纤维则有可能获得更为满意的效果, 因钢纤维在材料开裂后方能发挥阻裂效应,有些场合并无实际意义, 而水泥基材料在早期易发生塑性开裂性能的缺陷, 却可通过掺入聚丙烯纤维得到解决和改善。

3 PP的等离子表面改性技术

等离子体处理的优点在于反应易控制于纤维的表面, 对纤维本体的损伤不大, 而且对表面极端惰性的高聚物有明显的改性效果。高聚物经等离子体表面处理后, 所产生的化学效应有: 链的断裂与烧蚀、表面交联、引入极性基团等。张瑞峰等利用等离子体处理聚丙烯纤维[ 15] , 并用X - 射线光电子能谱( XPS) 研究了在不同的处理气氛中纤维表面元素组成、相对含量的变化、表面官能团的类型, 结果表明,纤维表面分别引入了- OH、- COOH、- NH2 和-CONH2 等活性官能团。在O2 等离子体中处理, 纤维表面引入氧的量可达18. 0% , 在N2 气氛中处理引入氮的量可达4. 7%。由于表面元素的改变、基团的变化, 使聚丙烯纤维表面的吸湿率由0. 1% 提高至0. 7% , 从而改善了纤维的亲水性能。

研究表明, 将等离子体处理同各种不同的化学处理方法相结合, 可使粘结强度得到进一步提高。