????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有了明顯的增加，含水率越高，纖維表面極性基團增加越明顯。

????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，特別是在各種復合材料中。這些復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。如果粘合性不能達到標準要求，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，等達到一定程度，就可能引發(fā)災難性事故[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。如：－CONH,－COOH等。這些基團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)，是在常溫常壓下進行處理，纖維的含水率會隨著環(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成分發(fā)生的變化。

????2.實驗

????2.1試樣準備

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，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，試樣移動速度為17cm/min，等離子體射流處理時間為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方向固定于傳送帶上。先打開通氣閥門，再打開電源。等達到試驗參數(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)。

2.3表面化學成分分析

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，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)