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PTFE纖維因具有高熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性、耐腐蝕性、低表面張力和低摩擦因數(shù)等優(yōu)良的綜合性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)、醫(yī)療、軍事等重要領(lǐng)域。因?yàn)镻TFE分子鏈段無極性、基團(tuán)惰性強(qiáng)、表面活性低、表面疏水性強(qiáng)等性質(zhì),使得與其他物質(zhì)附著時(shí)的粘接強(qiáng)度較弱。不但影響材料粘接效果,并且還會(huì)導(dǎo)致PTFE轉(zhuǎn)移膜過早脫落,使得材料磨損率高,在應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患,給生產(chǎn)生活帶來一定的危害。尤其應(yīng)用在關(guān)節(jié)軸承時(shí),需要充分展現(xiàn)PTFE織物的潤滑特性,確保軸承在運(yùn)作的過程中維持較低的摩擦因數(shù)及較低的磨損量。因而通常考慮要對(duì)PTFE纖維進(jìn)行表面改性,提升成品的粘接性能。

等離子體是正負(fù)帶電粒子密度相等的導(dǎo)電氣體,與固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)被稱為物質(zhì)的四形態(tài)。等離子體表面改性是一種便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的材料表面處理技術(shù),其特點(diǎn)是在保持材料本體屬性不變的情況下,能夠有效提升材料的表面性能。

PTFE纖維等離子表面改性原理

等離子體表面改性的方法就是將材料放置在非聚合性氣體(如Ar,H2,O2,N2和空氣等)的等離子體之中,然后用高能態(tài)等離子體轟擊材料表面,將能量傳遞給試樣表層的分子,從而改變材料的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面性能。

PTFE纖維等離子表面改性機(jī)理分析

為了對(duì)PTFE纖維改性過程中表面官能團(tuán)變化情況況進(jìn)行分析研究,對(duì)改性前后的PTFE纖維分別進(jìn)行紅外光譜分析、X射線光電子能譜表征測(cè)試,結(jié)果如圖1所示。經(jīng)過等離子改性后,PTFE纖維紅外光譜在3387、1589cm^-1等處出現(xiàn)了新的特征峰,分別對(duì)應(yīng)于—OH、—C=O與—CH2等官能團(tuán),表明等離子體改性使PTFE纖維上的親水基團(tuán)增多,增強(qiáng)了PTFE的親水化程度。由此可知,PTFE纖維表面改性有利于提高PTFE纖維與樹脂的黏結(jié)強(qiáng)度。

圖一 PTFE等離子改性前后的紅外光譜

采用X光電子能譜技術(shù)深入定量研究等離子改性對(duì)PTFE纖維表面官能團(tuán)的影響。如圖2所示,PTFE纖維等離子改性前后的XPS譜圖高度相似,292eV對(duì)應(yīng)于C元素衍射峰(C—F化學(xué)鍵),685eV與877eV分別對(duì)應(yīng)于F元素的F1s與FKLL衍射峰。等離子改性后,M?PTFE纖維的F元素衍射峰相對(duì)強(qiáng)度有所下降,表明等離子改性后C—F化學(xué)鍵強(qiáng)度下降,纖維疏水性下降。

圖2 PTFE纖維等離子改性前后的XPS譜圖

如表2所示,等離子改性前后PTFE纖維元素組成發(fā)生了變化,C元素和F元素含量下降,O元素含量增加。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,等離子改性可有效引入C—O,C=O等官能團(tuán),這些新增的官能團(tuán)有助于提升纖維與樹脂的結(jié)合力。

PTFE纖維等離子改性處理后會(huì)增大材料表面分子的內(nèi)能和動(dòng)能,內(nèi)能的增加將加劇分子鏈段的不穩(wěn)定狀態(tài),造成材料的熱蝕、交聯(lián)、降解和氧化反應(yīng),試樣表面C—F鍵和C—C鍵發(fā)生斷裂,產(chǎn)生大量自由基或引進(jìn)某些極性基團(tuán),極大地優(yōu)化了材料的表面性能。