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常压脉冲射频等离子体放电对高强高模聚乙烯纤维的表面改性

作　者: 李赛
导　师: 张菁
学　校: 东华大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 脉冲射频辉光放电 UHMWPE 等离子体表面改性紫外辐照
分类号: TQ342.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文的主要研究目的是利用自行设计的常压脉冲射频等离子体纤维连续处理系统处理UHMWPE纤维,探索提高处理效率的条件与机理,提高与基体树脂的粘结强度。利用脉冲调制射频等离子体辉光放电,分析放电特性；并进行UHMWPE纤维表面刻蚀改性处理,提高纤维的表面润湿性、界面粘结性,尽可能不损伤UHMWPE纤维自身强度,同时对改性机理进行分析研究；最终配合紫外预处理,进一步缩减等离子体对UHMWPE纤维的处理时间,提高此表面处理方法应用的可行性。首先,通过对等离子体的电学参数分析和发射光谱诊断,我们研究了在不同放电功率、占空比、脉冲调制频率、载气流量和气体组分等条件下脉冲射频等离子体的放电状态。电流电压峰峰值曲线表明,在250 W的放电功率下,脉冲射频等离子体完全充满整个电极空间,辉光放电处于均匀的α放电模式；占空比控制在80%,放电电流可降低到0.55 A；O2混入1.5%的等离子体发射光谱图表明,放电空间内存在OH,O,O2+,N2+等一些高能活性粒子,粒子浓度随放电功率的提高都有所增加。其次,我们利用常压射频等离子体改性UHMWPE纤维的表面粘结性能,并通过SEM、单丝爬高试验、红外光谱、单丝拔出等表面表征方法对改性结果进行了讨论。SEM结果表明,随着脉冲射频等离子体处理时间的增加,纤维表面的刻蚀效果增强,表面微凹坑结构变得密集、凹坑加深；氧气的混合有助于纤维表面的刻蚀,加快刻蚀速度。纤维表面亲水性随处理时间的增加也有所提高,120min内UHMWPE单丝在亚甲基蓝溶液中的最高爬升可达8.5 mm。通过红外光谱可证明经等离子体处理,纤维表面有效地引入含氧活性官能团。纤维的界面粘结性能在O2混合1.5%,调制频率10000Hz,占空比80%,放电功率250 W,处理时间5 s的条件下可达到3.73 MPa, IFSS提高2.5倍,断裂强度仅降低1.38%。为找出较好工艺条件,提高脉冲射频等离子体表面改性方法的工业可行性,本文还利用低能紫外辐照与脉冲射频等离子体联用,改性UHMWPE纤维的表面粘结性能,同时运用SEM、单丝爬高试验、红外光谱、单丝拔出等试验进行表征。结果表明,经过20 min的325 nm紫外辐照预处理,UHMWPE纤维的界面粘结性能在02混合1.5%,调制频率10000 Hz,占空比80%,放电功率250 W,处理时间3 s的条件下,单丝IFSS可提高2.7倍,断裂强度仅降低3.85%。综上所述,本论文通过对脉冲射频等离子体的放电特性研究,获得均匀辉光放电,降低了放电电流,结合紫外辐照预处理在3 s的较短的处理时间和较小的断裂强度降低的情况下,提高单丝IFSS达2.7倍。表面粗糙度的提高和含氧基团的引入是IFSS提高的主要原因。为工业化应用奠定了一定基础。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-11
第一章绪论  11-23
  1.1 UHMWPE纤维的性能与应用  12-15
  1.2 常压等离子体表面改性技术  15-20
  1.3 论文的研究内容与意义  20
  参考文献  20-23
第二章脉冲射频等离子体放电特性研究  23-39
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验条件  24-25
  2.3 结果与讨论  25-36
  2.4 本章小结  36-37
  参考文献  37-39
第三章脉冲射频等离子体对UHMWPE纤维表面的刻蚀研究  39-53
  3.1 引言  39-40
  3.2 实验部分  40-41
  3.3 结果与讨论  41-50
  3.4 结论  50
  参考文献  50-53
第四章紫外辅助等离子体对UHMWPE纤维表面的刻蚀研究  53-64
  4.1 引言  53-54
  4.2 实验部分  54
  4.3 结果与讨论  54-62
  4.4 结论  62
  参考文献  62-64
第五章结论  64-66
硕士期间发表文章  66-67
致谢  67

常压脉冲射频等离子体放电对高强高模聚乙烯纤维的表面改性

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