聚苯硫醚(PPS)是一种具有芳香环、1,4位带有硫原子的高分子化合物。其大分子链结构规整,硫原子取代苯环主链上的对位氯原子,这种结构决定了PPS具有优异的性能,如有较高的熔点和玻璃化温度,热分解起始温度高达430℃。纤维长期使用温度170～190℃,200℃以下PPS不溶于任何溶剂。另外,阻燃性、无毒、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性也是PPS纤维突出的优点。因此它被广泛应用于电子、电器、汽车、机械和航空航天等领域。另外,聚苯硫醚纤维针刺非织造布或机织物可用于热的腐蚀性试剂的过滤,是较为理想的耐热和耐腐蚀材料。但该纤维结构紧密、粘结性差、吸湿性差,大分子链上缺乏如-OH、-NH2、-CONH3、-COOR等极性基团,而且纯聚苯硫醚制品的脆性较大、韧性较差,聚苯硫醚成型加工时要求模具温度较高(130～150℃),熔融过程粘度不稳定,在空气中高温易氧化交联。它的结构造成了PPS纤维粘结性差,使它在成型加工过程中遇到了很多的难题。因此我们研究利用低温等离子体技术,采用这种环境友好型方法,对聚苯硫醚纤维进行表面改性,以提高其润湿性及粘结性，从而增加PPS纤维的适用性。

低温等离子体处理是一种对高分子材料伤害较小的方法。它可以在不改变聚合物母体性质的同时,达到改善聚合物表面性质的目的。这样经过离子体处理后的纺织材料既可保持纺织品原有优点,又可赋予其新特征或消除某些缺点,是目前较为先进的一种改善纤维表面性质的方法。

低温等离子体对聚苯硫醚纤维表面改性的机理

高能的电子和等离子体中的中性成分进行碰撞时会使得气体分子发生电离或者离解过程,高能电子或离子在运动时必然会撞击到空间中的其它分子,从而使分子成为激发态分子而具有活性,这些激发态的分子既可以是电场中的气体分子,又可以是高分子材料表面的大分子链,被撞击的分子同时接收到部分能量,从而在等离子体中产生大量具有化学活性的物种或基团。

激发态的分子不稳定,部分被分解成自由基,有的离子保留了能量而停留于亚稳态。此时自由基或离子在高分子材料表面反应时,有可能在其表面形成致密的交联层。低温等离子体与存在的气体或单体也可能发生聚合反应,沉积在聚合物表面形成具有可设计性的涂层,或发生反应形成改性层。

低温等离子体处理聚苯硫醚纤维时,高能粒子会轰击纤维的表面,部分低温等离子体中的电子、离子等高能粒子撞击纤维表面引起溅射,或在等离子体中的某些化学活性种对纤维表面的化学侵蚀最终会导致材料表面变得粗糙,甚至出现大的凸起。纤维表面的侵蚀,增加了纤维的表面粗糙度和细微裂纹,从而增加了纤维的比表面积,所以纤维表面的摩擦性能和毛细效应都会有明显的增加。

另外低温等离子体处理聚苯硫醚纤维后,由于低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般都接近或超过C—C或其它含碳键的键能,纤维的部分能量会被纤维吸收,使纤维表面温度升高,从而引起纤维表面化学组成和结构的变化,形成交联层或生成表面自由基,这些自由基还能进一步生成单位特定的官能团,如-NH2、-OH、-COOH,它们的导入使经低温等离子体处理后的纤维的润湿性有了明显的提高。

由上叙述可知,等离子体处理能很容易在高分子材料表面发生刻蚀,使纤维重量减少,表面粗化等。刻蚀使纤维比表面积有所增加,有利于增加它与涂层剂或其它材料的结合牢度。比表面积的增加有利于提高湿处理速率,增加润湿性能,从粘结理论上来看纤维粘结性能得到了增强。

另外,高分子物质用N2、O2、NH3等气体的低温等离子体处理,会改变表面的化学组成,并引入极性基团或活性点,有的电子它们或者与被粘合材料、粘合剂面形成化学键,或者增加了与被粘合材料、粘合剂之间的范得华作用力,达到改善粘接的目的。