介质阻挡放电改善聚丙烯纤维润湿性能的衰退规律.pdf

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1、第2 8 卷第6 期 2 0 0 7 年6 月 纺织学报 J o u m a lo fr I e x d l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 6 J u n 2 0 0 r 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 “2 0 0 r 7 ) 0 6 0 0 3 2 0 4 介质阻挡放电改善聚丙烯纤维润湿性能的衰退规律 杜文琴，侯忠良，齐宏进 ( 五邑大学纺织服装系，广东江门5 2 9 0 2 0 ) 摘要利用介质阻挡放电改善聚丙烯纤维润湿性能，通过润湿天平法测量装置测量改性后纤维的接触角并计算 黏附功，研究处理功率和处理时间对聚丙烯纤维润湿性能的影响。结果表明：等离

2、子体处理后聚丙烯纤维衰退接 触角的微小变化能导致其黏附功的较大变化，不同处理功率和时间下的改性聚丙烯纤维黏附功衰退速度在前5d 最 为急剧，到1 8d 左右时样品黏附功衰退速度趋于缓和，基本达到平衡。在功率为2 0 0w ，处理时间为o 3 1s 的条件下 改性后纤维的润湿性能衰退比较缓慢，而且最后的黏附功比较大。 关键词聚丙烯纤维；介质阻挡放电；接触角；黏附功；衰退 中图分类号：，I D 3 4 2 文献标识码：A D e c a yl a wo fw e 倾b 迸t y0 fp o l y p r o p y l e 耻6 b e rt r e a t e d b yd i e l e c

3、 t r i cb a r d e rd i s c h a r g e ( D B D ) D uw e n q i n ，H O uz h o n d i a n g ，Q IH o n 舀i n ( 却州础m 旷z 硫i k 口以c f o 琥i n g ，骶砸哳沁瑙妙，施啊m n ，G ，咖昭 5 2 9 0 2 0 ，仍i ) A b s t m c t7 r h ew e t t a b i l i t yo fp o l y p m p y l e n ef i b e rw a si r n p m V e db yD B D c o n t a c ta n d e so f

4、p 0 1 ) r p m p y l e n ef i b e r s w e r em e a s u r e db yaw e t t i n gb a l a I l c ea n dt h ea d h e s i o np o w e rw a sc a l c u l a t e d ，a I l dt h e nt h ee f k c to ft r e a t i n g p o w e ra J l dt i I I l eo nt h ed e c a yo fw e t t a b i l i t yo fp o l y p m p y l e n ef i b e

5、rw a sr e s e a r c h e dw h e nu s i n gD B Dt r e a t n l e n t n er e s u l t si n d i c a t et h a ta I l ys l i g h tc h 肌g eo fc o n t a c ta n 9 1 eo ft l l et r e a t e dp o l y p m p y l e n e 肺e r 诵U 硒n ga b o u t m a r k e dc h a n g eo fa d h e s i o np o w e rd e c a yo ft h e 铀e r n er

6、 a t eo fd e c a yo fp o l y p m p y l e n e 舳e r t r e a t e db yD B D a td i f 玷r e n tp o w e r sa J l dd u m t i o n so ft r e 砒m e me x h i b i t sv e r yf 缸ti nt h ef i r s t5d a y sa I l ds l o w sd o w na n dt e n d st o e q u i l i u mm e rl8d a y s n ed e c a yo fw e t t a b i l i t yo fp

7、0 1 y p r o p y l e n ef i b e r t r e a t e db yD B Da tp o w e r = 2 0 0W a J l dt i m e = O 31si ss l o w e ra n dI s i d u a la d h e s i o np o w e ri sl a r l g e r K e yw o r d sp 0 1 ) r p m p y l e n ef i b e r ；d i e l e c t r i cb a r r i e rd i s c h a 增e ( D B D ) ；c o n t a c ta n d e

