全 文 ：第 30 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.30, No.3
2 0 1 0 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2010
文章编号：0254−6086(2010)03−0285−04



收稿日期：2010−02−02；修订日期：2010−05−28
基金项目：广西民族大学重大项目资助
作者简介：王志文(1969−)，男，四川省华蓥市人，博士，教授，从事真空表面和低温等离子体物理研究。

实验研究射频辉光放电改善
苎麻织物毛细效应的时效性

王志文，韦卫星，何燕和，赵元庆，潘李宜基，李雪梅，施绍队，黎广新
(广西民族大学物理与电子工程学院，南宁 530006)

摘 要：介绍射频辉光放电等离子体改善苎麻织物毛细效应的时效性的实验。分别在充入氩气、氮气、氧气
的真空室中对苎麻织物进行射频辉光放电等离子体处理，在每一种处理过程中分别改变其处理时间、放电功率和
真空室压强。测试了放置不同时间的经不同等离子体参数处理后的苎麻织物的毛细效应，得出各种参数的等离子
体处理对苎麻织物毛细效应时效性的影响。实验结果表明，苎麻织物被等离子体离子体处理后毛细效应得到明显
改善，其毛细效应随放置时间的变化为先快速下降，然后变缓，逐渐趋于稳定，这种毛细效应的改善具有良好的
时效性，其中 100W、40Pa 的氧等离子体处理 20 分钟后的苎麻织物的毛细效应时效性最好。
关键词：射频辉光放电等离子体；苎麻织物；毛细效应；时效性
中图分类号：O539 文献标志码： A

1 引言
苎麻属天然纤维，具有透气、凉爽、舒适等优
良性能，但苎麻织物由于其纤维结晶度高的特点导
致毛细效应不太好，使得其染色深度和鲜艳度不及
合成纤维。为了改善苎麻产品的染整加工性能及市
场竞争力，已进行了用等离子体处理苎麻织物改善
其性能的研究[1～3]。等离子体处理能有效改善苎麻
织物的毛细效应，在适当参数下的等离子体处理能
够在不影响其服用性能的前提下提高苎麻织物的
毛细效应，从而改善其染着浓度，且织物染着浓度
与纤维润湿性有较好的一致性。等离子处理后的纤
维表面粗糙化有利于提高织物的染着浓度[3]。但是
在实际工作中，一般在苎麻织物或其它纤维织物的
加工工艺中引入等离子体处理织物工艺时不可能
都是在线的，等离子体处理工艺的时效性可能对整
个工艺有较大影响，为此在本工作中测试了等离子
体处理苎麻织物改善其毛细效应的时效性。分别测
试了几种不同参数的等离子体处理苎麻织物后在
不同放置时间的毛细效应变化，为苎麻织物的等离
子体处理工艺提供物理依据。

2 实验部分
2.1 等离子体处理装置
图 1 为射频辉光放电处理苎麻织物的实验装置
示意图。HD-2 型冷等离子改性设备采用电容耦合
式射频放电产生辉光等离子体，其射频电源频率为
13.56MHz。系统还包括真空等离子放电室即样品处
理室，气体输入设备；由两台并联机械泵组成的抽
气机组；热偶真空计。



图 1 HD-2 型冷等离子改性设备示意图

DOI:10.16568/j.0254-6086.2010.03.002
286 核聚变与等离子体物理 第 30 卷

2.2 等离子体处理苎麻织物过程
将苎麻织物布条样品放入真空放电室内；关上
真空放电室，打开真空抽气机，把真空放电室里的
气压被抽到本底气压在 10Pa 以下；再通入特定的
气体，调节气缸的气阀和气体流量计的气阀，控制
真空放电室里的气压稳定在某一确定压强值；用射
频放电产生的辉光等离子体处理苎麻织物样品布
条；根据预定的放电时间停止放电，取出在该处理
时间下的布条(相同处理条件至少五根布条，用于研
究不同放置时间的苎麻毛细效应的变化)，在布条的
一端标注上等离子体类型及处理时间、压强、放电
功率、实验日期。
本实验使用三种气体分别是氩气、氧气和氮
气。对每一种气体放电时，真空放电室内的压强分
别为 20Pa、40Pa；放电功率分别为 50W、100W；
对每一组放电参数下的苎麻织物处理的时间分别
为 5min、10min、15min、20min。
2.3 毛细效应的测试
为了保证在测试苎麻织物布条毛细效应时条
件一致，用恒温干燥箱来调节在不同时间处理苎麻
织物时存在不同吸湿的问题。在室温18～25℃，湿
度70%左右的条件下来测试处理后的苎麻织物的毛
细效应。
实验步骤为：a. 从经过各相同处理条件下的
处理过的五根苎麻布条中分别取一根苎麻织物布
条和未经处理过的苎麻布条放入恒温干燥箱内待
测，保持恒温干燥箱温度为 60℃，且使布条在恒温
干燥箱内干燥 16h 以上，确保所测试的苎麻织物布
条中含水量一致。b. 将水注入烧杯中至适当的高
度，烧杯口径足够大能保证在毛细效应测试过程中
水位基本保持不变。从恒温干燥箱里同时取出两根
苎麻织物布条，将布条一端用张力夹固定在铁架台
上，另一端用悬挂砝码的张力夹夹持，以使布条保
持伸展性，避免布条表面弯折影响表面张力。调整
仪器，使液面处于刻度尺的一定位置(悬挂布条后布
条下端砝码和夹子全浸没在清水中，砝码不碰杯
底)。c. 将两根布条同时放入清水并开始计时并分
别在毛细效应实验开始后 1min、2min、3min、5min、
7min、10min、15min、20min、30min 时读取毛细
高度，记录实验数据。d. 同上步骤，分别再对处理
后放置 5d、10d、25d、40d 的布条的毛细效应进行
测量。
3 实验结果与讨论
3.1 等离子体改善苎麻毛细效应
在氧气(O2)、氮气(N2)和氩气(Ar)三种气体氛
围下的相同辉光放电参数(功率 100W 真空室压强
40Pa，处理时间 15min)的等离子体处理后的苎麻织
物布条放置 1d 后，其毛细效应与未过处理的苎麻
织物布条的毛细效应比较如图 2 所示。



