高强涤纶纤维等离子体改性的研究

高强涤纶纤维等离子体改性的研究

谷屹松 李建斌

中国石化洛阳公司聚合部短纤维装置 471012

摘要：涤纶纤维是一种极其有效的复合材料，在工业领域中应用的十分广泛，本文通过正交试验设计对涤纶纤维进行性能表征和分析，并对其断裂强力以及静摩擦系数进行测定，从而实现了等离子体改性的目的，具有较强的现实意义。

关键词：高强涤纶纤维；等离子体；改性

引言

涤纶纤维有着自身独特的特性，很多优势都对当前的工业领域有较大的作用，特别是其稳定性以及耐腐蚀性等优势，让其成为工业复合材料是首选之一。因此，有必要提高纤维与基体间的附着力。

涤纶纤维又叫做聚酯纤维，要想对其性能进行改变，其实方法多种多样，比如等离子体、碱处理等，但是每一种方法都有优缺点，等离子体改性算是其中性价比比较高的一种处理方法，具有较多的处理优势，比如成本低、工艺较为简单等，对于改性的结果也十分优良。因此，本文以等离子体改性为研究视角，对涤纶纤维进行试验，并通过正交试验的方式，对其力学性能和静摩擦系数进行测定，从而确定最佳处理方式，这为后来的研究者提供了较多的参考价值。

1正交实验设计

本文设计的是三因素三水平的正交试验，其水平表如下所示：

表1 三因素三水平的正交试验设计

本文采用的是单丝强度的测试，参照的标准是ISO11566-1996，使用的测试工具为万能试验机，标距为25mm，采用随机抽样的方式选取了50根，具体试验结果如下表所示：

表2试验结果

通过上表可以看出，经过预处理之后的高强涤纶纤维，在单纤维断裂强力方面，几乎与原样没有较大的差异，但是在静摩擦系数方面，差异较为显著，呈现出增大的趋势，这在一定程度上说明了预处理具有一定的效果，对于单纤维表面的一些垃圾进行了有效清理。经过等离子体最优方案进行处理之后的涤纶纤维，其断裂强力为74.98cN，相比于原样来说，减少了0.57cN的强力，这种下降幅度较小，主要是因为预处理对于纤维表面进行了损害，从而导致其强力下降。但是，其静摩擦力系数相较于原样来说，增加了0.061，表明等离子处理对其表面结构进行了完善，对其与树脂进行结合有了一定的改善。

2性能表征与分析

2.1纤维表面形态

通过电子显微镜观察未经处理的聚酯和芳纶的表面形貌，以发射场发射量为Quanta-450-FEG工具。加速电压为20kV，放大倍数为6000倍，经此处理后，聚酯纤维原表面附着有明显杂质，预处理后样品表面有所改善，表明丙酮预处理去除了纤维表面的脂肪和其他杂质。等离子体处理的聚酯纤维表面由于等离子体环境中活性粒子的影响而有不规则的孔，并将返回到材料表面形成凸起沉积物。这些孔和沉积物一起显著改善了纤维表面的粗糙度，从而增加了纤维的比表面，提高了复合材料的界面强度。

2.2傅里叶红外光谱

在分析红外光谱数据和文献的基础上，采用spotlight 400 frontier傅里叶变换对红外半/近红外图像分析仪Perkin-Elmer对最佳条件下的原纤维和改性样品进行了红外光谱分析相关情况下，可确定聚酯纤维分子结构各部分中特征吸收峰的位置：1 713cm^-1处的吸收峰归因于C-H，其延伸了羧基的振动，1 424cm^-1吸收峰归因于醇基振动平面外的-CH₂，1096cm^-1吸收峰对应于C-O，722cm^-1吸收峰对应于醇基弯曲平面外的O-H振动。

通过以上分析可以看出，等离子体改性样品1 713cm^-1和722cm^-1的峰值比原始样品略有增加，这也表明等离子体处理在聚酯纤维表面引入了一些活性基团，而其他条带的位置和形状基本相同，这证明等离子体改性可以有效地影响聚酯纤维的表面。在提高纤维结合性能的过程中，高强度聚酯纤维的内部大分子结构没有被破坏。

2.3纤维表面浸润性

纤维接触角这是描述纤维湿度的一个重要参数。对于同一种液体，固体表面的能量越大，它就越小，用单根光纤接触角自动测量仪测量了改性前后光纤的接触角。

等离子体改性后，纤维的接触角比原来降低了27%，一方面在纤维表面产生了一些亲水基团，另一方面也有一定程度的切口。两种元素的共同作用改善了处理后纤维表面的润湿性。

结束语

综上所述，经过等离子体改性的涤纶纤维，在力学性能以及静摩擦系数方面都有了较大的优化，特别是在清理其表面垃圾或油脂方面，具有极其显著的效果。此外，通过试验，发现等离子体改性可以优化与树脂的结合度，而且还扩大其与树脂接触的面积，提升了其表面界阻。随着社会经济的发展，工业材料的重要性越来越凸显，科学技术的进步让各种复合材料的监测和性能改进提供了较多的条件，涤纶纤维要想实现进一步的性能提升，还需对现有科学技术进行充分融合，才能为后面的工业建设贡献最大的力量。

参考文献

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