全 文 ：广西民族大学学报(自然科学版)
第 14 卷第 1 期　　　　　　　　JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY FOR NATIONALITIES Vol.14 No.1
2008 年 2 月 (Natural Science Edition)　　　　　　　　　　　　　　　　　Feb.2008
等离子体处理改善苎麻织物
毛细效应研究＊
何燕和1 ,王志文1 ,马艺华2 ,罗纪华2 ,赵元庆1
(1.广西民族大学 物理与电子工程学院 ,广西 南宁 530007;
2.广西绢麻纺织科学研究所 ,广西 南宁 530031)
摘　要:介绍了氧等离子体处理苎麻织物的实验 ,测试苎麻在等离子体处理前后的毛细效应的变化情
况 , 探讨氧等离子体处理对苎麻织物毛细效应改善的影响机制.
关键词:等离子体;毛细效应;苎麻织物;刻蚀
中图分类号:TS193.42　文献标识码:A 文章编号:1673-8462(2008)01-0057-03
0　引言
苎麻属天然纤维 ,具有透气 、凉爽 、舒适等优良性
能 ,但苎麻织物由于毛细效应的原因 ,使得其染色深
度和鲜艳度不及合成纤维.为了增强苎麻产品的竞争
能力 ,满足各种服用性能的要求 ,有必要对苎麻织物
进行改善毛细效应的研究[ 1] .
若采用等离子处理苎麻 ,利用带电粒子对苎麻织
物表面的弹性碰撞和非弹性碰撞 ,使纤维表面的杂质
(浆料 、油蜡 、残胶等)与纤维之间黏附疏松 ,溶解性能
增加;同时纤维表面也被等离子体刻蚀 ,改善苎麻织
物的毛细效应 ,从而提高织物吸湿和染色性能.此项
技术由于是在干态(非液态)下进行 ,无需采用可溶性
化学物质作为中介物 ,无废水排放 、无环境污染 ,并可
节约能源 ,使处理效果保持永久性 ,可为我国纺织业
带来可观的经济效益和社会效益.以下通过对苎麻织
物进行不同功率 、不同时间的氧等离子体 ,测试苎麻
织物在处理前后的毛细效应的变化情况 ,探讨氧等离
子体处理时间 、处理功率对苎麻织物毛细效应改善的
影响机制.
1　实验与测试
1.1　试样与仪器
27.8 tex ×27.8 tex 苎麻织物
SF-450计算机测色仪
HD-2冷等离子体改性设备[ 1]
1.2　等离子体处理方法
本实验室用电容耦合时射频等离子体装置 ,射频
电源频率为 13.56MHz.将苎麻织物试样置于 HD-2
冷等离子体改性设备的等离子体真空室中 ,把真空室
抽真空到 10-1 Pa 并通入氧气 ,在 50Pa 压强下 ,分别
改变时间 、功率等参数对织物进行等离子体处理.
1.3　织物毛细效应测试
1.3.1　实验器材及原理
器材和材料:温度计 、张力夹 、有色试剂 、容器
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＊ 收稿日期:2007-07-10.
基金项目:广西自然科学基金资助项目(481035).
作者简介:何燕和(1972-),女 , 广西民族大学物理与电子工程学院讲师 , 主要从事低温等离子体应用研究.
DOI :10.16177/j.cnki.gxmzzk.2008.01.011
(至少盛 3 L 水).
实验原理:垂直放置的纺织品 ,一端浸在液体中 ,
液体借助表面张力沿其毛细管上升的现象 ,称为毛细
效应.在规定时间内液体沿纺织品的缝隙上升或渗入
的高度 ,即毛细高度.用量具测量液体上升的高度.
1.3.2　实验条件及步骤
容器水温为 27℃±2℃
实验步骤:
(1)将有色试剂溶液注入不锈钢恒温槽内 ,至适
当高度.
(2)使恒温槽内液体温度保持在 27℃±2℃范围
内.
(3)调整仪器 ,使液面处于标尺的零位.
(4)将试样夹紧.
(5)在试样下端 8 ～ 10 mm 处装上 3 g 左右张力
夹 ,张力夹上平面与标尺的零位线对齐.
(6)设定测试时间为 30 min.
(7)在渗液高度参差不齐时 ,测量渗液最高值和
最低值.高度等于最高值和最低值之和的一半[ 3] .
2　实验结果与讨论
2.1　等离子体处理对苎麻织物毛细效应的影响
将苎麻织物试样置于 HD-2冷等离子体改性设
备的等离子体真空室中 ,把真空室抽真空到 10-1 Pa
并通入氧气 ,在 50 Pa 的压强下进行放电处理 ,不同
处理时间和功率条件下对苎麻织物进行氧等离子体
处理 ,织物毛细效应变化情况见图 1和图 2.
图 1　苎麻织物的毛细效应与氧等离子体处理时间关系
从图 1可见 ,氧等离子体使苎麻织物的毛细效应
增大.处理时间在 5分钟内苎麻的毛细效应增长较明
显 ,处理时间在 5分钟到 10分钟之间毛细效应增长
较缓慢 ,处理时间到 15分钟时苎麻的毛细效应增加
到较高的数值 ,继续延长处理时间毛细效应变化不明
显 ,到 20分钟时基本趋于饱和状态.
