PTFE纤维等离子体表面改性及机理研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.06.010

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (6): 66-71.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.06.010

PTFE纤维等离子体表面改性及机理研究

马义蘅¹(), 王建勇²()

^1.华中科技大学材料科学与工程学院，武汉 430074
^2.北方民族大学机电工程学院，银川 750021

收稿日期:2023-10-24 出版日期:2024-06-26 发布日期:2024-06-20
通讯作者: 王建勇（1982—），男，汉族，宁夏青铜峡人，博士研究生，高级工程师，研究方向：数字化制造技术，5446941@qq.com
E-mail:482864299@qq.com;5446941@qq.com
作者简介:马义蘅（2003—），男，回族，宁夏银川市人，华中科技大学材料科学与工程专业在读，研究方向：高分子材料研究及应用，482864299@qq.com

Study on plasma surface modification and mechanism of PTFE fiber

MA Yiheng¹(), WANG Jianyong²()

^1.School of Materials Science and Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China
^2.College of Mechatronic Engineering of North MinZu University，Yinchuan 750021，China

Received:2023-10-24 Online:2024-06-26 Published:2024-06-20
Contact: WANG Jianyong E-mail:482864299@qq.com;5446941@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

通过接触角的测试试验、单丝拔出试验和剥离强度试验研究了聚四氟乙烯（PTFE）纤维等离子表面改性的效果，通过扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）等分析设备或方法对样品进行分析研究。结果表明，PTFE纤维等离子表面改性后材料之间的相容性和结合力更高，性能更加优越；界面剪切强度随着时间的增加呈现出先增加后减少的变化规律，效果随着放置时间的增加逐渐变弱，24 h后，改性效果失效。

关键词: 聚四氟乙烯, 等离子体, 表面改性, 反应机理

Abstract:

In this paper， the effect of plasma surface modification of PTFE fibers was investigated through contact angle， monofilament pull⁃out， and peel strength measurements. The obtained samples were analyzed by means of scanning electron microscopy， Fourier⁃transform infrared spectroscopy， and X⁃ray photoelectron spectroscopy. The results indicated that the plasma surface modification of PTFE fibers promoted higher compatibility and higher adhesion between materials， thus resulting in better performance. The modified PTFE fibers showed an increase in the interface shear strength at first and then decreased with an increase in the time. Such an effect weakened gradually with an increase in the placement time， leading to a failure in the modification effect failed after 24 h.

Key words: polytetrafluoroethylene, plasma, surface modification, reaction mechanism

中图分类号:

TQ342

马义蘅, 王建勇. PTFE纤维等离子体表面改性及机理研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 66-71.

MA Yiheng, WANG Jianyong. Study on plasma surface modification and mechanism of PTFE fiber[J]. China Plastics, 2024, 38(6): 66-71.

图/表 15

图1 SY⁃DT01型低温等离子体处理仪

Fig.1 SY⁃DT01 low⁃temperature plasma

图2 等离子体处理装置原理

Fig.2 The principle of plasma surface treatment machine

图3 单丝拔出试验原理图

Fig.3 Schematic diagram of the single⁃fiber pull⁃out test

图4 剥离强度实验原理

Fig.4 Principle of the peel strength experiment

图5 实验样品

Fig.5 Experimental sample

图6 接触角及测试设备

Fig.6 Contact angle and testing equipment

图7 等离子改性对PTFE纤维接触角的影响

Fig.7 The effect of plasma modification on the contact angle of PTFE fibers

图8 接触角随时间变化曲线

Fig.8 Curve of contact angle over time

项目	接触角/°	表面能/ $J · m - 2$
PTFE纤维改性前	123.09	0.027 7
PTFE纤维改性后	94.34	0.048 6
提升率/%	23.36	75.45

项目	接触角/°	表面能/ $J · m - 2$
PTFE纤维改性前	123.09	0.027 7
PTFE纤维改性后	94.34	0.048 6
提升率/%	23.36	75.45

表1 等离子改性前后PTFE纤维的固体表面能

Tab.1 Solid surface energy of PTFE fibers before and after plasma modification

表1 等离子改性前后PTFE纤维的固体表面能

Tab.1 Solid surface energy of PTFE fibers before and after plasma modification

图9 单丝拔出试验相对剪切强度变化

Fig.9 Change in relative shear strength during single⁃fiber pull⁃out test

图10 PTFE改性前后的红外光谱

Fig.10 Infrared spectra before and after PTFE modification

样品	C1s/%	F1s/%	O1s/%
N⁃PTFE	33.33	65.51	1.15
M⁃PTFE	34.14	64.20	1.21

表2 等离子改性前后PTFE纤维表面化学组成

Tab.2 Chemical composition of PTFE fiber surface before and after plasma modification

图11 PTFE纤维改性前后的XPS谱图

Fig.11 XPS spectra of PTFE fibers before and after modification

图12 改性前后织物衬垫径向截面形貌照片

Fig.12 Photos of radial cross⁃sectional morphology of fabric liners before and after modification

图13 改性前后织物衬垫纬向截面形貌照片

Fig.13 Photos of latitudinal cross⁃sectional morphology of fabric liners before and after modification

