常压等离子体处理对天然竹纤维结构性能的影响

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1、常压等离子体处理对天然竹纤维结构性能的影响王越平1，2张晓丹2王守国3史丽敏2高绪珊2斬欣2赵玲利3徐向宇31.四川大学成都6100652.北京服装学院北京1000293.中科院光电研宄院北京100010［摘要］常压低温等离子体设备是一种在纺织行业中具有较大推广价值的设备。本文利用中科院光电研究所自行研制的大面积常压低温等离子体放电设备，以近期纺织业最为流行的新型竹纤维为原料，进行处理工艺的研究，并对其变化机理进行分析。文章对等离子体放电过程屮，不同反应气氛、气体流量、处理时间、处理功率等处理条

2、件进行了系统的探索尝试，通过扫描电镜、X衍射仪、XPS光电子能谱仪、单纤维强度仪等设备，对等离子体处理后的天然竹纤维结构性能进行了细致的研究。实验结果表明：氩、氧、氮等离子体处理对竹纤维结构性能均冇不同程度的影响，随时间的延长作用剧烈，处理时间在1分钟时，作用效果最显著，2分钟之后，作用效果趋于平稳。三种气氛的等离子体相比较，氧等离子体的作用最剧烈。在等离子体处理参数中，处理时间对最终效果的影响比处理功率和气体流量的作用更大。探索等离子体处理工艺与纤维表面物理化学变化间的关系，对于常压等离子体设

3、备在纺织上的应用具有有益的推动作用。［关键词】常压等离子体、天然竹纤维、结构与性能、工艺参数1.前言作为当代高新技术之一的等离子技术，近几十年得到了长足的发展，其中常压低温等离子体设备是一种在工业中具有较大推广价值的设备。因此本文采用中科院光电研究所自行研制的大面积常压低温等离子体放电设备，以介质阻挡放电的形式，对放电过程屮的反应气氛、气体流量、处理时间、处理功率等条件进行了系统的摸索。作为纤维素纤维的天然竹纤维，它具有与麻类纤维相似的粗糙、粗硬手感，结晶度高、取向度高，纤维强力高、弹性差，无法

4、很好地满足服用要求。本文关于等离子体处理工艺与纤维表面物理化学变化间的关系，将为材料改性打下坚实的基础，同时对常压等离子体设备在纺织上的应用具有有益的推动作用。*木项目为北京市纺织材料开发与评价重点实验室开放项目2.实验方法、仪器及实验材料2.1实验材料表1实验材料基本规格材料名称70〜160天然竹纤维纤维细度（dtex）6.01纤维长度（mm2.2实验方法及仪器2.2.1等离子体处理2.2.1.1处理装.常压低温等离子体装置木文所使用的常压低温等离子体装置由中科院光电研宂院提供。设备采用介质阻

5、挡放电的形式在大气压下进行放电，此装置的主体为两块金属板极，平行上下排列，屮间以玻璃作为绝缘体隔开，屮间通入惰性或活性气体，为等离子体处理区域。试验装置结构如图1所示。2.2.1.2等离子体处理参数表2等离子体处理参数内容功率变化气体流量变化处理时间变化氩等离子体117w、197w、327w3、5、7(L/min)气氛种类氧等离子体130.5w氮等离子体121.5、210w、387w20、35、60(seem)60、100、200(seem)0.5min,lmin，2min,3min,4min，

6、8min注：隔板间距为2.5mm，隔板间电流为160mA，RF射频电源的频率为13.56MHz2.2.2等离子体处理后纤维结构性能测试2.2.2.1失重率实验仪器：北京光学仪器厂生产的DF-100型SIMPLEPANBALANCE2.2.2.2扫描电镜(SEM)实验仪器：F1本电子公司生产的JSM-6360LV型扫描电子敁微镜测i式参数：加速电压10kv;电流5mA2.2.23广角X射线衍射仪实验仪器：日本理学电机公司(Rigaku)的D/max-B型X射线衍射仪测试参数：粉末法；电压：40kv

7、；电流：50mA扫描速度：5度/分；扫描角度20范围：60-360CuKa靶(X=1.5418埃)2.2.2.4光电子能谱仪(XPS)实验仪器：英国Kratos公司生产的AXISUltra测试参数：使用带单色器的铝靶X射线源(hv=1486.71eV);功率225W；最小分析面积15Pm2.2.2.5断裂强度实验方法：依据GB5886-86苎麻单纤维断裂强度试验方法实验仪器：山东莱州电子仪器有限公司生产的LLY-06C型电子单纤维强力仪测试参数：两夹头隔距：20mm预加张力：0.2CN下夹头下降

8、速度20mm/min注：以上所有试验的环境条件：温度：21±2°C,相对湿度：45%±2%3实验结果及分析3.1扫描电子显微镜形态结构测试结果与讨论3.1.1不同的处理时间0.5分钟1分钟2分钟3分钟4分钟8分钟图2竹纤维经不同时间氩等离子体处理后的纵向电镜照片氩、氧、氮等离子体处理均对天然竹纤维产生刻蚀作用，随时间的延长表面刻蚀作用越来越严重。以氩等离子体为例，见图2,具体表现在:(1)经过30秒和1分钟的处理时，纤维表面呈竖条状划痕，但差异不大，1分钟略重于30秒。(2)当处理时间延长到2分