1. 前言

芳纶纤维的应用非常广泛，特别是在各种复合材料中。这些复合材料很多用于直升飞机装甲，军用车辆，防弹头盔及人体装甲等方面。复合材料不仅防弹性能好，而且耐腐蚀，重量轻。但到目前为止，芳纶纤维与树脂的粘合性仍有待提高。如果粘合性不能达到标准要求，随着使用时间的推移，芳纶纤维就会和树脂逐渐脱离。汽车轮胎中的帘子线与橡胶的粘合是一个粘合性应用很好的例子。帘子线就像轮胎中的骨架，如果与橡胶粘合的不好，汽车在行驶途中，就会不断的剥离帘子线和橡胶，等达到一定程度，就可能引发灾难性事故[1-2]。

经常压等离子体射流处理后的芳纶纤维，表面被高能粒子轰击发生刻蚀，纤维表面粗糙度大大增加，比表面积增大，同时纤维表面还引入了一些极性基团。如： －CONH,－COOH等。这些基团不仅能改善纤维表面亲润性，还能与树脂形成交联，从而提高芳纶纤维与树脂的粘合性[1-7]。

2．常压等离子体射流的处理试验

2.1试验仪器

采用自制常压等离子体射流处理系统。

2.2试验参数

等离子体射流处理宽度：8mm

气体流量：氦气25liters/min ；氢气：0.2liters/min

气体温度：100℃

喷头到处理试样间的距离：1mm

传送带的运动速度为17cm/min

等离子体射流处理时间：10min

2.3试样准备

通过对处理环境温湿度的调节，控制三种有代表性的芳纶纤维含水率。它们分别为0.5%，4.5%，5.5%。对每种含水率准备3份试样。

2.4 试验方法

调节好常压等离体射流处理环境的温度和湿度。并在处理不同含水率的芳纶纤维时保持对应温湿度的相对稳定。将样品沿传送带移动方向固定于传送带上。先打开通气阀门，再打开电源。等达到试验参数要求后开始试验。将试验后的样品立即分类装入密封的玻璃瓶内。

3．表面化学元素分析试验

3.1表面的定义

表面的定义是物体内部和真空之间的过渡区域，它包括物体的最外面数层原子和覆盖其上的一些外来原子和分子。就表面科学研究而言，表面的厚度一般为十分之几纳米至数纳米[8]。这也是提高芳纶纤维表面粘合性所应重点改善的区域。

3.2 表面化学元素分析

3.2.1分析方法

XPS (X-ray photoelectron Spectroscopy)  中文名称是X 射线光电子谱术。

3.2.2试验设备

X射线光电子能谱分析仪

3.2.3试验参数

调节X射线光电子能谱分析仪的采集角为90度，本地真空为2×109 mPa,X光的功率为300W,电压为13kV,电流是20mA。由于在常压等离子体射流处理过程中，接触到的主要是空气，所以主要探测元素为C,N,O三种元素。

3.2.4试样的准备

为了能对比处理前与处理后和处理不同含水率的芳纶纤维的表面化学元素的变化，特制备如表3-1的4份样品。 
           表3-1  表面化学元素分析试验的4份样品情况
   

 3.2.5试验步骤

将4份试样依次放入光电子能谱分析仪，将照射区抽真空。按照设定参数开始依次分析。

3.2.6测试结果

芳纶纤维经过常压等离子体的处理后，表面的化学键的种类有了一定的变化。表3-2反映的4份样品经XPS分析后的表面化学元素不同化学键的比例变化。凡是经常压等离子体处理过的比没处理过的芳纶纤维表面—CONH—有所增加，处理过的芳纶纤维表面引入了新的化学键—COO—。经过常压等离子体处理过的芳纶纤维表面，含水率越高，化学键—CONH—和—COO—也增加越多。

4.结论

    通过以上实验和分析，可以得出如下结论：1.芳纶纤维经过常压等离子体射流处理后，极性化学键有了明显的增加。未经处理的芳纶纤维表面主要是—C—C—，—C—C—N—和—C—O—键 ，而经过常压等离子体射流处理过后表面增加了—CONH—和—COO—极性化学键。2.在射流处理过程中纤维的含水率不同，极性化学键的增加不同，含水率越高，极性化学键增加越明显。而极性化学键的增加能有效促进芳纶纤维表面粘合性增加。

    使用常压等离子体处理对今后大工业的连续生产提供了很好的环境条件，真空状态的等离子体不能实现连续生产，生产效率低。而低温下的等离子体使得生产成本有非常高。所以，常压等离子体射流处理技术是一种节能，高效的生产处理技术。