低溫等離子體技術(shù)在炭材料改性中的應(yīng)用
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-11-23
炭素材料在許多應(yīng)用場(chǎng)合常常需要按使用要求改善其表面性能。為了使炭材料適合各種應(yīng)用需要,一般有兩種作法。一種是利用各種表面改性技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)新的表面活性層,從而改變表面、界面的基本特性;另一種作法是借助功能性薄膜或表面層形成技術(shù)在原表面上敷膜、這兩種作法的目的都是為了使材料具有一種或幾種表面性能。為此人們研究開(kāi)發(fā)了多種表面處理技術(shù)。如化學(xué)濕法處理、電子束或紫外線處理、以及低溫等離子體處理等。其中低溫等離子體表面處理既能改變表面結(jié)構(gòu),也可控制界面物性,在炭材料表面處理方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
低溫等離子體技術(shù)在炭材料改性中的應(yīng)用
炭材料作為人類(lèi)最早接觸的物質(zhì)之一,歷經(jīng)數(shù)百年的發(fā)展,在20世紀(jì)末期隨著以富勒烯為代表的一系列具有新穎結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)材料的出現(xiàn),進(jìn)入了快速發(fā)展的快車(chē)道。炭材料的種類(lèi)雖然繁多,但它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)在相當(dāng)程度上是類(lèi)似的,幾乎都是由六角碳網(wǎng)面構(gòu)成的微晶積層體形成的多晶體。下面介紹低溫等離子體技術(shù)在炭纖維材料表面改性中的應(yīng)用。
炭纖維的表面處理
炭纖維(CF)通常作為聚合物、金屬、碳和水泥等基體的增強(qiáng)材料使用,也作為催化劑載體、污染物的吸附脫除介質(zhì)大量使用,這些應(yīng)用場(chǎng)合均對(duì)炭纖維材料的表面性質(zhì)有不同程度的要求。比如,炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRC)的力學(xué)性能主要取決于基體材料的力學(xué)性能、纖維和基體的結(jié)合性能以及纖維和基體界面應(yīng)力的傳遞方式,而后兩種性能與纖維表面性質(zhì)密切相關(guān)。未經(jīng)表面處理的CF,活性表面積小(≤0.138m2g),邊緣活性碳原子數(shù)目也較少,因而表面能低,接觸角大,呈現(xiàn)憎液性,導(dǎo)致使CF與基體的粘結(jié)強(qiáng)度較差。因此,有必要對(duì)炭纖維表面進(jìn)行處理,其目的是清除CF材料的表面雜質(zhì),在CF表面形成微孔和刻蝕溝槽,從類(lèi)石墨層面改性成石墨狀結(jié)構(gòu)以增加表面能,或者在其表面引入具有極性或反應(yīng)性的官能團(tuán)以及形成與樹(shù)脂起作用的中間層,從而改善和基體之間的粘結(jié),提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
低溫等離子體表面改性的原理
材料的表面改性需要通過(guò)斷開(kāi)或激活材料表面的舊化學(xué)鍵并形成新的化學(xué)鍵才能實(shí)現(xiàn),這就首先需要低溫等離子體中的各類(lèi)粒子能夠具有足夠的能量以斷開(kāi)材料表面的舊化學(xué)鍵。低溫等離子體作為一種非熱平衡等離子體,其粒子能量的參數(shù)范圍如下:電子(Electrons)0eV～20eV,亞穩(wěn)態(tài)粒子(Meta-stablesExcited)0eV～20eV,離子(Ions)0eV～2eV,光子(UVvisible)3eV～40eV。除離子外,低溫等離子體中絕大數(shù)粒子的能量均高于這些化學(xué)鍵的鍵能,這表明,利用低溫等離子體完全可以破壞材料表面的舊化學(xué)鍵而形成新鍵,從而賦予材料表面新的特性。
低溫等離子體技術(shù)是對(duì)炭纖維表面進(jìn)行改性的一種行之有效的方法,它可以使炭纖維表面組成發(fā)生明顯的變化,導(dǎo)致接觸角的減小以及表面能的提高。同時(shí),由于含氧極性基團(tuán)的引入而使纖維與基團(tuán)界面形成牢固的化學(xué)結(jié)合力,提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
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