参考文献 10

1	李旭东.聚四氟乙烯膜的表面改性研究进展［J］.2021，50（12）：61⁃64，66.
	LI X D. Research progress of surface modification of polytetrafluoroethylene membrane［J］.Shandong Chemical Industry，2021，50（12）：61⁃64，66.
2	张科，高磊.碳材料改性PTFE的进展［J］.塑料，2021，50（6）：146⁃151.
	ZHANG K， GAO L. Progress of carbon material modified PTFE［J］.Plastics，2021，50（6）：146⁃151.
3	左程，肖伟.聚四氟乙烯改性现状及研究进展［J］.合成树脂及料，2022，39（04）：70⁃76，81.
	ZUO C， XIAO W. Modification status and research progress of PTFE［J］.China Synthetic Resin and Plastics，2022，39（04）：70⁃76，81.
4	游欣，唐宝华，刘江涛，等. 聚四氟乙烯微孔膜亲水改性研究进展［J］. 杭州化工， 2021，51（1）：5⁃8.
	YOU X， TANG B H， LIU J T，et al. Research progress of hydrophilic modification of polytetrafluo⁃roethylene porous membrane［J］.Hangzhou Chemical Industry，2021，51（1）：5⁃8.
5	何俊惠，庄彩虹，徐文钦，等.等离子体表面改性对PTFE织物自润滑衬垫综合性能的影响［J］.轴承，2022，4：59⁃62，82.
	HE J H， ZHUANG C H， XU W Q，et al. Effect of plasma surface modification on comprehensive properties of PTFE fabric self⁃lubricating liners［J］.Bearing，2022，4：59⁃62，82.
6	陈忠文.大气压等离子体在铝合金表面清洗中的研究进展［J］.苏盐科技，2021， 48（4）：33⁃34.
	CHEN Z W. Research progress of atmospheric pressure plasma in surface cleaning of aluminum alloys［J］.Jiangsu Salt Science & Technology，2021，48（4）：33⁃34.
7	张翊，吴兵，张临风，等.面向原子级表面制造的等离子体诱导原子选择刻蚀技术［J］. 中国科学：技术科学，2022，52（6）：882⁃892.
8	张辉，周灵平，杨武霖.PP膜表面等离子体活化接枝改性［J］.工程塑料应用，2021，49（5）： 29⁃33.
	ZHAN H， ZHOU L P， YANG W L. Surface plasma⁃activated grafting modification of PP film［J］.Engineering Plastics Application，2021，49（5）：29⁃33.
9	曾蓉，朱鹤孙，庞志成，等. Nafion^TM膜表面改性——用等离子体聚合方法提高膜的阳离子选择性［J］.高等学校化学学报，2001，22（4）：687⁃690.
	ZENG R， ZHU H S， PANG Z C，et al. Surface modification of ion exchange membrane（NafionTM） the enhancement of cation selectivity by plasma polymerization process［J］.Chem J Chinese Universities，2001，22（4）：687⁃690.
10	张永章，王晗，姜建英，等.聚四氟乙烯微粉的表面改性及其在橡胶中应用的研究进展［J］.橡胶科技，2021，19（10）：473⁃478.

[1]	刘顺权, 张馨月, 冯占苗, 傅陈超, 薛平, 张润. PTFE改性技术及其性能优化研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 112-119.
[2]	严成, 李露露, 陈天欢, 郭帅, 俞科静. 超高分子量聚乙烯纤维表面纳米ZnO可控生长及其界面性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 47-54.
[3]	林煦航, 钱善华, 张炜, 卞达, 倪自丰. 表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 6-12.
[4]	李先铭, 张宁, 李改花, 刘爽, 刘征原. 十二烷基硫酸钠表面改性水滑石对PVC热稳定性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 82-86.
[5]	李红波, 杨睿, 苏正涛. 不同硬质增强填料对PTFE性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 13-19.
[6]	周梅, 李思佳, 徐玮峰, 黄金保, 罗小松, 吴雷. 对苯二甲酸乙二醇酯二聚体水/醇/氨解机理的理论研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 90-98.
[7]	张林, 夏章川, 何亚东, 信春玲, 王瑞雪, 任峰. 等离子体射流载气流量大小对玻璃纤维改性效果影响的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 7-15.
[8]	余大荣, 辛勇. 超高分子量聚乙烯改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 135-145.
[9]	欧阳宇飞, 王华山. 低温等离子处理ABS的预电镀性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 80-86.
[10]	赵新新, 金晓冬, 施妍, 孙诗兵, 吕锋, 田英良, 赵志永. 基于紫外⁃臭氧辐照的挤塑聚苯乙烯表面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 8-13.
[11]	李娟, 王亚桥. 聚四氟乙烯原位纤维化对TPEE/PTFE复合材料发泡行为的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 38-43.
[12]	付雲昭, 张琦, 夏礼栋, 高达利, 张师军. 碳纤维增强热塑性复合材料增韧研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 23-32.
[13]	吴昆, 樊亚勤, 沈倩, 苗壮, 周城. 核电用聚四氟乙烯密封件老化状态研究及使用寿命预测[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 98-103.
[14]	陈全贵, 张美林, 王孝军, 杨杰. 半芳香族聚酰胺PA6T及其PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 1-11.
[15]	张博, 王小峰, 郭萌, 白志媛, 任翠红, 韩文娟, 宇山浩, 李倩. 聚乳酸表面羧基化改性及细胞相容性研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 17-23.

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