8、；a d h e s i o np o w e r ；d e c a y 聚丙烯原料丰富，合成工艺比较简单。通过熔 融纺丝得到的聚丙烯纤维与其他合成纤维相比，具 有比重轻，成品表面硬度大，弹性高，耐热性、化学稳 定性以及绝缘性良好，价格低廉，加工成型容易，适 应性很强、用途广泛等优点。近年来，聚丙烯纤维增 强混凝土大量推广使用，较低的掺入量就能给纤维 增强混凝土复合材料带来良好的使用性能。，也 给聚丙烯纤维带来了新的商机。但是由于聚丙烯纤 维表面能低，分子链上缺少活性官能团，故表面疏 水，使其在混凝土中不容易分散，黏合牢度低，削弱 了聚丙烯纤维在混凝土中的增韧和抗冲击效果，制 约了其在混凝土中

9、的推广使用BJ 。 等离子体表面改性已经被广泛认识并得到越来 越多的应用H 1 ，常压空气介质阻挡放电是产生等离 子体的常见方法，以其常压、空气放电、设备简单等 优点，在聚丙烯纤维表面亲水处理应用和生产中，具 有良好的发展前景。聚丙烯纤维经过等离子体改性 后，表面能明显增加，改性后纤维的接触角也会降 低bJ ，因此接触角可以作为改性效果的评价参数。 等离子体表面改性的一大缺点就是随着时间的推移 改善性能会逐渐衰退，影响改性后纤维在使用过程 中的储存和运输。关于介质阻挡放电( D B D ) 处理后 纤维润湿性能的衰退规律研究的文献介绍不多，本 文通过测量改性后纤维接触角和计算黏附功的变化 收稿

10、日期：2 0 0 6 一1 1 2 1修回日期：2 0 0 7 一0 3 2 8 作者简介：杜文琴( 1 9 5 8 一) ，女，副教授。主要研究方向为纺织功能材料。E _ m a i l ：d w q w ) r u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期杜文琴等：介质阻挡放电改善聚丙烯纤维润湿性能的衰退规律 3 3 来研究不同介质阻挡放电处理下聚丙烯纤维润湿性 能的经时衰退规律。 1实验部分 1 1 材料 聚丙烯纤维长

11、丝是未经任何处理的原丝，直径 3 8 肚m ，圆形截面。实验用水为市售实验用蒸馏水。 1 2 实验方法 1 2 1D B D 表面处理 利用南京苏蔓电子公司生产的c 1 1 P 1 2 0 0 型 D B D ( D i e l e c t r i cB a r I i e rD i s e h 心转) 离子冲击机，在组装 的纤维卷绕装置上进行放电处理，装置结构如图1 所示。将纤维牵引通过固定电极与活动电极间隙进 行空气放电处理，纤维处理时间通过变频器调节电 动机转速来实现，功率通过变压器改变离子冲击机 的输入电压进行调节。常压空气介质阻挡放电的作 用原理是通过产生等离子体，将自由基和活性基团

12、 引入材料表面，并使纤维的表面产生微观刻蚀，提高 纤维的表面能，减少液体在纤维表面的表观接触角， 增大纤维的吸湿性能。 图1 介质阻挡放电处理装置 F 远1 D e v i c eo fD B Dt r e a t m e n t 1 2 2 接触角及黏附功测定 根据润湿天平测量接触角的方法 ，通过接触 角测试装置对等离子体改性后聚丙烯纤维的接触角 进行测试，并且根据接触角计算黏附功n ，测试液体 为蒸馏水。 经多次测量，未经处理的聚丙烯纤维与水的前 进接触角和后退接触角分别为9 2 4 。和8 5 0 。 2 结果与讨论 2 1 不同处理功率下的经时衰退 在实验初期发现，功率超过2 0 0w

13、 后放电剧烈， 对聚丙烯纤维的损伤严重，而且处理不均匀，易使聚 丙烯纤维长丝在处理过程中熔断，所以本文选择 2 0 0W 以内的3 种处理功率。介质阻挡放电处理时 间过长，则放电能量积蓄到纤维表面较多而释放较 少，纤维受高温的影响易导致纤维熔断，不能实现连 续卷绕处理。经过多次实验发现0 8 2s 是连续处理 的临界处理时间，因此选取0 8 2s 以内3 种处理时 间改性的纤维做混凝土抗冲击实验。等离子体处理 时间为0 8 2s 下前进接触角的经时衰退变化如表l 所示。 表l 处理功率对前进接触角的影响 T a b 1 瑚u e 懈eo f 岫删p o 骶瞄帆t h eo 嘲c ta n 髂

