PI聚酰亞胺纖維低溫等離子體改性機理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2025-04-10

PI纖維是聚酰亞胺纖維(英文全稱:Polyimidefiber)的簡稱,具有耐高溫、耐低溫、高強高模、高抗蠕變、高尺寸穩(wěn)定、低熱膨脹系數(shù)、良好的機械性能等多種優(yōu)異特性。聚酰亞胺能夠加工成薄膜、工程塑料、復合材料基體、纖維和泡沫等多種形式,被廣泛應用于航空、航天、高端精密設備、醫(yī)療器械等諸多領域,具有廣泛的應用前景和較高的商業(yè)價值。

作為高性能纖維的一種,PI纖維在具有高強高模等優(yōu)點的同時,也因為含有酰亞胺基團,沒有極性基團,導致纖維的親水性很差。同時,工業(yè)上常用的PI纖維都是通過紡絲加工得到的,其表面光滑,沒有微小空隙,導致PI纖維與其他材料的粘結性能很差,限制了它在復合材料領域的應用。

在電子元器件領域中,通常會通過在PI纖維表面沉積納米金屬或讓纖維與石墨烯復合,來達到制作PI基柔性電極的目的。在這一領域的應用中,PI纖維與納米金屬以及其他材料的復合性能直接決定著導電聚酰亞胺材料的導電性能。因此,改善PI纖維的粘結性是對PI纖維改性研究的重點,通過提升纖維粘結性可以有效地提升纖維與復合材料的粘結牢度,提高導電聚酰亞胺材料的質量,降低導電聚酰亞胺材料的生產成本。

低溫等離子體改性

放電氣體被電離后會產生大量的游離的電子和離子,但是電子的負電荷總數(shù)和離子的正電荷總數(shù)在數(shù)值上是相等的,在宏觀上這種電離氣體呈現(xiàn)電中性,故此被稱作等離子體。從20世紀60年代后,低溫等離子體對高分子材料表面改性的研究逐漸活躍,應用方向也越來越廣泛。

低溫等離子體對纖維表面處理過程中,并不會對纖維自身的性能造成很大的損傷,它主要作用于纖維表層,改變纖維的表面形貌。等離子體處理可以將惰性官能團直接或間接引入到纖維表面,等離子體處理過程中所采用的非惰性氣體(Ar、N2、NH3、O2、H2)在處理過程中與高分子材料表面相互作用,形成了-NH2、-COOH、-OH等官能團。

相較于等離子體處理,濕化學法改性在改性過程中會造成聚合物鏈的部分降解和剪裂,導致材料的力學性能降低,而等離子體處理則不會影響材料的力學性能。等離子體表面改性處理過程中會連續(xù)而均勻地改變物質表面,不受材料的復雜結構影響,非常適合結構復雜的材料表面改性。

低溫等離子體改性機理

在電場環(huán)境下,空氣中的部分自由電子能夠從電場中獲得能量,從而讓其與氣體中的原子發(fā)生碰撞,并產生電離現(xiàn)象,從而產生激發(fā)原子、分子、離子以及自由基等一些不穩(wěn)定的粒子。這些粒子具有較高的化學反應性,容易產生一般條件下無法產生的化學反應。比如在處理過程中,等離子體的離子、原子以及分子,和材料表面的原子,會相互滲透,相互逃逸,從而致使材料表面的分子鏈斷裂,讓表面遭到等離子體刻蝕,產生粗糙的凹坑,進而提高PI纖維的吸濕性和粘著性,增加纖維的摩擦力。相比較其他改性方式,低溫等離子體對高分子材料表面改性會利用等離子體的反應特點賦予改性的表面優(yōu)異的性能,同時改性的范圍僅從幾納米到幾百納米,厚度極薄,不會對機體的整體性質造成改變。

低溫等離子體對PI纖維進行改性,不會損傷纖維的內部結構,纖維能夠依舊保持原有的性能,但低溫等離子體改性會對纖維表面進行刻蝕,讓纖維表面出現(xiàn)溝壑、裂紋以及凸起,增加纖維表面粗糙度,提升纖維表面摩擦性能。除此外,低溫等離子體對PI纖維表面改性會改變纖維表面元素占比,讓C元素含量降低,O元素或N元素含量提升。同時,低溫等離子體改性會為PI纖維表面帶來大量的極性基團,提高纖維的潤濕性。經過低溫等離子體改性,纖維與其他材料的界面性能得到提升,具有較好的染色性能、上漿性能以及粘結性能。