增强聚丙烯薄膜表面经大气压氩等离子体射流改性后的亲水性

为了研究等离子体射流在薄膜表面改性方面的应用,利用大气压氩等离子体射流对聚丙烯(polypropylene,简称PP)薄膜进行表面改性来增强其表面亲水性,通过测量电压电流波形、Lissajous图形和发射光谱等来诊断其放电特性,通过水接触角和表面能测量等手段来研究等离子体射流处理对PP薄膜表面特性的影响,为实际应用选择最优的处理条件提供参考。研究了改性距离、处理时间和功率密度等参数对改性效果的影响,考察了处理后的PP薄膜放置在空气中的老化效应,并对所得到的结果进行了分析。结果表明,氩等离子体射流产生的粒子主要有OH、N2、Ar和少量的O,其气体温度在317～362K范围内变化,是典型的低温等离子体。PP薄膜经大气压氩等离子体射流处理后,其表面水接触角下降,表面能上升,两者均在一定处理时间内达到饱和状态。处理后表面水接触角可下降到最小值55°,表面能可增加到最大值45.313mJ/m2。通过减小改性距离、增加功率密度可以缩短时间并提高改性效果,从而提高处理效率。改性后的PP薄膜存在老化效应,但即使放置10d后,其表面水接触角仍为70.5°,远低于处理前的值。     

射流低温等离子体改性增强聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面亲水性研究

用空气中射流低温等离子体对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜进行表面改性,比较了改性前后PMMA表面水接触角和表面能的变化。研究了等离子体改性时间及改性距离对改性效果的影响,测量了改性后PMMA在空气中放置时的老化效应,并对改性机理进行了分析。结果表明,PMMA薄膜经射流低温等离子体改性后,水接触角下降,表面能上升,两者均在一定改性时间时达到饱和状态。当改性时间固定时,减小改性距离,可以得到更好的改性效果。改性后的材料存在老化效应,放置9天后,老化效应趋于稳定,但其表面水接触角仍远低于改性前的值。     

介质阻挡放电处理增强聚合物薄膜表面亲水性

为提高聚合物材料的表面性能,用介质阻挡放电对聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚四氟乙烯薄膜进行表面改性,并研究了DBD等离子体处理对这些材料亲水性的影响;测量了材料表面水接触角和表面能随处理时间的变化规律及处理后的材料在空气中放置时的老化效应,并对结果进行分析。研究结果表明,3种聚合物薄膜经DBD等离子体处理后,接触角随处理时间的增加而降低,表面能随处理时间的增加而增加,二者均在一定处理时间后达到饱和值;处理后的材料在空气中放置时会出现老化效应,但即使放置12天后,材料表面水接触角仍远低于处理前的值。     

低温等离子体处理对聚酰亚胺纳米复合薄膜表面特性的影响

本文利用介质阻挡放电(DBD)试验平台产生低温等离子体,用低温等离子体改性聚酰亚胺(PI)纳米复合薄膜,对低温等离子体改性前后的纳米复合薄膜进行表面形貌、化学键结构、表面电导及耐电晕性能测试,研究薄膜表面特性的变化规律.结果表明:表面改性后,纳米复合薄膜表面逐渐变粗糙,并出现微孔、不连续凸起物.合理的等离子体改性时间可以在薄膜表面引入极性基团.随着改性时间的增加,接触角逐渐减小,表面能和表面电导率逐渐加大,耐电晕寿命增加到一定程度随后逐渐减小.当等离子体改性时间为10 s时,改性后的纳米复合薄膜的耐电晕寿命比未改性的纳米复合薄膜提高了15.7％.经过低温等离子体改性后,纳米复合薄膜表面相比纯PI薄膜表面更加均匀,改性后的纳米复合薄膜具有表面能小、表面电导率大的特性.较大的表面电导率会加快纳米复合薄膜表面电荷消散的速度,避免局部场强的集中产生表面放电,从而提高了薄膜的耐电晕寿命.要获得相同的改性效果,纳米复合薄膜需要的低温等离子体处理时间比纯PI薄膜稍长.     

表面氟化对聚酰亚胺薄膜吸水特性及其击穿电压和表面电荷特性的影响

对于长期运行在潮湿环境中的风机和牵引电机,其绕组绝缘—聚酰亚胺薄膜极易因吸水而导致绝缘性能降低或过早失效,使系统发生绝缘故障。因此有必要研究聚酰亚胺薄膜的吸水特性及吸水之后聚酰亚胺薄膜的电气强度和表面电荷的动态变化规律。表面氟化作为一种材料表面改性方法,可以通过改变聚合物表面的化学组成而提高聚合物绝缘的整体性能。针对聚酰亚胺薄膜分别进行时间为0、15、30、45和60 min的表面氟化处理,并对氟化后聚酰亚胺薄膜的吸水特性及吸水后其相对介电常数、击穿电压和表面电荷动态特性进行研究。实验结果显示:聚酰亚胺薄膜的吸水率随着表面氟化处理时间的增加逐渐减小,试样的相对介电常数由于吸水率增加而随之增大,当氟化时间为45 min时,试样的相对介电常数最小;表面氟化处理提高了聚酰亚胺薄膜浸水后的击穿电压和表面电荷消散时间。研究结果表明聚合物表面氟化处理能够提高聚酰亚胺薄膜在潮湿环境中的绝缘性能,并为其工程应用提供了有效改性方法。     

