摘要：本文研究了常压等离子射流处理对不同含水率芳纶纤维表面化学成分的影响。以氦气和氧气分别为载气和反应气体，使用常压等离子射流处理含水率分别为0.5%、4.5和5.5%三种芳纶纤维，利用X射线光电子能谱仪分析等离子体处理前后纤维化学成分的变化。结果表明，经过常压等离子射流处理后，芳纶纤维表面极性基团有了明显的增加，含水率越高，纤维表面极性基团增加越明显。

    关键词：常压等离子射流；芳纶纤维；XPS

    1.前言

芳纶纤维的应用非常广泛，特别是在各种复合材料中。这些复合材料很多用于直升飞机装甲，军用车辆，防弹头盔及人体装甲等方面。复合材料不仅防弹性能好，而且耐腐蚀，重量轻。但到目前为止，芳纶纤维与树脂的粘合性仍有待提高。如果粘合性不能达到标准要求，随着使用时间的推移，芳纶纤维就会和树脂逐渐脱离。汽车轮胎中的帘子线与橡胶的粘合是一个粘合性应用很好的例子。帘子线就像轮胎中的骨架，如果与橡胶粘合的不好，汽车在行驶途中，就会不断的剥离帘子线和橡胶，等达到一定程度，就可能引发灾难性事故[1-2]。

经常压等离子体射流处理后的芳纶纤维，表面被高能粒子轰击发生刻蚀，纤维表面粗糙度大大增加，比表面积增大，同时纤维表面还引入了一些极性基团。如：－CONH,－COOH等。这些基团不仅能改善纤维表面亲润性，还能与树脂形成交联，从而提高芳纶纤维与树脂的粘合性[1-7]。

由于常压等离子体射流处理技术突破了传统的真空等离子体处理技术，是在常温常压下进行处理，纤维的含水率会随着环境温湿度的变化而变化。如果含水率高，参与常压等离子体射流处理时的氢元素和氧元素就多，这将有可能影响常压等离子体处理材料的效果,本文研究常压等离子射流处理对不同含水率芳纶纤维表面化学成分的影响。，首先使用常压等离子体处理三种含水率不同的芳纶纤维，通过X射线光电子能谱(XPS)测试来分析等离子射流处理前后表面化学成分发生的变化。

    2.实验

    2.1试样准备

Twaron1000纤维由荷兰阿苏克公司生产，单纤维直径大约10µm。处理前将纤维用丙酮清洗30分钟，并放在真空干燥箱里干燥12小时，去掉纤维表面的杂质。通过对处理环境温湿度的调节，控制三种有代表性的Twaron1000纤维含水率。它们分别为0.5%，4.5，5.5%。对每种含水率准备3份试样。

2.2常压等离子射流处理

采用美国SurfxTechnologies公司制造的常压等离子射流仪AtomfloTM250。氦气和氧气的流速分别20LPM和0.2LPM，功率和气体温度为40W和100℃，喷头到处理试样间的距离为1mm，试样移动速度为17cm/min，等离子体射流处理时间为10s。

调节好常压等离体射流处理环境的温度和湿度。并在处理不同含水率的芳纶纤维时保持对应温湿度的相对稳定。将待处理样品沿传送带移动方向固定于传送带上。先打开通气阀门，再打开电源。等达到试验参数要求后开始试验。将试验后的样品立即分类装入密封的玻璃瓶内。

2.3表面化学成分分析

XPS测试样如图1所示。其具体方法是：首先将芳纶纤维束剪成长2厘米，宽2毫米的纤维束段，铟箔剪成长3厘米，宽1.5厘米的矩形。然后将3段芳纶纤维束平行摆放在铟箔上，纤维束的间隔约为2毫米。再将铟箔两边超过纤维部分的向内折压，并用手术钳夹紧，使得在真空状态时，纤维不能脱离铟箔对它的控制。

图1XPS测试样图

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采用MICROLABMKIIX射线光电子能谱分析仪，将4份试样依次放入光电子能谱分析仪，将照射区抽真空。调节X射线光电子能谱分析仪的采集角为90º，本地真空为2×109mPa，X光的功率为300W，电压为13kV，电流是20mA。由于在常压等离子体射流处理过程中，接触到的主要是空气，所以主要探测元素为C、N、O三种元素。

来源： 慧聪纺织网

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