等離子處理對丙綸非織造布性能的影響*

劉 鎖 趙玲玲 楊茂寰 鳳 權(quán)

安徽工程大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000

聚丙烯纖維又稱丙綸，是紡織行業(yè)最常用的纖維原料之一。利用丙綸制成的非織造布，其優(yōu)點(diǎn)在于強(qiáng)度高，耐磨性、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性較好，現(xiàn)已廣泛用于生產(chǎn)包裝材料、裝飾材料、土工布材料和醫(yī)療衛(wèi)生材料等產(chǎn)品，但其親水性能較差等問題也極大地制約了丙綸非織造布的發(fā)展[1-4]。

目前，針對丙綸非織造布親水性能的改善方法有親水劑整理法、表面接枝改性法和等離子處理法等[5-9]。其中，等離子處理法因操作簡單且不使用任何化學(xué)試劑等優(yōu)勢，已廣泛用于紡織品的改性處理。該方法主要利用等離子處理中蘊(yùn)涵的各種高能活性粒子、激發(fā)態(tài)分子、自由基和光子等對纖維表面產(chǎn)生輻射、形成刻蝕并導(dǎo)入官能團(tuán)，從而賦予紡織品良好的親水及導(dǎo)水性能[10-13]。

本文選擇空氣作為等離子作用氣體氛圍，探究不同等離子處理時(shí)間和處理功率對丙綸非織造布性能的影響，并利用靜態(tài)接觸角、芯吸高度等表征等離子處理前后丙綸非織造布的親水性能變化。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及試劑

丙綸非織造布，厚度80 μm，面密度35 g/m2，金三發(fā)集團(tuán)有限公司；蒸餾水，實(shí)驗(yàn)室自制；丙酮，分析純，國藥化學(xué)試劑集團(tuán)有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

SCE100等離子處理機(jī)，美國Anatech公司；CSS-88100電子萬能試驗(yàn)機(jī)，長春試驗(yàn)機(jī)研究所；FY342E織物感應(yīng)式靜電儀，溫州方圓儀器公司；S-4800掃描電子顯微鏡，日本日立公司；OSA60型接觸角測量儀，德國LAUDA Scientific公司。

1.3 試驗(yàn)步驟

先用丙酮清洗丙綸非織造布30 min，取出后烘干并裁剪成長300 mm、寬30 mm的長條。接著，將長條置于SCE100等離子處理機(jī)的處理倉中，待真空抽取結(jié)束后進(jìn)行等離子處理。本文將通過調(diào)節(jié)等離子處理時(shí)間和處理功率，得到4種等離子處理丙綸非織造布樣品，并將其與未處理的丙綸非織造布樣品進(jìn)行比較。涉及的樣品編號(hào)見表1。

表1 等離子處理前后丙綸非織造布樣品編號(hào)

1.4 樣品的表征及性能測試

1.4.1 微觀形貌

待測樣品噴金處理后，利用S-4800掃描電子顯微鏡進(jìn)行微觀形貌的表征。

1.4.2 力學(xué)性能

依據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》標(biāo)準(zhǔn)，采用CSS-88100電子萬能試驗(yàn)機(jī)對樣品進(jìn)行力學(xué)性能測試。設(shè)置夾持距離為100 mm，拉伸速度為20 mm/min，預(yù)加張力為2 N。每種樣品測試5次，結(jié)果取平均值。

1.4.3 半衰期

采用FY342E織物感應(yīng)式靜電儀對樣品進(jìn)行抗靜電性能測試。記錄穩(wěn)定后樣品表面的靜電壓值，以及該電壓衰減到原測試值一半時(shí)所需的時(shí)間即半衰期。

1.4.4 靜態(tài)接觸角

利用OSA60型接觸角測量儀測試樣品表面的靜態(tài)接觸角。每種樣品測試3個(gè)不同的位置，結(jié)果取平均值。

1.4.5 芯吸高度

依據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》，采用垂直芯吸法對樣品進(jìn)行芯吸高度的測試。

2 測試結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌

圖1為等離子處理前后丙綸非織造布樣品的SEM照片。

圖1 等離子處理前后丙綸非織造布樣品SEM照片

從圖1a)可以看出，等離子處理前即未處理的丙綸非織造布中纖維表面光滑，形態(tài)良好；圖1b)中，等離子處理后的纖維表面變得粗糙，這在一定程度上增加了纖維的比表面積，提高了對水的親和力；但隨著等離子處理功率的進(jìn)一步增加，圖1c)中纖維表面出現(xiàn)了細(xì)微的裂紋，這些裂紋的存在將減小纖維的強(qiáng)力和斷裂伸長率，不利于丙綸非織造布的應(yīng)用，因此應(yīng)合理把控等離子處理?xiàng)l件與非織造布各項(xiàng)性能之間的關(guān)系。

