????摘要：本文研究了常壓等離子射流處理對不同含水率芳綸纖維表面化學(xué)成分的影響。以氦氣和氧氣分別為載氣和反應(yīng)氣體，使用常壓等離子射流處理含水率分別為0.5%、4.5和5.5%三種芳綸纖維，利用X射線光電子能譜儀分析等離子體處理前后纖維化學(xué)成分的變化。結(jié)果表明，經(jīng)過常壓等離子射流處理后，芳綸纖維表面極性基團(tuán)有了明顯的增加，含水率越高，纖維表面極性基團(tuán)增加越明顯。

????關(guān)鍵詞：常壓等離子射流；芳綸纖維；XPS

????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(jī)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(shí)間的推移，芳綸纖維就會(huì)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(gè)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(huì)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(shí)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]。

由于常壓等離子體射流處理技術(shù)突破了傳統(tǒng)的真空等離子體處理技術(shù)，是在常溫常壓下進(jìn)行處理，纖維的含水率會(huì)隨著環(huán)境溫濕度的變化而變化。如果含水率高，參與常壓等離子體射流處理時(shí)的氫元素和氧元素就多，這將有可能影響常壓等離子體處理材料的效果,本文研究常壓等離子射流處理對不同含水率芳綸纖維表面化學(xué)成分的影響。，首先使用常壓等離子體處理三種含水率不同的芳綸纖維，通過X射線光電子能譜(XPS)測試來分析等離子射流處理前后表面化學(xué)成分發(fā)生的變化。

????2.實(shí)驗(yàn)

????2.1試樣準(zhǔn)備

Twaron1000纖維由荷蘭阿蘇克公司生產(chǎn)，單纖維直徑大約10μm。處理前將纖維用丙酮清洗30分鐘，并放在真空干燥箱里干燥12小時(shí)，去掉纖維表面的雜質(zhì)。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Twaron1000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。

2.2常壓等離子射流處理

采用美國SurfxTechnologies公司制造的常壓等離子射流儀AtomfloTM250。氦氣和氧氣的流速分別20LPM和0.2LPM，功率和氣體溫度為40W和100℃，噴頭到處理試樣間的距離為1mm，試樣移動(dòng)速度為17cm/min，等離子體射流處理時(shí)間為10s。

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(shí)保持對應(yīng)溫濕度的相對穩(wěn)定。將待處理樣品沿傳送帶移動(dòng)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(yàn)參數(shù)要求后開始試驗(yàn)。將試驗(yàn)后的樣品立即分類裝入密封的玻璃瓶內(nèi)。

2.3表面化學(xué)成分分析

XPS測試樣如圖1所示。其具體方法是：首先將芳綸纖維束剪成長2厘米，寬2毫米的纖維束段，銦箔剪成長3厘米，寬1.5厘米的矩形。然后將3段芳綸纖維束平行擺放在銦箔上，纖維束的間隔約為2毫米。再將銦箔兩邊超過纖維部分的向內(nèi)折壓，并用手術(shù)鉗夾緊，使得在真空狀態(tài)時(shí)，纖維不能脫離銦箔對它的控制。

圖1XPS測試樣圖

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采用MICROLABMKIIX射線光電子能譜分析儀，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。調(diào)節(jié)X射線光電子能譜分析儀的采集角為90o，本地真空為2×109mPa，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。

來源： 慧聰紡織網(wǎng)