图 2　苎麻织物的毛细效应与氧等离子体功率关系
从图2 可看出 ,不同的功率对苎麻织物毛细效应
即湿润性有一定的影响.在 0 到 40w 的处理功率之
间苎麻织物的毛细效应迅速增大 ,大于 40w 处理功
率时苎麻织物的毛细效应值缓慢增大.处理功率到
120w 时苎麻的毛细效应达到较高的数值 ,继续增加
功率毛细效应变化不明显.
2.2　等离子体处理改善苎麻织物毛细效应的分析和
讨论
2.2.1　影响毛细效应因素
由于毛细管中的液气界面张力将附加到液柱上 ,
产生的附加压强为
P =2σco sθ
r
(1)
其中σ表示液气界面张力(N/m),θ表示固液接触角 ,
r 表示毛细管当量半径(m).
作用在毛细管上的附加压力 ,只有在大于或等于
毛细管中的液态水所产生的重力时 ,毛细效应才能发
生 ,液体才能上升.
2σco sθ
r
πr 2 -πr 2 hdg ≥0 (2)
其中 h 表示毛细效应高度(m), g 表示重力加速度
(N/ s2),d 表示液体密度(kg/m 3).
由(2)得:h ≤2σcosθ
rdg
(3)
由(3)可知 ,影响毛细效应的因素有液气界面张
力 σ、毛细管的材料特性θ、液体密度 d以及毛细管的
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半径 r [ 2] .
由于苎麻织物的液气界面张力 σ一般是水与空
气的液气张力 ,液体密度 d 是水的密度 ,毛细管的半
径 r与苎麻织物的结构有关 , 这三个因素不容易改
变.所以影响毛细效应的主要因素是毛细管的材料特
性θ.
2.2.2　等离子体处理改善苎麻织物毛细效应的分析
氧等离子体对苎麻的作用主要有两种 ,分别是等
离子体表面改性和等离子体接枝聚合.
等离子体表面改性是指对材料表面或极薄表层
活化 、刻蚀处理.进行刻蚀的苎麻织物表面杂质(浆
料 、油蜡 、残胶等)较多 ,与纤维黏附紧密 ,经刻蚀后
纤维表面杂质变得疏松 ,并且纤维上出现了沟槽裂
纹 ,纤维表面粗糙化 ,电负性能和纤维结晶度也发生
了变化.由于等离子体的刻蚀作用 ,导致纤维表面产
生更多裂缝和断裂弱点 ,从而为液体的湿润和渗透提
供了通道 ,使毛细管的材料特性角 θ减小 ,从而可以
改善苎麻织物的毛细效应.
等离子体接枝聚合是运用等离子体作用 ,首先使
表面活化 ,并引入活性基团 ,然后再运用接枝方法在
原表面上形成许多支链 ,构成新表层.用氧等离子体
处理苎麻织物时 ,氧原子打击纤维表面并渗入到纤维
内部 ,产生自由基.表面自由基与空气中的氧反应并
产生羟基 、羰基和过氧基等亲水性基团 ,提高织物的
亲水性能 ,织物表面更容易湿润 ,使毛细管的材料特
性角θ减小.氧等离子体处理时间越长 ,处理功率越
大 ,打击到纤维表面及内部的氧原子越多 ,产生的自
由基就越多 ,从而织物的亲水性就越强 ,织物表面更
湿润性越大 ,使得毛细管的材料特性角θ就越小.
3　结论
采用氧等离子体处理苎麻织物 ,测试了苎麻在等
离子体处理前后的毛细效应的变化情况 ,并探讨了氧
等离子体处理时间 、处理功率对苎麻织物毛细效应的
影响机制.等离子体处理苎麻织物时等离子体中的荷
能粒子和活性分子能有效作用于苎麻纤维表面 ,使纤
维表面得到一定程度的刻蚀和腐蚀 ,改变其形貌 ,也
能降低苎麻纤维的结晶度[ 4] ,毛细管的材料特性角 θ
减小 ,使其毛细效应大大改善 ,即湿润性大大提高 ,将
有利于改善苎麻织物的染整技术.
[参　考　文　献]
[ 1] 罗纪华 ,马艺华.等离子体处理苎麻织物湿润性和染着浓度影响初
探[ J] .广西纺织科技 , 2006 , 35(2):13-14.
[ 2] 王其 ,翟涵.不同截面纤维的毛细管特性研究[ J] .合成科技及应
用 , 2003 , 18(3):3.
[ 3] 李焰 ,段智涌.大麻织物的舒适性能研究[ J] .湖南工程学院学报 ,
2006 , 16(2):94 .
[ 4] 王志文 ,何燕和.等离子体处理苎麻织物性能研究[ J] .中国麻业 ,
2006 , 28(3):149.
[责任编辑　黄祖宾]
[责任校对　苏　琴]
A Study on the Capillary Effect of Ramie
Fabrics after Plasma Processing
HE Yan-he1 , WANG Zhi-wen1 , MA Yi-hua2 ,
LUO Ji-hua2 , ZHAO Yuan-qing1
(1 .Guang x i University f or Nat ional it ies ,N anning 530006 ,China;
2 .Guang xi Research Insti tute o f S i lk -Ram ie Text i le Science , Nanning 530031 ,China)
Abstract:The capillary ef fect of ramie pro cessed by oxygen plasma w as tested.The changes of capil-
lary ef fect relate to the plasma processing time , proce ssing powe r.The mechanism of that o xygen plasma im-
proving capillary ef fect of ramie tex tile w as discussed.
Key Words:plasma;the capi llary ef fect;Ramie;Etching
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