常壓等離子射流對紡織品表面改性的均勻性和滲透性研究(共7頁)

1、 常壓等離子射流對紡織品表面改性的均勻(jnyn)性和滲透性研究HYPERLINK /Search.aspx?q=author:%E7%8E%8B%E6%98%A5%E9%9C%9E t _blank 王春霞 【摘要(zhiyo)】： 紡織工業(yè)是我國外貿(mào)順差最大的行業(yè),同時也是對環(huán)境污染最大、耗能和耗水最大的工業(yè)之一。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì),紡織行業(yè)每年排放廢水9億多噸,其中印染(ynrn)廢水還具有脫色困難、含有機(jī)物濃度高等特點(diǎn)。因此,紡織業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,很大程度上取決于能否解決印染廢水問題。要徹底解決這個問題,需要改進(jìn)原有的紡織印染和后整理的工藝路線。 等離子體處理是一種物理和化學(xué)方法相結(jié)合的氣態(tài)

2、處理技術(shù),與傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理過程相比,具有低污染、低能耗、不耗水、不用化學(xué)試劑等優(yōu)點(diǎn)。尤其是低溫等離子體中高能量的電子及其它激發(fā)態(tài)或電離態(tài)的粒子僅在被處理物體表面幾十納米深度范圍內(nèi)引起物理和化學(xué)變化,而較低的氣體溫度使得材料內(nèi)部的性質(zhì)不發(fā)生變化,因此,低溫等離子體表面處理可以用于高分子材料的表面改性。隨著人們對紡織行業(yè)在生態(tài)和經(jīng)濟(jì)方面的日益限制,等離子體作為一種環(huán)保型的高分子材料表面改性技術(shù),在紡織品預(yù)處理和后整理等方面的應(yīng)用越來越受歡迎,已經(jīng)呈現(xiàn)出其有效性和適用性,具有廣闊的應(yīng)用前景。 過去大多數(shù)等離子體處理過程都是在低壓下進(jìn)行,這不僅需要昂貴的真空體系,而且由于要抽真空,不能實(shí)現(xiàn)在線處理

3、,使得較低附加值的紡織品一類的產(chǎn)品成本過高,難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化處理。與之相比,國際上最近幾年來正在積極開發(fā)的常壓非平衡低溫等離子體表面處理技術(shù),與低壓等離子體處理不同,常壓等離子體可以直接加入現(xiàn)有的生產(chǎn)流水線,實(shí)現(xiàn)在線處理紡織品。對于紡織品一類的多孔材料,等離子處理效果不僅局限于基體表面幾十納米范圍內(nèi),而且需要等離子中活性物種能夠在保持活性的前提下通過材料中的孔隙穿透到材料的其它內(nèi)表面進(jìn)行處理。由于紡織品的特殊結(jié)構(gòu)和加工過程的特殊性,常壓等離子體在線處理紡織品中等離子體和紡織品之間的相互作用和在真空中的情況有所不同。在真空中,等離子體可以在兩塊極板中或在線圈中比較均勻地產(chǎn)生,充滿整個容器的,所以一

4、般而言,被處理物的所有表面都能直接接觸到等離子體而被處理。而在常壓下,情況有所不同,尤其是目前比較有希望在紡織品處理中應(yīng)用的噴射式常壓等離子體處理系統(tǒng)中,等離子體是在一個噴頭中產(chǎn)生后向外噴射而形成的等離子射流,被處理材料只有一部分表面與等離子射流直接接觸而得到處理,纖維集合體如紗線織物等紡織品的其它內(nèi)表面的處理則取決于等離子射流中活性粒子通過孔隙與紡織品內(nèi)表面相互作用的能力。 基于上述重要問題的研究現(xiàn)狀,為了確保等離子射流能夠均勻地處理紡織品中纖維的所有表面,必須研究常壓等離子射流穿透紡織品的能力和處理的均勻性及其與紡織品結(jié)構(gòu)、處理?xiàng)l件之間的關(guān)系,并且需要發(fā)展新的理論來解釋常壓等離子射流中活性

5、粒子、非活性粒子和被處理物之間的相互作用關(guān)系,以指導(dǎo)常壓等離子射流處理紡織品一類的多孔材料。因此,本課題利用本實(shí)驗(yàn)室最近從國外引進(jìn)的噴射式常壓非平衡低溫等離子體發(fā)生器,從單纖維到織物系統(tǒng)地研究常壓等離子射流對紡織品表面改性的均勻性和滲透能力,利用纖維集合體經(jīng)常壓等離子體處理后吸濕性、染色性、粘結(jié)性等性能提高的特點(diǎn),電子掃描顯微鏡、原子力顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜及X射線光電子能譜等表面形態(tài)和化學(xué)成分分析方法來探測纖維表面發(fā)生的物理和化學(xué)變化,通過測定靜態(tài)和動態(tài)接觸角、對水滴吸收時間以及芯吸高度等方法來確定表面吸濕性的改善;通過光學(xué)、熒光、激光共焦掃描顯微鏡觀察染料在纖維橫截面擴(kuò)散和表觀色深值K

