1. 前言
芳綸纖維的應(yīng)用非常廣泛，特別是在各種復(fù)合材料中。這些復(fù)合材料很多用于直升飛機裝甲，軍用車輛，防彈頭盔及人體裝甲等方面。復(fù)合材料不僅防彈性能好，而且耐腐蝕，重量輕。但到目前為止，芳綸纖維與樹脂的粘合性仍有待提高。如果粘合性不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，隨著使用時間的推移，芳綸纖維就會和樹脂逐漸脫離。汽車輪胎中的簾子線與橡膠的粘合是一個粘合性應(yīng)用很好的例子。簾子線就像輪胎中的骨架，如果與橡膠粘合的不好，汽車在行駛途中，就會不斷的剝離簾子線和橡膠，等達(dá)到一定程度，就可能引發(fā)災(zāi)難性事故[1-2]。
經(jīng)常壓等離子體射流處理后的芳綸纖維，表面被高能粒子轟擊發(fā)生刻蝕，纖維表面粗糙度大大增加，比表面積增大，同時纖維表面還引入了一些極性基團(tuán)。如： －CONH,－COOH等。這些基團(tuán)不僅能改善纖維表面親潤性，還能與樹脂形成交聯(lián)，從而提高芳綸纖維與樹脂的粘合性[1-7]。
2．常壓等離子體射流的處理試驗
2.1試驗儀器
采用自制常壓等離子體射流處理系統(tǒng)。
2.2試驗參數(shù)
等離子體射流處理寬度：8mm
氣體流量：氦氣25liters/min ；氫氣：0.2liters/min
氣體溫度：100℃
噴頭到處理試樣間的距離：1mm
傳送帶的運動速度為17cm/min
等離子體射流處理時間：10min
2.3試樣準(zhǔn)備
通過對處理環(huán)境溫濕度的調(diào)節(jié)，控制三種有代表性的芳綸纖維含水率。它們分別為0.5%，4.5%，5.5%。對每種含水率準(zhǔn)備3份試樣。
2.4 試驗方法
調(diào)節(jié)好常壓等離體射流處理環(huán)境的溫度和濕度。并在處理不同含水率的芳綸纖維時保持對應(yīng)溫濕度的相對穩(wěn)定。將樣品沿傳送帶移動方向固定于傳送帶上。先打開通氣閥門，再打開電源。等達(dá)到試驗參數(shù)要求后開始試驗。將試驗后的樣品立即分類裝入密封的玻璃瓶內(nèi)。
3．表面化學(xué)元素分析試驗
3.1表面的定義
表面的定義是物體內(nèi)部和真空之間的過渡區(qū)域，它包括物體的最外面數(shù)層原子和覆蓋其上的一些外來原子和分子。就表面科學(xué)研究而言，表面的厚度一般為十分之幾納米至數(shù)納米[8]。這也是提高芳綸纖維表面粘合性所應(yīng)重點改善的區(qū)域。
3.2 表面化學(xué)元素分析
3.2.1分析方法
XPS (X-ray photoelectron Spectroscopy) 中文名稱是X 射線光電子譜術(shù)。
3.2.2試驗設(shè)備
X射線光電子能譜分析儀
3.2.3試驗參數(shù)
調(diào)節(jié)X射線光電子能譜分析儀的采集角為90度，本地真空為2×109 mPa,X光的功率為300W,電壓為13kV,電流是20mA。由于在常壓等離子體射流處理過程中，接觸到的主要是空氣，所以主要探測元素為C,N,O三種元素。
3.2.4試樣的準(zhǔn)備
為了能對比處理前與處理后和處理不同含水率的芳綸纖維的表面化學(xué)元素的變化，特制備如表3-1的4份樣品。 試樣序號 是否經(jīng)過常壓等離子體處理 在處理時的含水率 1 否 --- 2 是 0.5% 3 是 4.5% 4 是 5.5%
表3-1 表面化學(xué)元素分析試驗的4份樣品情況
3.2.5試驗步驟
將4份試樣依次放入光電子能譜分析儀，將照射區(qū)抽真空。按照設(shè)定參數(shù)開始依次分析。
3.2.6測試結(jié)果
芳綸纖維經(jīng)過常壓等離子體的處理后，表面的化學(xué)鍵的種類有了一定的變化。表3-2反映的4份樣品經(jīng)XPS分析后的表面化學(xué)元素不同化學(xué)鍵的比例變化。凡是經(jīng)常壓等離子體處理過的比沒處理過的芳綸纖維表面—CONH—有所增加，處理過的芳綸纖維表面引入了新的化學(xué)鍵—COO—。經(jīng)過常壓等離子體處理過的芳綸纖維表面，含水率越高，化學(xué)鍵—CONH—和—COO—也增加越多。
表3-2 4份試樣經(jīng)XPS分析后表面化學(xué)元素對C1s峰的分析表|
試樣 |
試樣描述 |
不同化學(xué)鍵的比例 |
|||
|
—C—C— |
—C—C—N— —C—O— |
—CONH— |
—COO— |
||
|
1 |
未經(jīng)處理 |
66.2 |
28.5 |
5.3 |
0 |
|
2 |
0.5%含水率 |
47.18 |
24.2 |
12.6 |
1.5 |
|
3 |
4.5%含水率 |
50.4 |
25.9 |
11.8 |
2.2 |
|
4 |
5.5%含水率 |
43.0 |
24.4 |
13.7 |
4.1 |
4.結(jié)論
通過以上實驗和分析，可以得出如下結(jié)論：1.芳綸纖維經(jīng)過常壓等離子體射流處理后，極性化學(xué)鍵有了明顯的增加。未經(jīng)處理的芳綸纖維表面主要是—C—C—，—C—C—N—和—C—O—鍵 ，而經(jīng)過常壓等離子體射流處理過后表面增加了—CONH—和—COO—極性化學(xué)鍵。2.在射流處理過程中纖維的含水率不同，極性化學(xué)鍵的增加不同，含水率越高，極性化學(xué)鍵增加越明顯。而極性化學(xué)鍵的增加能有效促進(jìn)芳綸纖維表面粘合性增加。
使用常壓等離子體處理對今后大工業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)提供了很好的環(huán)境條件，真空狀態(tài)的等離子體不能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低。而低溫下的等離子體使得生產(chǎn)成本有非常高。所以，常壓等離子體射流處理技術(shù)是一種節(jié)能，高效的生產(chǎn)處理技術(shù)。