14、( 。) 根据表1 中的接触角计算黏附功，结果如图2 所示。聚丙烯纤维衰退接触角的微小变化能导致黏 附功的较大变化j 用黏附功表征纤维的润湿性能更 为直观。黏附功随着放置天数的增加逐渐减小，在 3 0d 左右基本达到稳定。处理功率为8 0 、1 0 0 和 2 0 0w 时在3 0d 后黏附功分别衰退了9 4 、1 0 9 和9 7 。不同处理功率黏附功衰减的比例差不 多，但由于处理功率越大，初始黏附功也越大，所以 处理功率越大，衰减稳定后剩余的黏附功也越大。 从表l 和图2 中接触角和黏附功的衰退变化可 知，放置到3 0d 左右时接触角衰退基本上达到平衡， 2 0 0W 处理的样品其黏附功在

15、放置1 8d 左右就基本 达到平衡。从衰减稳定后剩余的黏附功看，2 0 0w 是比较理想的处理功率。 F 量 童 ￥ 雷 釜 耦 图2 处理功率对纤维黏附功衰退的影响 K g 2 I n u e n c e 讹& h n e mp o W e ro nd e e a y0 ft l l e a d l l e s i o np o w e ro fm o d i 6 e dP P 肺e r s 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 4 纺织学报第2

16、8 卷 2 2 不同处理时间下的经时衰退 当处理功率为2 0 0w 时，选择处理时间为O 1 0 、 0 3 1 和0 8 2s ，对聚丙烯纤维进行处理。处理后聚 丙烯纤维接触角衰退变化如表2 所示。 表2 处理时间对纤维前进接触角衰退的影响 T a b 2 瑚啪o f 佃嚏恤e n t 缸皑帆d 啪y0 f 恤e 咖协c ta n g l 鹪( 。) 根据表2 接触角计算相应纤维的黏附功，其衰 退趋势如图3 所示。 o 刍 营 ￥ 雷 盔 龋 图3 处理时间对纤维黏附功衰减的影响 F 唔3 I n n u e n c eo ft r e a t l I I e n t 血n eo nd e

17、c a yo f 山e a d h e s i o np o w e ro fm o d i f i e dP P6 b e r s 从图3 可以看出，处理时间越长，初始黏附功越 大。放置到1 8d 左右时接触角衰退基本上达到平 衡。纤维黏附功衰退速度在前5d 衰退最为急剧，其 后衰退速度逐渐延缓。从衰退平衡后剩余的黏附功 看，0 8 2s 和0 3 1s 处理的样品没有太大的区别。处 理时间的缩短，可以提高处理的速度，而且对纤维的 损伤也小，所以选择0 3 1s 的处理时间比较好。 在2 0 0w 、0 3 1s 的条件下处理聚丙烯纤维，并 将处理前后的纤维分别切成2 0m m 的短纤，将切

18、断 的纤维以0 6k g m 3 的混入量混入混凝土中，测试混 凝土的抗冲击强度。 水泥采用海螺牌3 2 5 R 级，黄沙为普通河沙。 利用木模浇注混凝土，尺寸为2 4m m 2 5m m 1 5 0m m 长方体，m ( 水泥) ：m ( 沙子) ：m ( 水) 为 l ：1 5 ：0 5 ，分别制作未掺纤维、掺入普通聚丙烯纤 维和改性聚丙烯纤维的混凝土，每种混凝土样品制 作3 件。先将沙和水泥搅拌均匀，再加入纤维和水 搅拌混合。将装满混凝土拌合物的木模放在振动台 上振实，振实时间为表面出现浮浆为止。1 2h 后去 木模，标准养护3d 后利用c 姒R P Yx c J 一5 0 神击仪 分别

19、测试试样( 无缺口) 的抗冲击强度哺o ，得到每种 混凝土3 件样品的冲击能耗，然后除以断面的面积 求得抗冲击强度值，对3 件样品求平均值，结果如图 4 所示。混入未处理聚丙烯纤维后混凝土的抗冲击 强度提高3 6 9 ，而混入处理后的聚丙烯纤维的混 凝土其抗冲击强度比未混入纤维的混凝土抗冲击强 度提高6 8 6 。纤维的处理使混凝土的抗冲击强 度提高了，3 1 7 ，效果显著。 未掺纤维普通纤维改性纤维 图4 改性和未改性聚丙烯纤维对混凝土抗冲击强度的影响 F i g 4 I l l u e n c eo fm et r e a t e da n du n t r e a t e dP P6