图 2 等离子体处理前后的苎麻织物毛细效应

从图 2 可知，等离子体处理后的苎麻织物毛细
效应比未经处理的苎麻织物的毛细效应好许多，相
同辉光放电参数的不同气体氛围的等离子体处理
苎麻织物后，对苎麻织物毛细效应的改善也不相
同。氮、氧等离子体处理苎麻织物后，其毛细效应
的改善情况要比氩等离子体处理的效果好许多。这
是因为前两者的等离子中的活性粒子比后者多。
在等离子体处理过程中，等离子体中的电子、
离子等各种荷能粒子(光子、电子、离子、原子、分
子等)撞击苎麻织物表面引起的溅射侵蚀，同时射频
辉光放电的等离子体中的化学活性对苎麻织物表
面发生化学反应而产生化学侵蚀。当苎麻织物表面
发生溅射侵蚀时，由于苎麻植物纤维中的晶体部分
和非晶体部分被侵蚀的速率不同，则会首先生成微
细的凹凸行[4]。被溅射出来的物质分解生成的气态
成分在等离子体中受到激励后又会向表面扩散，这
样边侵蚀边重新聚合的结果使苎麻织物表面上形
成大量凸起物，增加了苎麻织物表面的粗糙程度[5]，
改变了苎麻织物的表面张力和与液体接触的接触
角，进而影响苎麻织物的毛细效应。
另外，大量的等离子体及高能自由电子能促使
苎麻纤维表面产生腐蚀、交联、接枝和共聚反应；
第 3 期 王志文等：实验研究射频辉光放电改善苎麻织物毛细效应的时效性 287

这些反应使得苎麻纤维表面的大分子链断裂，呈微
观不平的粗糙状态；也使得表面生成离子、自由基
团而改变苎麻纤维表面的亲水性[6]。同时由于各等
离子体化学活性和组成粒子不相同，对苎麻表面的
改善存在差异，活性强、能量大的等离子体对苎麻
织物的影响明显。
3.2 等离子体处理改善苎麻毛细效应的时效性
图 3 给出了在不同气体氛围中不同放电参数下
经等离子体处理后苎麻织物最好毛细效应样品在
30min 时的毛细高度与未经处理的布条在 30min 时
的毛细高度之差随存放时间的变化情况。由图可
知，刚经过氧或氮等离子体处理后布条的毛细效应
比较好，在刚放置的几天内毛细效应下降迅速，并
且在毛细效应测试过程中出现布条毛细高度局部
上升不稳定，不平衡等现象；然后随着放置时间的
延长，下降速度逐渐变缓且趋于稳定，且在实验中
样品布条毛细高度上升稳定、均匀，具有良好的毛
细效应；而经氩等离子体处理的苎麻织物毛细效应
在刚放置几天的时间内，毛细效应有所提高，5d
后毛细效应开始迅速下降，之后逐渐趋于稳定，同
样保持良好的毛细效应；共同之处是，三种等离子
体处理的苎麻毛细效应在放置 15d 后基本稳定，且
毛细效应比较接近，因此要对苎麻织物的着色等处
理，最好在等离子体刚处理完时的前 5d 内进行，
其效果才最好，尤其氧、氮等离子体处理后能及时
进行染色处理，其效果更佳。