2.2 力學(xué)性能

等離子處理前后的丙綸非織造布樣品的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率測試結(jié)果如表2所示。

表2 等離子處理前后丙綸非織造布樣品的力學(xué)性能

從表2可以看出：等離子處理后，丙綸非織造布樣品的斷裂強(qiáng)力均較1#樣品有一定程度的降低，其中5#樣品的斷裂強(qiáng)力降幅最大，但與1#樣品相比其降幅仍不到10%；當(dāng)?shù)入x子處理時(shí)間控制在2 min以內(nèi)時(shí)，丙綸非織造布樣品的斷裂伸長率較1#樣品降幅較小?？梢?，等離子處理對纖維造成的損傷較小，其優(yōu)勢較明顯。

2.3 抗靜電性能

等離子處理前后丙綸非織造布樣品的半衰期測試結(jié)果如表3所示[14-15]。

表3 等離子處理前后丙綸非織造布樣品的半衰期

從表3可以看出：

(1)隨著處理時(shí)間和處理功率的增加，等離子處理的丙綸非織造布樣品表面靜電壓的半衰期呈下降趨勢。

(2)比較2#、3#、4#及5#樣品的半衰期可知，功率的增加更有利于改善材料的電導(dǎo)能力。這是因?yàn)閹щ娏Ｗ愚Z擊一定面積的非織造布表面而引入的活性基團(tuán)是有限的，故增加等離子處理時(shí)間對材料抗靜電性能的影響是有限的；而增加等離子處理功率能在纖維縱深向上增加官能團(tuán)的數(shù)量，從而引入足夠多的活性基團(tuán)，改善材料的抗靜電性能。

2.4 靜態(tài)接觸角

靜態(tài)接觸角是衡量材料表面潤濕性能的重要參數(shù)[16-17]。本文測得樣品的靜態(tài)接觸角結(jié)果如表4所示。

表4 等離子處理前后丙綸非織造布樣品的靜態(tài)接觸角

從表4可知：

(1)未處理的1#樣品的靜態(tài)接觸角為121°，表現(xiàn)為疏水性能。

(2)當(dāng)?shù)入x子處理時(shí)間為2 min、處理功率為25 W時(shí)，所得2#樣品的靜態(tài)接觸角較1#樣品略有下降，疏水性能略有改善，但依然保持著疏水性；保持處理時(shí)間2 min不變，處理功率增加到75 W，所得3#樣品的靜態(tài)接觸角驟降到37°，此時(shí)樣品已具備良好的親水性；而保持處理功率25 W不變，處理時(shí)間增加到5 min，所得4#樣品的靜態(tài)接觸角降至89°。因此綜合2#、3#、4#樣品可以發(fā)現(xiàn)，處理功率的增加更有利于提高丙綸非織造布的親水性能。

(3)在等離子處理時(shí)間為5 min、處理功率為75 W的條件下可得到親水性能非常好的丙綸非織造布。

2.5 芯吸效應(yīng)

未處理的丙綸非織造布樣品的芯吸高度為0；等離子處理后，丙綸非織造布樣品的芯吸高度[18-20]如圖2所示。

圖2 等離子處理后丙綸非織造布樣品的芯吸高度

從圖2可知：

(1)等離子處理后的丙綸非織造布樣品的芯吸高度較處理前均有一定程度的上升。

(2)當(dāng)處理功率為75 W時(shí)，3#和5#樣品在芯吸時(shí)間為600 s時(shí)芯吸高度分別達(dá)到46 mm和70 mm；當(dāng)處理功率為25 W時(shí)，2#和4#樣品在芯吸時(shí)間為600 s時(shí)芯吸高度分別為7 mm和15 mm。這說明等離子處理功率的增加對丙綸非織造布芯吸效應(yīng)的影響明顯。

(3)2#～5#樣品在芯吸時(shí)間為120 s時(shí)便有了較高的芯吸速度，隨后隨著芯吸時(shí)間的推移，樣品本身含水率逐漸達(dá)到飽和，芯吸速度逐漸下降，芯吸高度逐漸達(dá)到穩(wěn)定。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過等離子處理后的丙綸非織造布親水性能均有所改善，且處理功率較處理時(shí)間對提高丙綸非織造布的親水性能更明顯。

(2)當(dāng)處理功率為75 W、處理時(shí)間為2 min時(shí)，丙綸非織造布的斷裂強(qiáng)力較處理前損失較小，半衰期為10.42 s，靜態(tài)接觸角為37°，芯吸時(shí)間為600 s時(shí)芯吸高度為46 mm，親水性能表現(xiàn)良好。