20、b e r b yD B D o nt l l ea I l t i i m p a c tp r o p e r t ) ，o f 山ec o H c r e t e 3结论 1 ) 等离子体处理可以明显地提高聚丙烯纤维的 润湿性能，但处理后纤维的接触角随时间逐渐增大， 黏附功逐渐变小。聚丙烯纤维衰退接触角的微小变 化能导致黏附功的较大变化，用黏附功表征纤维的 润湿性能更为直观。 2 ) 不同处理功率下改性聚丙烯纤维黏附功衰退 速度在前5d 最为急剧，到1 8d 左右2 0 0w 样品黏附 功衰退速度趋于缓和，基本达到平衡；但1 0 0w 和 8 0w 的样品在3 0d 左右时其黏附功衰退才

21、基本上达 到平衡。处理功率越大，初始黏附功也越大，所以处 理功率越大，衰减稳定后剩余的黏附功也越大。从 衰减稳定后剩余的黏附功看，2 0 0w 是比较理想的 处理功率。 3 ) 处理时间越长，初始黏附功越大。放置到 1 8d 左右接触角衰退基本上达到平衡j 纤维黏附功 衰退速度在前5d 衰退最为急剧，其后衰退速度逐渐 延缓。从衰退平衡后剩余的黏附功看，O 3 1 s 处理 ( 下转第3 9 页) 6 5 4 3 2 1 0 一目h善馘氍懵是撼 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove

22、the watermark 第6 期曹欣羊等：有色涤纶丝的色母粒测配色与纺丝技术 3 9 4 2 2 应用效果 所纺制的1 6 6 7d t e 】【4 8 f 和3 3 3 3d t e ) 【7 2 f 新产品 有色涤纶高强度网络低弹丝，其结构紧密，纱线直径 小于1 1 6 6d t e x 2 和1 4 5 8d t e x 2 等短纤维股线，同 规格飞梭球型卷装体积下，刺绣底线卷绕长度从原 来的1 9 3m 提高到现在的2 3 5m ，长度提高了2 2 ，绣 花底线线球的卷装长度大幅度增加，卷绕层有效退 解从原来的3 5 提高到现在的4 5 ，确保退解过程不 出现过早塌边，增大了有效退

23、解长度，提高了电脑刺 绣彩色底线利用率，从而降低了电脑刺绣过程绣花 机停机换底线的频率，为电脑刺绣( 尤其是飞梭刺 绣) 产品质量、单位产量和生产效率等重要技术指标 的提高创造了有利条件。 5结论 采用色母粒三原色电脑测配色技术，实观了色 母粒切片熔融纺有色涤纶丝的多色系无限彩配色效 果，丰富了电脑绣花底线的花色品种，生产过程无须 纱线精练染色加工，不产生印染废水，确保了电脑绣 花彩色底线生产过程清洁环保，无环境危害，同时， 由于色母粒切片熔融纺丝所形成的丝线色素分布在 丝线结构内部，因此，色牢度高，不会因洗涤或出汗 而造成沾色，产品质量档次高。采用色母粒切片熔 融纺丝技术，纺制出了1 6 6

24、 7d t e x 4 8f 和 3 3 3 3d t e x ，7 2 降规格彩色涤纶高强度网络低弹丝， 其同规格下的拉伸断裂强度和伸长率基本接近常规 纺白丝，卷曲收缩率、卷曲稳定度和沸水收缩率虽与 常规纺白丝略有差异，但也能达到飞梭刺绣用彩色 丝线品质要求，改善了成品丝线的柔软度、身骨硬挺 性和表面平滑性，提高了刺绣底线的强度，降低了成 本，改善了涤纶刺绣底线的品种适应性，增大了有效 退解长度j 提高了电脑刺绣彩色底线利用率，从而降 低了电脑刺绣过程停机换线的频率，为电脑刺绣( 尤 其是飞梭刺绣) 产品质量、单位产量和生产效率等的 提高创造了有利条件。 参考文献： 1 蒋敏强，肖赛男中国电

