[其他]纖維、織物及薄膜表面冷等離子體連續(xù)處理工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87104425
• 申請日: 1987-06-23
• 公開（公告）號: CN87104425A
• 公開（公告）日: 1988-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 魏月貞;張志謙;張秀斌;陶曉秋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: D06M10/00
• 分類號: D06M10/00
• 代理公司: 哈爾濱工業(yè)大學專利事務所
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明是關于纖維、織物及薄膜表面冷等離子體連續(xù)處理的新工藝，用來改善它們的表面性能。

眾所周知：纖維在增強樹脂基體前一定要進行表面處理，從而使纖維表面具有較好的浸潤性和粘結性來獲得較高的層間剪切強度，保證較佳的復合效果，用于包裝等行業(yè)的薄膜也存在需表面處理的問題。尤其是隨著航天、航空及交通運輸業(yè)，醫(yī)療和體育用品對特種纖維增強樹脂基復合材料-碳纖維、石墨纖維和芳綸纖維增強樹脂基復合材料的迫切需要，使得表面處理的問題越來越突出。

特種纖維具有非常高的比強度和比模量。但由于他們的表面惰性大，浸潤性和粘結性都很差，這使得特種纖維增強的復合材料的層間剪切強度很低，性能分散性也大，影響了特種纖維優(yōu)異力學性能在復合材料中的發(fā)揮，也就限制了這種先進復合材料的使用。因此，尋找一種行之有效又可工業(yè)化的表面處理方法來改善纖維的表面性能，提高復合材料的層間剪切強度成為一個影響這種先進復合材料應用的關鍵性問題。

常規(guī)的表面處理方法有氣相氧化法、液相氧化法、表面涂層法、表面化學氣相沉積法、表面接技法、表面電沉積法等。但這方法分別存在有處理效果差、處理效率低、工藝復雜、操作復雜、環(huán)境污染、費用昂貴及難以工業(yè)化等缺點。而冷等離子體表面處理法和這些方法相比則有其獨特的優(yōu)越性。

1、由于是氣相與固相反應，避免了液體試劑的使用，經濟、安全、無公害，沒有三廢處理的問題。

2、表面處理一步完成，操作簡單。而且處理僅影響表面性能，對本體幾乎不發(fā)生作用，因此，等離子體處理時對本體性能幾乎不發(fā)生影響。

3、處理時間短、效果好，適應面廣泛且易于工業(yè)化。

但到目前為止，國內外現(xiàn)有的有關技術都無法達到工業(yè)化連續(xù)生產的要求。本發(fā)明的目的就是要提供一種行之有效的、可工業(yè)化的纖維、織物、薄膜表面冷等離子體連繼處理新工藝。

本發(fā)明是對纖維束、纖維帶、薄膜進行連續(xù)表面處理的新技術工藝。以纖維、織物的處理為例，等離子體處理裝置包括束絲分離器，真空密封系統(tǒng)，真空計，充排氣系統(tǒng)和等離子發(fā)生器。其詳細結構設計已和本發(fā)明同時申請專利。送絲系統(tǒng)將多束纖維（纖維束數(shù)不限）同時連續(xù)地通過束絲分離器進入等離子體處理裝置。收絲系統(tǒng)和送絲系統(tǒng)相配合，將處理好的纖維連續(xù)收起，根據(jù)需要還可在收絲系統(tǒng)前加一浸膠系統(tǒng)。束絲分離器可保證多束纖維同時地、平行地、不重迭地進入處理裝置。真空密封系統(tǒng)和充排氣系統(tǒng)保證在指定真空度和氣氛下產生冷等離子體。等離子體發(fā)生器的振動頻率為13.56MHZ，為電容耦合式，功率為30～3000W。系統(tǒng)真空度為1-10^-2Torr，處理氣氛即可是惰性氣體（He、Ar、N₂等）也可為活性氣體（O₂、CO₂、NH₃空氣等）。處理時間可為1S～30min。

在冷等離子體中含有豐富的反應活性物質。如紫外線、自由基、活化了分子和原子、離子、電子等。當它們和被處理固體表面作用時，可在其表面發(fā)生氧化、交聯(lián)、大分子斷鏈等反應。其中交聯(lián)反應可消除其表面的薄弱層，大分子斷鏈可增加表面形成界面時的界面擴散能力，而氧化通過增加了表面極性基團可達到增加界面作用力的效果。這些都利于表面浸潤性和表面粘結能力的改善。這可使得纖維增強樹脂基復合材料的層間剪切強度大為提高。具體的處理效果除和被處理物的性質有關外還和處理時間、等離子體氣氛、功率及真空度有關。

在實施例1、2中所用樹脂基體配方均為環(huán)氧618∶BF₃∶乙胺∶丙酮＝33.30克∶1，000克∶27毫升。固化條件為：

室溫T↑????100℃????T↑????150℃????T↑????180℃

0.5hr 20kg/cm²40kg/cm²40kg/cm²40kg/cm²

1mr????2hr

實施例1：纖維為吉林碳素廠生產的碳纖維。抗拉強度為2.2×10⁴kg/cm²，比重為1.73g/cm³，含碳量＞90%。纖維束支數(shù)為3000，將20束石墨纖維同時連續(xù)進行冷等離子表面處理，制成纖維增強環(huán)氧復合材料，結果見表一。