6、/S來表征染色性的改善;通過測定纖維與樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度來表征纖維粘接性的提高。 本文首先: eq oac(,1)研究了常壓等離子射流處理對單纖維整個表面的改性效果(xiogu)是否均勻,具體方法是將尼龍6纖維經(jīng)常壓等離子射流處理不同時間后,測定處理前后纖維的吸濕性和染色性。使用DCA315動態(tài)接觸角儀測定纖維的前進(jìn)角和后退角,使用普通、熒光和激光共焦掃描三種顯微鏡觀察染料在纖維橫截面擴(kuò)散情況。處理后纖維的前進(jìn)角和后退角分別下降(xijing)1020和2030,染料在纖維橫截面擴(kuò)散的深度加大且分布均勻,說明常壓等離子射流處理對單纖維(xinwi)整個表面的改性效果是均勻的。掃描電子顯微鏡

7、和X射線光電子能譜分析結(jié)果表明產(chǎn)壓等離子射流處理使纖維表面粗糙以及在纖維表面引入極性基團(tuán),這都有助于纖維吸濕性和染色性的提高,而且隨著處理時間的增加,常壓等離子射流處理單纖維的均勻性增加。 eq oac(,2)其次本文研究了常壓等離子射流對無捻和有捻紗線中不同位置的纖維的處理效果。首先研究了常壓等離子射流對無捻滌綸平行長絲束中處于不同位置的單絲的改性效果是否均勻,將處理后的長絲束截面看作圓形并分成六層,每層包括10根左右單絲,分別測定其靜態(tài)接觸角,結(jié)果表明處理后長絲束中處于不同位置的單絲的接觸角無明顯差異,但都小于原樣的接觸角,說明常壓等離子射流處理平行長絲束時的處理效果能夠滲透到每根單絲的表

8、面。同時,本文還研究了常壓等離子射流處理有捻紗線的滲透性,采用四種捻度不同的超高模量聚乙烯絲束為模型,測定處理前后纖維接觸角以及與樹脂的界面剪切強(qiáng)度。結(jié)果表明隨捻度的增加,接觸角增加,纖維和樹脂間的界面剪切強(qiáng)度減小,且兩者的離散程增加,說明捻度的增加減弱了常壓等離子射流對紗線滲透能力。 在研究了常壓等離子射流對單纖維和紗線的處理特點(diǎn)以后,本文 eq oac(,3)進(jìn)一步研究了常壓等離子射流處理織物的的滲透性及其滲透深度。首先采用羊毛機(jī)織物為模型,研究處理的工藝參數(shù)對等離子射流處理織物的滲透性的影響,通過改變輸出功率、處理時間、噴頭與織物間距離、氣體溫度以及織物移動速度來研究羊毛織物處理后正反面

9、吸濕和染色性能的變化及其差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明常壓等離子射流的處理效果以及在織物中的滲透性與處理時間、功率以及氣體溫度成正比,與基體移動速度無關(guān),當(dāng)噴頭與織物間距離小于1mm或大于6mm時,等離子的處理效果較差且?guī)缀鯖]有滲透,而當(dāng)距離為23mm左右時,處理效果及其滲透性最佳。因此,為了使織物正反面獲得最佳的處理效果且正反面性能差異小,應(yīng)該選擇合理的處理工藝參數(shù),使常壓等離子射流處理織物的滲透性達(dá)到最佳效果。 eq oac(,4)等離子體對織物的滲透能力和織物的孔隙大小及分布有很大關(guān)系。為了研究織物孔徑對常壓等離子射流處理織物的滲透性的影響,選取厚度相同孔徑及其分布不同的幾塊滌綸織物,將纖維平行且緊

10、貼布面粘貼在織物的正反面,采用在上一個實(shí)驗(yàn)中摸索出的常壓等離子射流滲透效果最佳的工藝參數(shù)處理試樣后,測試未處理纖維和處理后織物正反面纖維的接觸角的變化,從而(cng r)得出常壓等離子射流處理織物(zhw)的滲透性與織物孔徑的關(guān)系,當(dāng)孔徑大于200m時,處理效果可以完全滲透,而當(dāng)孔徑小于10m幾乎無滲透。 常壓等離子射處理較厚重的織物甚至是幾層織物時,需要了解等離子射流對不同孔徑織物的滲透深度。我們將幾層滌綸機(jī)織物粘貼在一起模擬(mn)一定厚度的織物,進(jìn)行氦氣/氧氣常壓等離子射流處理。通過測定織物對水滴吸收的時間和芯吸高度分別來評價(jià)每層織物正反面的親水性,研究發(fā)現(xiàn),在一定處理時間范圍內(nèi),隨著織

11、物孔徑的增加,常壓等離子射流對織物表面改性的深度相應(yīng)增加,結(jié)果表明等離子射流處理效果在孔徑為200m的滌綸機(jī)織物中能滲2mm左右。 為了確定常壓等離子射流處理時間和織物表面改性的滲透深度的關(guān)系,以氦氣和氧氣分別作為載氣和反應(yīng)氣體,對四層滌綸機(jī)織物疊放在一起的試樣處理不同的時間。每層織物的正反面對水滴吸收時間由200s下降至約0s,每層織物的芯吸高度隨著處理時間增加而線性增加,而隨著層數(shù)增加而線性關(guān)系下降,在得出處理時間和層數(shù)的關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了常壓等離子射流處理織物的滲透深度與處理時間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?預(yù)測出常壓等離子射流處理效果在織物中的滲透深度最多達(dá)六層。 本文的研究結(jié)果表明常壓等離子射流處理

12、效果能有效快速地穿透一定厚度的紡織品,掌握了如何有效地處理紡織品從而使其各個表面性能在一定處理?xiàng)l件下都能取得最佳的等離子體改性效果。常壓等離子射流處理紡織材料的均勻性和滲透性與處理工藝參數(shù)以及紡織品的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),前者有處理時間、功率、氣體溫度、噴頭與織物間距離;后者為表征不同紡織品特征的結(jié)構(gòu)參數(shù),如紗線捻度、織物結(jié)構(gòu)或孔徑等。另外,本文探討了常壓等離子射流處理紡織品的滲透機(jī)理 eq oac(,5)建立了處理織物的滲透深度與時間的關(guān)系,以及在一定工藝條件下常壓等離子射流最大滲透深度。這將會對常壓等離子射流處理紡織品的工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐起到十分重要的指導(dǎo)意義。超細(xì)超細(xì)：顧名思義就是超細(xì)旦纖維的意思。

13、目前，國際上超細(xì)纖維（micro fibre）尚未有統(tǒng)一的定義，美國PET委員會認(rèn)為纖維纖度0.3dtex1.0dtex為超細(xì)纖維，AKZO公司認(rèn)為超細(xì)纖維纖度的上限是0.3dtex，意大利則將0.5dtex以下的纖維稱為超細(xì)纖維【關(guān)鍵詞】：HYPERLINK /Search.aspx?q=%E5%B8%B8%E5%8E%8B%E7%AD%89%E7%A6%BB%E5%AD%90%E5%B0%84%E6%B5%81 t _blank 常壓等離子射流 HYPERLINK /Search.aspx?q=%E5%9D%87%E5%8C%80%E6%80%A7 t _blank 均勻性 HYPERLI

14、NK /Search.aspx?q=%E6%B8%97%E9%80%8F%E6%80%A7 t _blank 滲透性 HYPERLINK /Search.aspx?q=%E7%BA%BA%E7%BB%87%E6%9D%90%E6%96%99 t _blank 紡織材料 HYPERLINK /Search.aspx?q=%E5%B7%A5%E8%89%BA%E5%8F%82%E6%95%B0 t _blank 工藝參數(shù) HYPERLINK /Search.aspx?q=%E6%8D%BB%E5%BA%A6 t _blank 捻度 HYPERLINK /Search.aspx?q=%E5%AD%9

15、4%E5%BE%84 t _blank 孔徑 研究生論文介紹【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2008【分類號】：TS195.5【目錄】： 摘要(zhiyo)5-9ABSTRACT9-19第一章 前言19-23參考文獻(xiàn)20-232.1.3 等離子體的分類23-272.2 等離子體處理(chl)機(jī)理27-30 2.2.1 表面清潔272.2.2 等離子體(dnglzt)刻蝕及再沉積27-282.2.3 表面化學(xué)改性28-29第二章 文獻(xiàn)綜述23-482.1 基本概念23-27 2.1.1 等離子體的定義232.1.2 等離子體的產(chǎn)生232.2.4 等離子體聚合29-3

16、02.3 等離子體處理后性能表征30-332.3.1 表面形態(tài)分析302.3.2 表面化學(xué)成分分析302.3.3 吸濕性測定30-312.3.4 染色性測定312.3.5 界面粘結(jié)性能測試31-332.3.6 薄膜性能測試332.4 等離子體在紡織方面的應(yīng)用33-372.4.1 吸濕性33-342.4.2 染色性342.4.3 粘結(jié)性34-362.4.4 羊毛防縮36-372.4.5 退漿372.5 本課題研究內(nèi)容37參考文獻(xiàn)37-48第三章 常壓等離子射流處理的尼龍6纖維染料分布的顯微鏡表征:常壓等離子射流處理纖維的均勻性48-673.1 前言48-493.2 實(shí)驗(yàn)49-533.2.1 材料

17、493.2.2 等離子射流處理49-503.2.3 吸濕性測試503.2.4 纖維染色503.2.5 顯微鏡觀察50-523.2.6 掃描電子顯微鏡觀察523.2.7 X射線光電子能譜測試523.2.8 單纖維強(qiáng)度測試52-533.2.9 統(tǒng)計(jì)分析533.3 結(jié)果和討論53-633.3.1 表面形態(tài)分析53-543.3.2 表面化學(xué)成分分析54-573.3.3 吸濕性的提高573.3.4 染色性的改善57-633.3.5 單纖維強(qiáng)度分析633.4 本章小結(jié)63參考文獻(xiàn)63-67第四章 捻度對常壓等離子射流處理絲束表面(biomin)均勻性影響:常壓等離子射流處理紗線的滲透性67-834.1 前

18、言(qin yn)67-684.2 實(shí)驗(yàn)(shyn)68-704.2.1 材料684.2.2 試樣準(zhǔn)備68-694.2.3 等離子射流處理694.2.4 吸濕性測定694.2.5 粘結(jié)性能測試69-704.2.6 掃描電子顯微鏡觀察704.2.7 X射線光電子能譜測試704.2.8 統(tǒng)計(jì)分析704.3 結(jié)果與討論70-794.3.1 表面形態(tài)分析70-724.3.2 表面化學(xué)成分分析72-754.3.3 滌綸長絲束的吸濕性75-784.3.4 UHMPE長絲束的吸濕性784.3.5 UHMPE長絲束的粘結(jié)性78-794.4 本章小結(jié)79-80參考文獻(xiàn)80-83第五章 常壓等離子射流處理對羊毛機(jī)

19、織物正反面的改性:工藝參數(shù)對常壓等離子射流處理織物的滲透性的影響83-1005.1 前言83-845.2 實(shí)驗(yàn)84-875.2.1 材料845.2.2 等離子射流處理84-855.2.3 吸濕性測定85-865.2.4 染色性測定86-875.2.5 掃描電子顯微鏡觀察875.2.6 傅立葉變化紅外光譜分析875.3 結(jié)果與討論87-985.3.1 表面形態(tài)分析87-895.3.2 表面化學(xué)成分分析89-915.3.3 吸濕性和染色性的改善91-985.4 本章小結(jié)98參考文獻(xiàn)98-100第六章 織物孔徑對常壓等離子射流處理織物滲透性的影響100-1136.1 前言100-1016.2 實(shí)驗(yàn)1

20、01-1036.2.1 材料101-1026.2.2 試樣(sh yn)準(zhǔn)備1026.2.3 常壓等離子射流(shli)處理102-1036.2.4 親水性測試(csh)1036.2.5 原子力顯微鏡觀察1036.2.6 X射線光電子能譜測試1036.2.7 單纖維強(qiáng)度測試1036.2.8 統(tǒng)計(jì)分析1036.3 結(jié)果與討論103-1096.3.1 表面形態(tài)分析103-1056.3.2 表面化學(xué)分析105-1086.3.3 接觸角分析108-1096.3.4 單纖維強(qiáng)度分析1096.4 本章小結(jié)109-110參考文獻(xiàn)110-113第七章 常壓等離子射流處理效果在不同孔徑織物中的滲透深度113-1

21、287.1 前言113-1147.2 實(shí)驗(yàn)114-1167.2.1 材料1147.2.2 等離子射流處理114-1157.2.3 吸濕性測試1157.2.4 原子力顯微鏡觀察1157.2.5 X-射線光電子能譜測試115-1167.3 結(jié)果與討論116-1247.3.1 織物表面形態(tài)分析116-1187.3.2 織物表面化學(xué)成分分析118-1217.3.3 吸濕性的改善121-1247.4 本章小結(jié)124參考文獻(xiàn)124-128第八章 處理時間對常壓等離子射流處理效果在織物中的滲透深度的影響128-1408.1 前言128-1298.2 實(shí)驗(yàn)129-1308.2.1 材料129-1308.2.2 等離子射流處理1308.2.3 吸濕性測定1308.2.4 掃描電子顯微鏡觀察1308.2.5 X射線光電子能譜測試1308.3 結(jié)果和討論130-1378.3.1 表面形態(tài)分析130-1328.3.2 表面化學(xué)成分分析132-1348.3.3 吸濕性的改善134-1378.4 本章小結(jié)137參考文獻(xiàn)137-140第九章 結(jié)論(jiln)與展望140-1429.1 結(jié)論(jiln)140-1419.2 存在(cnzi)問題和研究展望141-142