25、脑刺绣机产业现状分析报告 J 中外缝制设备，2 0 0 6 ( 1 2 ) ：3 0 3 3 2 孟波，谢琪电脑刺绣c A D 系统的设计与实现 J 计 算机应用与软件，2 0 0 1 ( 1 0 ) ：1 2 一1 4 ，3 5 3 保罗：芝兰斯基色彩概论 M 上海：民美术出版社， 2 0 0 4 ：1 5 2 9 4 K u l l 【锄ivG 化学纤维色母粒和功能母粒的最新进 展 J 桑榆，译国际纺织导报，2 0 0 6 ( 4 ) ：6 8 5 彭飞，梁振荣，刘小园涤纶有色长丝颜色差异成因分 析 J 化纤与纺织技术，2 0 0 3 ( 4 ) ：1 1 一1 3 ( 上接第3 4 页)

26、 的样品衰减稳定后剩余的黏附功较大，而且处理时 间短，处理的速度快，对纤维的损伤也小，所以选择 0 3 1s 的处理时间比较好。 4 ) 在2 0 0w 和0 3 1s 的条件下处理聚丙烯纤 维，将其混入混凝土，可使混凝土的抗冲击强度提高 6 8 6 ，效果非常显著。 参考文献： 1 王红，禹智涛改性聚丙烯纤维对混凝土裂缝抑制作 用的研究与应用进展 J 混凝土与水泥制品，2 0 0 5 ( 4 ) ：3 8 4 0 2 马一平，谈慕华聚丙烯纤维水泥基复合材料物理力 学性能研究( 1 ) 抗塑性干缩开裂性能 J 建筑材 料学报，2 0 0 0 ，3 ( 1 ) ：4 8 5 3 ， 3 D i

27、n gK e ， H uQ u n h u a ，) ( i eH 趴k u n I m p r o V i n gt h e i n t e d a c i a lm e c h a I l i c a lp m p e r yo ff i b e rr e i n f o r c e dc e m e n t w i 山d i e l e c t r i cb a r r i e r d i s c h a r g e2 ：m o r p h o l o g i e a l a J l d c o m p o s i t i o n a lc h a I l g e so ft l I e

28、 曲e rs 1 _ l 如c e J J o u m a lo f D o n gH u aU n i v e r s i t ) r ，2 0 0 1 ，1 8 ( 1 ) ：3 2 3 4 唐晓亮，冯贤平，黎志光，等常压介质阻挡放电间隙 的选择及其在材料表面改性中的应用 J 物理实 验，2 0 0 4 ，2 4 ( 1 ) ：1 7 1 8 黄锋林，魏取福，徐文正，等离子体处理对丙纶纤维 表面接触角的影响 J 纺织学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 2 ) ，6 5 6 7 Y o uI 旬H s i e h ，Y uB a n 出i n g u q u i dw e t t i n g

29、 ，t r a n s p o r ta n d r e t e n t i o np m p e r t i e so ff i b r o u sa s s e m b l i e s p 枷工： w a t e r w e t t i n gp r o p e r t i e so w o v e nf a b r i c s t h e i rc o n s t i t u e ms i n g l e f i b e r s J T e x t i l eR e sJ ，1 9 9 2 ，6 2 ( 1 1 ) ：6 7 7 6 8 0 I J eCV ，L yNG M e a s

30、u r i n gt h ec o r l t a c ta r 埋丑e so f l i q u i d d I D p l e t s o nw o o lf i b e r sa n dd e t e 啪i n i n gs u r f a c d e n e 。g y c o m p o n e n t s J T e x t i l eR e sJ ，1 9 9 6 ，6 6 ( 6 ) ：3 8 9 3 9 7 钟世云，谈慕华，马一平，等尼龙纤维水泥基复合材 料的老化性能研究 J 建筑材料学报，2 0 0 2 ，5 ( 1 ) ：5 5 5 9 1JJJ 。J 1 J 4 5 6 7 8 r L r L r L r L r L 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark