等离子体处理条件对蚕丝表面结构的影响.pdf
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1、第2 5 卷第4 期 纺织学报 V 0 1 2 5 ,N o 4 2 0 0 4 年8 月 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h A u g ,2 0 0 4 等离子体处理条件对蚕丝表面结构的影响 林红陈宇岳任 煜王红卫 ( 苏州大学材料工程学院,苏州,2 1 5 0 2 1 ) 摘要:采用扫描电子显微镜技术研究了普通丝素纤维经低温氧等离子体处理后的表面形态变化特征。研究结果表明:经低温氧 等离子体处理后,蚕丝纤维表面结构产生有效的微孔。并发现等离子体处理后丝纤维的构象结构由无规向p 折叠转变。 关键词:等离子体表面结构 桑蚕丝形态结构 中图分类
2、号:T s1 0 2 3 3文献标识码:A 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 L 4 ) 0 4 - 0 0 2 8 0 3 为了改善蚕丝纤维的弹力低、易皱、易泛黄、色 牢度差等缺陷,国内外的研究人员对其进行了一系 列有效的改良T2 I 。近年来,等离子体技术作为一种 新的改性技术被广泛应用于棉、麻、毛等纺织纤维的 改性研究,取得了一定成效b3 。在前期研究纠中发 现,蚕丝纤维在氧等离子体作用下,材料具有明显的 侵蚀痕迹。为此,本文主要通过低温氧等离子体处 理,进一步探索蚕丝纤维材料表面的微孑L 及形态,以 实现蚕丝纤维的微孔特征,为多孔蚕丝材料的生成 研究提供理论依据
3、。 1 材料与方法 1 1 材料 脱胶桑蚕丝:4 0 4 4 8 D 。精练条件:精练剂8 5 1 为1 1g L ;无水碳酸钠为2g L ;浴比:1 :1 0 0 ;温度为 9 7 9 8 ;时间为1h 。 1 2 方法 1 2 1 等离子体处理仪器:H D 1 B 型等离子仪; 处理气体用氧气。处理条件:1 ) 弱处理,样品9 5 、 3 0m i n 烘干预处理,再在真空度为5 0P a ,功率为 5 0w 条件下等离子体处理;2 ) 强处理,样品在常态 空气条件下充分平衡,再在真空度为5 0P a ,功率为 1 0 0w 条件下等离子体处理。 1 2 2 微观形态分析仪器:日产s 一5
4、 2 0 型扫描电 子显微镜;测试条件:恒温2 0 ,相对湿度为6 5 。 样品经镀金处理后进行观察。 1 2 3 表面全反射法红外光谱分析仪器:M a g n a 型红外光谱仪;测试方法:直接将蚕丝纤维置于全反 射附件中,固定好后,置于光学台的样品室中,在红 外光谱仪上进行测试,判定材料表面结构。 2 结果与讨论 2 1 丝纤维微观形态 2 1 1强处理条件下蚕丝纤维的微观形态为了 更好地了解蚕丝纤维经低温氧离子体处理后的表面 效果,首先采用较强、长时间等离子体处理条件( 真 空度5 0P a ,处理功率1 0 0w ,处理1 5m i n 和3 0m i n ) , 以期在极限条件作用下探
5、明低温氧等离子体对蚕丝 纤维微观特征的作用。 图1 是强等离子体处理前后桑蚕丝纤维的表面 形态。从图1 中可以看到,桑蚕原丝的表面平整、光 滑,而经等离子体处理后的桑蚕丝表面出现了大量 ( c ) 处理3 0m i n 桑蚕丝( d ) 处理1 5m i n 桑蚕丝( e ) 处理3 0m i n 桑蚕丝 ( 3 0 0 0 )( 5 0 0 0 )( 5 0 0 0 ) 图1 强等离子体处理前后纤维表面形态 的微小凹坑和纵向条纹,纤维表面呈现出网络形态。 这与低温氧等离子体中的高能粒子对纤维表面进行 轰击,使材料结构疏松部分产生剥离有关。为了更 清楚地观察桑蚕丝经低温氧等离子体处理后的表面
6、形态,放大电镜倍数至50 0 0 倍,如图l ( d ) 、( e ) 所示, 发现处理3 0m i n 的纤维表面的凹坑要比处理1 5m i n 的更大、更深,纹路更明显,表面更粗糙,这是因为氧 等离子体对纤维表面有双重作用,一方面对纤维表 本研究获国家自然科学基金( 5 0 0 7 3 0 1 3 ) 、江苏省知工办项目( 0 1 0 2 5 ) 资助 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第4 期纺织学报【2 9 】 面进行轰击,
7、另一方面极性的等离子体对纤维表面 具有氧化作用,使原来结构紧密的部分因氧化而疏 松,并逐渐被刻蚀下来。 2 1 2弱处理条件下蚕丝纤维的微观形态在强 等离子体处理条件下,得出了氧等离子体处理对蚕 丝纤维具有明显的刻蚀作用,其作用大小与处理时 间有着密切关系,为了保证蚕丝纤维在等离子体处 理后仍具有良好的力学性能,采用预干燥处理,再 在低强度( 真空度5 0P a ,功率5 0w ) 、短时间 ( 1 0m i n ) 条件下进行氧等离子体处理,图2 是等离 子体弱处理后丝纤维的纵向S E M 图。可以看出,经 等离子体弱处理后的桑蚕丝表面上出现了与强处理 明显不同的细状原纤条纹结构,且随着处理
8、时间的 延长,这一现象更加明显。说明烘干条件下的弱处 理可以在有效保护其原纤构造前提下进行纤维弱结 构的剥离。同时短时间的等离子体处理也可以有效 控制纤维的氧化程度,对保护纤维有利。 ( 8 ) 处理lm i n 桑蚕丝( b ) 处理5m i n 桑蚕丝( c ) 处理l Om i n 桑蚕丝 图2 等离子体弱处理后丝纤维纵向s E M 图( 3 0 0 0 ) 图3 是等离子体处理前后丝纤维的横向s E M 图。桑蚕原丝的截面表面平整、光滑,等离子体处理 后纤维的表面产生了明显的沟壑,并随着处理时间 的延长,这种被刻蚀的痕迹越来越深,说明等离子体 处理加强了蚕丝纤维表面的侵蚀与剥离。从图3
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