聚酰亚胺薄膜的等离子体改性及其机理探究

为了研究大气压空气介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)对聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜的表面改性,文中首先利用搭建的介质阻挡放电平台测试了不同材料、不同气隙距离下的DBD电气特性及其放电图像,并获得了较为均匀的DBD放电模式。之后利用得到的等离子体对PI薄膜进行不同时间的处理,并测试了其接触角、表面能以及傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR),揭示了等离子的作用机理。研究结果表明:相对于玻璃和环氧树脂,陶瓷作为阻挡介质时其放电更为均匀;随着陶瓷间气隙距离的增大,放电持续时间和放电均匀度均减小,但放电功率密度增大,较小的气隙距离更适合于聚合物的表面改性;随着等离子体处理时间的增加,PI薄膜表面的接触角减小,而表面能增加。研究发现,等离子体处理在PI薄膜表面引入的-OH、-NH2等极性亲水基团以及刻蚀造成的粗糙度增加是其亲水性和表面能增加的主要原因。     

低温等离子体处理对变频牵引电机匝间绝缘性能影响

聚酰亚胺(polyimide,PI)因其优异的介电特性而应用于高速动车组牵引电机的匝间绝缘中。为了研究等离子体处理对其绝缘性能影响,采用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)在大气压空气中产生功率密度为24.5W/cm3低温等离子体,并对PI薄膜进行单、双面改性,通过测试接触角、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、电晕击穿时间等来研究其性能变化。研究结果表明:随等离子体处理时间的增加,薄膜的接触角逐渐下降,而表面能则逐渐增加,等离子体在薄膜表面引入的—NH2、—COOH、—OH等极性亲水基团是其表面性能改变的主要原因;单层PI薄膜的耐电晕时间随改性时间的增加先增大后减小,且当改性时间为10 s时,其耐电晕时间最大,相对于未改性的PI膜提高了17.7%;双面改性双层叠加PI膜的耐电晕时间相较于未改性的双层叠加PI膜提高了30.3%。研究发现,一定程度的等离子体处理(小于10 s)可在PI膜表面引入极性基团,进而增强其表面电荷扩散能力,增大其表面电荷注入难度,提高单、双层薄膜的耐电晕能力。此外,双层薄膜的耐电晕性能的提高还与层间界面的改善有关。     

等离子体射流快速改性促进表面电荷衰减

随着高压直流输电迅猛发展,绝缘材料在直流电压下表面电荷积聚现象严重威胁直流输电系统的安全可靠运行。为加快绝缘材料表面电荷的消散,采用大气压等离子体射流,以TEOS为前驱物,在环氧树脂表面沉积SiO_x薄膜。对改性前后材料表面化学组成、表面电导率、表面电荷特性、表面陷阱分布以及耐压特性进行多参数测量,研究等离子体射流改性前后环氧树脂表面特性。实验结果表明:等离子体处理在环氧树脂表面引入大量以Si-O-Si及Si-OH基团为主的无机基团,且表面电导率提高2个数量级。随着改性时间的延长,表面电荷的初始积聚量减少,消散速度加快,陷阱能级深度变浅;沿面闪络电压呈现先增后降的趋势,在改性180s时闪络电压提高到最高值9.0k V。研究结果表明:通过大气压等离子体射流在聚合物表面沉积薄膜能够提高环氧树脂绝缘性能,为其工程应用提供了有效的改性方法。     

利用介质阻挡放电处理提高太阳能电池板背膜表面能

提高太阳能电池板背膜材料的表面能可以对太阳能电池板进行更好的封装,从而对生产出高性能、长寿命的太阳能电池板具有重要意义。为此,用空气中介质阻挡放电(DBD)产生的常压低温等离子体对太阳能电池板背膜材料进行表面改性,通过接触角测量仪测量了DBD改性前后背膜表面亲水性和表面能的变化,通过扫描电子显微镜(SEM)和全反射傅立叶红外光谱仪(ATR-FTIR)分析了改性前后背膜表面物理结构和化学成分的变化,并研究了处理后材料的退化效应及功率密度的影响。接触角测量结果表明,经过DBD等离子体处理后,背膜材料的表面能提高,亲水性增强,接触角和表面能均在一定处理时间达到饱和值;SEM观测发现,处理后背膜表面的粗糙度增大;FTIR分析表明,处理后的背膜表面的化学基团发生变化,引入了含氧极性基团。处理后的材料在空气中放置时会出现退化效应,但即使放置6 d后材料表面水接触角仍远低于处理前的值。增大DBD处理的功率密度,利用更少的处理时间就能得到同样的处理效果。     

均匀介质阻挡放电改性聚丙烯薄膜的研究

用中等气压空气中均匀介质阻挡放电(DBD)产生的低温等离子体对聚丙烯(PP)薄膜进行表面改性。通过接触角和表面能测量、扫描电子显微镜(SEM)和全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)等方法,研究了等离子体改性时间和功率密度对PP薄膜表面水接触角、表面能、表面粗糙度以及表面化学成分等的影响。结果表明:PP表面水接触角和表面能先是随处理时间增加分别下降和增加,然后达到饱和状态;当处理时间一定时,功率密度越大,接触角下降的越多,表面能上升的越多;增大DBD处理的功率密度,利用更少的处理时间就能得到同样的处理效果。表面样貌及化学成分分析表明,随功率密度的增大,处理后薄膜表面的粗糙度增加,表面引入的含氧基团增多。