Влияние низкотемпературной плазмы на структуру полиэтиленовых волокон

XXXVII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС,  8 – 12 февраля 2010 г.

Влияние низкотемпературной плазмы на структуру полиэтиленовых волокон

Сергеева Е.А.

Казанский государственный технологический университет, г. Казань, Россия, katserg@rambler.ru

Воздействие низкотемпературной плазмы является одним из наиболее эффективных современных методов модификации полимеров, позволяющих в широких пределах изменять свойства и значительно расширять области использования полимерных материалов. Модификация в плазме широко исследуется и используется для улучшения контактных свойств полимеров, особенно ценных в практическом отношении, например таких, как смачиваемость различными жидкостями и адгезионная прочность. В работе поставлена задача получения прочного соединения между изначально инертным нанокристаллическим многофиламентным высокопрочным высокомодульным полиэтиленовым (ВВПЭ) волокном и полимерной матрицей на межфазных границах при создании композиционных материалов.

Объектом исследования стало ВВПЭ волокно марки Dyneema SK-60, SK-75, поставляемое голландской группой DSM. Волокна состоят из 1000 филаментов, диаметр одного филамента 5-15 мкм. Они представляют собой фибриллы, включающие кристаллиты размером 20-50 нм с выпрямленными цепями и расположенными параллельно им аморфными и складчатыми кристаллическими областями. Волокна характеризуются параллельной ориентацией, превышающей 95%, и высоким уровнем кристалличности – до 98%. С целью выявления влияния плазменной модификации на структуру и свойства ВВПЭ-волокон проведена серия экспериментов с различными режимами плазменной обработки. Параметры плазмы изменялись в диапазоне: мощность разряда – от 0,5 до 1,5 кВт, время обработки до 5 минут, расход плазмообразующего газа (аргона) от 0 до 0,06 г/с, давление от 13 до 133 Па. Для изучения химического состава и строения контрольных и опытных образцов волокна использовали методы ИК – спектроскопии, ТГА и ДСК, электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Установлен режим при обработке в плазме Аргона, когда на поверхности возникают радикалы, которые взаимодействуют с кислородом, в результате чего, согласно данным ИК-спектроскопии, образуются С=О группы, и, по данным электронной микроскопии, поверхность становится более сглаженной, т.е. возникает упрочняющая сетка, что приводит к росту физико-механических характеристик, и активации поверхности. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об отсутствии изменений во внутренней структуре образцов, в том числе в надмолекулярной структуре, об этом же свидетельствуют данные ДСК и ТГА, где пики плавления исходных и обработанных образцов совпадают, а данные пики термодеструкции смещаются в более высокотемпературную область, что также подтверждает образование более термостойких С=О групп.

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о повышении адгезионной способности ВВПЭ волокна, доказывая, что плазменное воздействие позволяет управлять характером взаимодействия на границе раздела волокно-матрица и повышает прочность соединения волокна с полимерной матрицей в 2-3 раза [1].

Литература

1. Сергеева, Е.А. Влияние высокочастотного разряда пониженного давления на свойства ВВПЭ волокон / Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин //Вестник Казанского технологического университета. Казань: изд-во КГТУ. – 2009. №2. - С.84-89.