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PTFE纖維因具有高熱穩(wěn)定性、化學惰性、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用于航空航天、工業(yè)、醫(yī)療、軍事等重要領域。因為PTFE分子鏈段無極性、基團惰性強、表面活性低、表面疏水性強等性質,使得與其他物質附著時的粘接強度較弱。不但影響材料粘接效果,并且還會導致PTFE轉移膜過早脫落,使得材料磨損率高,在應用中會出現(xiàn)嚴重的安全隱患,給生產生活帶來一定的危害。尤其應用在關節(jié)軸承時,需要充分展現(xiàn)PTFE織物的潤滑特性,確保軸承在運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PTFE纖維進行表面改性,提升成品的粘接性能。

等離子體是正負帶電粒子密度相等的導電氣體,與固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質被稱為物質的四形態(tài)。等離子體表面改性是一種便捷、高效、綠色、經濟的材料表面處理技術,其特點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結構和表面性能。

PTFE纖維等離子表面改性機理分析

為了對PTFE纖維改性過程中表面官能團變化情況況進行分析研究,對改性前后的PTFE纖維分別進行紅外光譜分析、X射線光電子能譜表征測試,結果如圖1所示。經過等離子改性后,PTFE纖維紅外光譜在3387、1589cm^-1等處出現(xiàn)了新的特征峰,分別對應于—OH、—C=O與—CH2等官能團,表明等離子體改性使PTFE纖維上的親水基團增多,增強了PTFE的親水化程度。由此可知,PTFE纖維表面改性有利于提高PTFE纖維與樹脂的黏結強度。

圖一 PTFE等離子改性前后的紅外光譜

采用X光電子能譜技術深入定量研究等離子改性對PTFE纖維表面官能團的影響。如圖2所示,PTFE纖維等離子改性前后的XPS譜圖高度相似,292eV對應于C元素衍射峰(C—F化學鍵),685eV與877eV分別對應于F元素的F1s與FKLL衍射峰。等離子改性后,M?PTFE纖維的F元素衍射峰相對強度有所下降,表明等離子改性后C—F化學鍵強度下降,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。據文獻報道,等離子改性可有效引入C—O,C=O等官能團,這些新增的官能團有助于提升纖維與樹脂的結合力。

PTFE纖維等離子改性處理后會增大材料表面分子的內能和動能,內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,試樣表面C—F鍵和C—C鍵發(fā)生斷裂,產生大量自由基或引進某些極性基團,極大地優(yōu)化了材料的表面性能。