等离子处理对丙纶非织造布性能的影响*

刘 锁 赵玲玲 杨茂寰 凤 权

安徽工程大学纺织与服装学院，安徽 芜湖 241000

聚丙烯纤维又称丙纶，是纺织行业最常用的纤维原料之一。利用丙纶制成的非织造布，其优点在于强度高，耐磨性、耐热性和耐化学腐蚀性较好，现已广泛用于生产包装材料、装饰材料、土工布材料和医疗卫生材料等产品，但其亲水性能较差等问题也极大地制约了丙纶非织造布的发展[1-4]。

目前，针对丙纶非织造布亲水性能的改善方法有亲水剂整理法、表面接枝改性法和等离子处理法等[5-9]。其中，等离子处理法因操作简单且不使用任何化学试剂等优势，已广泛用于纺织品的改性处理。该方法主要利用等离子处理中蕴涵的各种高能活性粒子、激发态分子、自由基和光子等对纤维表面产生辐射、形成刻蚀并导入官能团，从而赋予纺织品良好的亲水及导水性能[10-13]。

本文选择空气作为等离子作用气体氛围，探究不同等离子处理时间和处理功率对丙纶非织造布性能的影响，并利用静态接触角、芯吸高度等表征等离子处理前后丙纶非织造布的亲水性能变化。

1 试验部分

1.1 试验材料及试剂

丙纶非织造布，厚度80 μm，面密度35 g/m2，金三发集团有限公司；蒸馏水，实验室自制；丙酮，分析纯，国药化学试剂集团有限公司。

1.2 试验仪器

SCE100等离子处理机，美国Anatech公司；CSS-88100电子万能试验机，长春试验机研究所；FY342E织物感应式静电仪，温州方圆仪器公司；S-4800扫描电子显微镜，日本日立公司；OSA60型接触角测量仪，德国LAUDA Scientific公司。

1.3 试验步骤

先用丙酮清洗丙纶非织造布30 min，取出后烘干并裁剪成长300 mm、宽30 mm的长条。接着，将长条置于SCE100等离子处理机的处理仓中，待真空抽取结束后进行等离子处理。本文将通过调节等离子处理时间和处理功率，得到4种等离子处理丙纶非织造布样品，并将其与未处理的丙纶非织造布样品进行比较。涉及的样品编号见表1。

表1 等离子处理前后丙纶非织造布样品编号

1.4 样品的表征及性能测试

1.4.1 微观形貌

待测样品喷金处理后，利用S-4800扫描电子显微镜进行微观形貌的表征。

1.4.2 力学性能

依据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》标准，采用CSS-88100电子万能试验机对样品进行力学性能测试。设置夹持距离为100 mm，拉伸速度为20 mm/min，预加张力为2 N。每种样品测试5次，结果取平均值。

1.4.3 半衰期

采用FY342E织物感应式静电仪对样品进行抗静电性能测试。记录稳定后样品表面的静电压值，以及该电压衰减到原测试值一半时所需的时间即半衰期。

1.4.4 静态接触角

利用OSA60型接触角测量仪测试样品表面的静态接触角。每种样品测试3个不同的位置，结果取平均值。

1.4.5 芯吸高度

依据FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》，采用垂直芯吸法对样品进行芯吸高度的测试。

2 测试结果与讨论

2.1 微观形貌

图1为等离子处理前后丙纶非织造布样品的SEM照片。

图1 等离子处理前后丙纶非织造布样品SEM照片

从图1a)可以看出，等离子处理前即未处理的丙纶非织造布中纤维表面光滑，形态良好；图1b)中，等离子处理后的纤维表面变得粗糙，这在一定程度上增加了纤维的比表面积，提高了对水的亲和力；但随着等离子处理功率的进一步增加，图1c)中纤维表面出现了细微的裂纹，这些裂纹的存在将减小纤维的强力和断裂伸长率，不利于丙纶非织造布的应用，因此应合理把控等离子处理条件与非织造布各项性能之间的关系。

2.2 力学性能

等离子处理前后的丙纶非织造布样品的断裂强力和断裂伸长率测试结果如表2所示。

表2 等离子处理前后丙纶非织造布样品的力学性能

从表2可以看出：等离子处理后，丙纶非织造布样品的断裂强力均较1#样品有一定程度的降低，其中5#样品的断裂强力降幅最大，但与1#样品相比其降幅仍不到10%；当等离子处理时间控制在2 min以内时，丙纶非织造布样品的断裂伸长率较1#样品降幅较小。可见，等离子处理对纤维造成的损伤较小，其优势较明显。

2.3 抗静电性能

等离子处理前后丙纶非织造布样品的半衰期测试结果如表3所示[14-15]。

表3 等离子处理前后丙纶非织造布样品的半衰期

从表3可以看出：

(1)随着处理时间和处理功率的增加，等离子处理的丙纶非织造布样品表面静电压的半衰期呈下降趋势。

(2)比较2#、3#、4#及5#样品的半衰期可知，功率的增加更有利于改善材料的电导能力。这是因为带电粒子轰击一定面积的非织造布表面而引入的活性基团是有限的，故增加等离子处理时间对材料抗静电性能的影响是有限的；而增加等离子处理功率能在纤维纵深向上增加官能团的数量，从而引入足够多的活性基团，改善材料的抗静电性能。

2.4 静态接触角

静态接触角是衡量材料表面润湿性能的重要参数[16-17]。本文测得样品的静态接触角结果如表4所示。

表4 等离子处理前后丙纶非织造布样品的静态接触角

从表4可知：

(1)未处理的1#样品的静态接触角为121°，表现为疏水性能。

(2)当等离子处理时间为2 min、处理功率为25 W时，所得2#样品的静态接触角较1#样品略有下降，疏水性能略有改善，但依然保持着疏水性；保持处理时间2 min不变，处理功率增加到75 W，所得3#样品的静态接触角骤降到37°，此时样品已具备良好的亲水性；而保持处理功率25 W不变，处理时间增加到5 min，所得4#样品的静态接触角降至89°。因此综合2#、3#、4#样品可以发现，处理功率的增加更有利于提高丙纶非织造布的亲水性能。

(3)在等离子处理时间为5 min、处理功率为75 W的条件下可得到亲水性能非常好的丙纶非织造布。

2.5 芯吸效应

未处理的丙纶非织造布样品的芯吸高度为0；等离子处理后，丙纶非织造布样品的芯吸高度[18-20]如图2所示。

图2 等离子处理后丙纶非织造布样品的芯吸高度

从图2可知：

(1)等离子处理后的丙纶非织造布样品的芯吸高度较处理前均有一定程度的上升。

(2)当处理功率为75 W时，3#和5#样品在芯吸时间为600 s时芯吸高度分别达到46 mm和70 mm；当处理功率为25 W时，2#和4#样品在芯吸时间为600 s时芯吸高度分别为7 mm和15 mm。这说明等离子处理功率的增加对丙纶非织造布芯吸效应的影响明显。

(3)2#～5#样品在芯吸时间为120 s时便有了较高的芯吸速度，随后随着芯吸时间的推移，样品本身含水率逐渐达到饱和，芯吸速度逐渐下降，芯吸高度逐渐达到稳定。

3 结论

(1)经过等离子处理后的丙纶非织造布亲水性能均有所改善，且处理功率较处理时间对提高丙纶非织造布的亲水性能更明显。

(2)当处理功率为75 W、处理时间为2 min时，丙纶非织造布的断裂强力较处理前损失较小，半衰期为10.42 s，静态接触角为37°，芯吸时间为600 s时芯吸高度为46 mm，亲水性能表现良好。