图 3 处理后布条与原样的毛细高度差随放置时间的变化

在等离子体处理苎麻织物时，在苎麻织物表面
引发自由基反应，表面生成不饱和的基团，发生交
联，引入亲水基团等复合性作用。自由基的发生是
等离子体中的光子、电子、离子、中性粒子等荷电
粒子作用的结果，在自由基生成的同时等离子体放
射出的紫外线所引起的作用也很大，生成的自由基
寿命可达数日。一般等离子体处理表面改性是物
理、化学以及光学各种因素共同作用的结果，并非
单一因素的结果，而且，等离子体处理的表面不但
在处理中，就是处理后也还会继续与大气中的氧等
介质进行相当长时间的后反应[4]。在放置过程中，
自由基和亲水基团不断的和空气中的各种成分发
生反应而逐渐减少和消失，导致在放置的前几天苎
麻织物的毛细效应迅速下降，但是辉光放电等离子
体处理苎麻织物时对表面的蚀刻和粗化仍然保持，
使经处理后的苎麻织物表面的附加力加强，与液体
的接触角发生变化，而改善了苎麻织物的毛细效
应。而氩等离子处理的苎麻织物时，和表面生成非
氧化交织层，以及一些不稳定非饱和的自由基团，
在刚放置几天，与空气发生反应，生成亲水基团，
而提高了苎麻表面的毛细效应，随着放置时间的延
长，亲水基团和自由基消失，苎麻织物的毛细效应
迅速降低且逐渐趋于稳定，与原样相比仍具有良好
的毛细效应。因此等离子处理苎麻织物时，能有效
改善其毛细效应且保持良好的耐久性。
3.3 在长期放置后的毛细效应的对比
将三种等离子体处理过的苎麻织物布条放置
40d 后毛细效应最好的结果进行对比如图 4 所示。



图 4 放置 40d 后毛细效应对比

由图 4 可知，在氧气(O2)、氮气(N2)和氩气(Ar)
三种等离子体处理下放置 40d 后的苎麻织物的毛细
效应相差不大，但经 100W/40Pa 的氧等离子体处理
288 核聚变与等离子体物理 第 30 卷

20min 后的苎麻织物的毛细效应比其他两种等离子
体的相对较好。将图 3 和图 4 进行对比，可见长时
间放置氧气、氮气和氩气这三种气体辉光放电等离
子体处理过的苎麻织物，其毛细效应的差别明显减
小。

4 结论
射频辉光放电处理苎麻织物能有效改善苎麻
织物的毛细效应。不同的等离子体参数处理的苎麻
织物的毛细效应随被处理苎麻织物的放置时间的
增加，其毛细效应的毛细高度基本曾下降趋势，放
置的前几天下降较快，后来下降变缓，到 15d 后慢
慢趋于稳定，但仍然有较大改善，这种改善具有较
好的时效性。对比氮气、氧气、氩气三种等离子体
环境处理过的苎麻织物在放置 40d 后的毛细效应可
以看出，三种情况的苎麻织物的毛细效应相差很
小，被 100W/40Pa 的氧等离子体处理 20min 后的苎
麻织物的毛细效应最好。

参考文献：
[1] 王志文, 何燕和, 马艺华, 等. 等离子体处理苎麻织物
性能研究 [J]. 中国麻业, 2006, 28(3): 146−150.
[2] 罗纪华, 马艺华, 王志文, 等. 等离子体处理对苎麻织
物机械性能的影响 [J]. 广西纺织科技, 2006, 35(2):
11−12.
[3] 罗纪华, 马艺华, 刘学军, 等. 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.
[4] 陈杰瑢. 低温等离子体化学及其应用 [M]. 北京: 科
学出版社, 2001: 205−264.
[5] 许根慧, 姜恩永, 盛京, 等. 等离子体技术及应用 [M].
北京: 化学工业出版社, 2006.
[6] 李丽君. 紧密结构苎麻织物经纬纱可织密度分析 [J].
现代纺织技术, 2004, 12(5): 37−40.




Time effectiveness of capillary effect improvement of ramie fabrics
processed by RF glow discharging

WANG Zhi-wen, WEI Wei-xing, HE Yan-he, ZHAO Yuan-qin, PANLI Yi-ji,
LI Xue-mei, SHI Shao-dui, LI Guang-xin
(College of Physics and Electronic Engineering, Guangxi University for Nationalities. Nanning 530006)

Abstract: The time effectiveness of capillary effect improvement of ramie fabrics processed by RF glow
discharging was studied. The ramie fabrics were processed in fulfilling with different gas (O2, N2, Ar) by different
parameters (such as pressure, power and time) plasma. The capillary effect of the ramie fabrics processed by RF
glow discharging was tested at different time. The results indicate that the capillary effect of ramie fabrics
processed by RF glow discharging has been improved, the improvement of the capillary effect firstly decrease
rapidly, then slowly, and become stable after 15 day, it indicate that improvement of the ramie fabrics capillary has
good time effectiveness, and the plasma parameter for the best capillary effect improvement of ramie fabric is
100W and 40Pa processed 20mins by oxygen plasma.
Key words: RF glow discharging plasma; Ramie fabrics; Capillary effect; Time effectiveness