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玄武巖纖維(BF)是一種以玄武巖礦石為原料制備的纖維材料。玄武巖是一種火山巖,由于其豐富的化學(xué)成分和特殊的結(jié)構(gòu),使得它具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,適合用于纖維材料的制備。

玄武巖纖維是一類優(yōu)良纖維材料,有著良好的物理性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性。它不僅具備高強度、耐熱和阻燃性,,還具有環(huán)境友好的特性。玄武巖纖維以及其制備的復(fù)合材料已經(jīng)在軍工領(lǐng)域、土木工程建筑材料、過濾材料等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,玄武巖纖維在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊,將為各行各業(yè)帶來更多創(chuàng)新和發(fā)展機會。但由于其表面比較光滑,與其他材料不易結(jié)合,須對其進行表面改性進行改善。

等離子體改性技術(shù),已被廣泛應(yīng)用于微納米結(jié)構(gòu)材料的表面處理領(lǐng)域。這項技術(shù)在改性高性能纖維方面,能夠有效的增加纖維自身粗糙度;提高纖維表面活性能能團含量;提升聚合接枝反應(yīng)概率;改善纖維表面活性等方式,優(yōu)化纖維與基體材料的能量吸收機制,從而增強高性能纖維與基體材料間的界面結(jié)合強度。

等離子體處理對玄武巖纖維表面的影響

表面形貌分析

采用掃描電鏡觀察BF等離子表面改性前后的表面形貌,如圖1-1(a-e)為玄武巖纖維經(jīng)過不同時間等離子體處理后的SEM圖像,圖1-1(a)是未處理的BF試樣的微觀形貌圖像,從圖中可以看出未處理的纖維表面非常光滑,未見到雜質(zhì)和凹凸不平的現(xiàn)象,但是等離子體處理后出現(xiàn)了許多粒狀突起,在處理1min時圖(b)這些粒狀凸起較小但是排列密集,十分細(xì)微。隨著處理時間的加長至3min圖(d)后,原本微小的粒狀凸變得更為立體,這些點狀蝕刻在纖維表面越來越多,面積越來越大,凸起的越來越明顯,這些點狀凸起提高了纖維表面的比表面積,進而增大了表面的接觸面積;處理后的纖維表面由光滑變得粗糙,可以提高其親水性。

圖1-1 等離子體處理玄武巖纖維表面形貌變化

水接觸角分析

如下圖1-2顯示了,不同等離子體表面改性處理時間下,BF表面的水接觸角大小圖像,選取代表性的幾個接觸角圖像進行分析。

圖1-2 玄武巖纖維接觸角等離子處理前后圖像

由上圖的BF纖維改性前后接觸角圖像所示,水接觸角的大小間接反應(yīng)了纖維的吸水能力,從圖中可以直觀的看到,與未處理的BF相比,經(jīng)過等離子體處理后,玄武巖纖維的接觸角顯著降低,從原本的疏水狀態(tài)鈍角轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水狀態(tài)的銳角。這一變化清晰地表明,低溫等離子體處理有效提升了BF纖維表面的潤濕性能,不僅減小了接觸角,還增大了其表面能。這是因為氣體放電時會生成能量范圍為0-20eV的正負(fù)離子、電子及一系列亞穩(wěn)態(tài)粒子,而C-C/C-H鍵強度在2.6-5.2eV范圍內(nèi),因此在等離子體能量的轟擊下,碳碳鍵斷開形成末端自由基,同空氣中電離的氧氣等離子體結(jié)合形成親水性羧酸基團，從而提高了玄武巖纖維表面的親水性。

綜上所述：等離子體表面改性不僅可以調(diào)控玄武巖纖維表面形貌,還能提高其表面活性引入極性官能團，增加親水性,提高化學(xué)反應(yīng)的可能性,這有助于增強玄武巖纖維與其他材料之間的粘接性和相容性,提高其與其他材料之間的結(jié)合強度。