[发明专利]等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维/织物表面处理技术，涉及等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物表面处理方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMPE)纤维是一种新型的高性能有机纤维，具有超高强度和超高模量，且其密度是目前研制出的高性能纤维中最小的。此外UHMPE具有非常优异的电绝缘性能，其介电常数和介电损耗非常小(介电常数ε＝2.3，介电损耗角正切tanδ＝4×10^-4)。然而，对于UHMPE来说，由于其表面光滑，缺乏极性基团，呈现出极其惰性的化学结构，表面能低；同时，高度对称的亚甲基(-CH₂-)结构导致了UHMPE很高的结晶度和取向度，从而使得纤维与树脂基体之间的作用力很弱，界面粘结性能低，加之蠕变等缺陷，大大限制了UHMPE纤维性能的发挥。因此，制得综合性能优异的复合材料的重要前提是对增强纤维的表面进行一定程度上的改性，UHMPE纤维表面改性的方法有很多，常见的有化学试剂侵蚀法、火焰处理法、射线辐照改性法，低温等离子体处理法等。

很多纤维厂家使用液相氧化等方法对纤维进行表面改性，然而这种方法使用了大量的溶剂(如丙酮、乙醇、水等)，不仅带来了资源的浪费、环境的污染，还对操作者的身体健康带来伤害。此外，液相氧化法由于氧化剂浓度在处理过程中都会逐渐降低，因此处理效果不均匀，处理过程很难控制。液相氧化法在对纤维进行表面氧化的同时，对纤维本体力学性能也存在着较大程度地损伤。

发明内容

本发明的目的：提供一种工艺简单、效果显著、无污染、无损伤、参数可调可控的低温等离子体方法对纤维和织物表面进行处理。

本发明的技术方案：等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物表面处理方法，其特征为：使用等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物的表面进行处理。

优选地，所述的超高分子量聚乙烯纤维/织物为超高分子量聚乙烯织物、或超高分子量聚乙烯织物与玻璃纤维、石英纤维、空心石英纤维、芳纶纤维或碳纤维的混编织物；

混编织物可以是机织物，也可以是针织物，所述的针织物为经编织物或纬编织物。

优选地，等离子体的处理气氛可以是空气、O₂、NH₃或CO₂活性气体，也可以是N₂、He、Ar或CF₄惰性气体，可以是其中的一种或者几种的混合气体。

优选地，等离子体的可调整放电参数包括放电功率、放电时间和放电时腔体真空度；低温等离子体的放电功率可以在5～100000W的范围内根据需要自由控制；低温等离子体的处理时间可以在5s到1h的范围内根据需要自由控制；可以根据需要对放电时腔体的真空度进行调整，为10Pa到300Pa的范围。

优选地，经等离子体处理后的超高分子量聚乙烯纤维/织物，在空气或惰性气体环境中放置一定时间，该时间为0.5d到60d。

本发明的有益效果：本发明针对液相氧化法存在的缺点，采取工艺简单、效果显著、无污染、无损伤、参数可调可控的低温等离子体方法对纤维和织物表面进行处理。等离子体处理纤维表面，是一种高效、均匀、低损伤的处理方式。

具体实施方式

使用等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物的表面进行处理。所述的超高分子量聚乙烯纤维/织物为超高分子量聚乙烯织物、或超高分子量聚乙烯织物与玻璃纤维、石英纤维、空心石英纤维、芳纶纤维或碳纤维的混编织物；混编织物可以是机织物，也可以是针织物，所述的针织物为经编织物或纬编织物。等离子体的处理气氛可以是空气、O₂、NH₃或CO₂活性气体，也可以是N₂、He、Ar或CF₄惰性气体，可以是其中的一种或者几种的混合气体。等离子体的可调整放电参数包括放电功率、放电时间和放电时腔体真空度；低温等离子体的放电功率可以在5～100000W的范围内根据需要自由控制；低温等离子体的处理时间可以在5s到1h的范围内根据需要自由控制；可以根据需要对放电时腔体的真空度进行调整，为10Pa到300Pa的范围。经等离子体处理后的超高分子量聚乙烯纤维/织物，在空气或惰性气体环境中放置一定时间，该时间为0.5d到60d。

例1将UHMPE纤维在氧气中，经过等离子体处理，其中处理功率为200W，处理时间为3min，腔体真空度为50Pa。处理前后的UHMPE与E-51/Dicy树脂制备成复合材料，其ILSS由处理前的62.47MPa提升到98.15MPa。