常压等离子体具有不需要真空系统、可实现连续生产、节能环保等优点,在聚合物材料表面改性方面具有很好的应用前景。作为一种重要的聚合物材料,聚酯纤维及其制品广泛的用于生活的各个领域。但其生产过程中,传统的化学表面改性方法如聚酯纤维碱减量,对环境污染严重。因此,运用常压等离子体表面改性技术对聚酯材料进行表面改性,并改善聚酯碱减量工艺具有重要的实际意义。本文系统地研究了常压等离子体对聚酯材料的表面改性,并对材料表面物理与化学结构进行均匀构筑。自行研制了一套用于纤维材料表面处理的常压介质阻挡放电装置。通过对实验装置和实验参数的调节与优化,最终获得均匀稳定的氩气微放电等离子体。分析其放电过程可知,该等离子体中存在羟基、氧原子等化学活性基团。另外,还发现了等离子体酸的存在。常压下短时间的放电即可产生等离子体酸,其pH值可达3-4,但在空气中存在时效性。常压等离子体刻蚀聚酯纤维并不能达到碱减量的处理效果,因此利用等离子体与碱联合的方法对聚酯纤维进行刻蚀处理,并与单独等离子体处理、单独碱处理后的效果进行了比较。通过对纤维的扫描电子显微镜(SEM)和直径分析发现,这种联合处理可以获得更为显著的纤维刻蚀减量效果。静态接触角的结果表明,联合处理后的纤维表面更具亲水性。对纤维漫反射以及织物性质的测试进一步说明,聚酯材料经联合处理后的光泽更加柔和,手感更为舒适。综合以上结果,发现常压等离子体与碱联合处理可以产生协同刻蚀效应。为了探讨这种协同刻蚀效应的作用机理,本文利用常压氦气脉冲介质阻挡放电处理聚酯薄膜,并对处理过程的物理和化学作用进行研究。通过电学特征和光学特征的分析,发现氦气脉冲放电过程充分,产生了均为稳定的等离子体。原子力显微镜(AFM)、激光拉曼光谱(Micro-Raman)和X射线光电子能谱(XPS)的测试结果表明,聚酯薄膜材料经等离子体处理后,表面粗糙程度增加,化学结构与成分均发生改变。而且处于等离子体不同区域的薄膜表面刻蚀效果也不同。论文进一步分析了聚酯纤维常压等离子体协同刻蚀的基本过程与作用机理,可以初步认为,这种协同刻蚀效应是一种物理扩散与化学吸附的复合过程。聚酯纤维表面经等离子体处理后,表面的凹坑与孔洞加剧了碱溶液向纤维内部的扩散,同时表面的化学极性基团使得碱溶液中的OH-更加容易地吸附在纤维材料表面。这种表面物理扩散和化学吸附与等离子体的状态和碱溶液的处理时间密切相关。另外,纤维大分子的运动状况也影响协同刻蚀效果,而大分子的运动与等离子体处理和碱处理存在一定的关联性。本文将常压等离子体技术与碱溶液处理技术相结合对聚酯纤维进行表面改性,首次提出了“常压等离子体协同刻蚀”这一机理,并对此机理进行分析探讨。其研究对今后常压等离子体协同刻蚀技术的实际应用奠定了良好的理论基础,为使用协同刻蚀技术替代传统的聚酯碱减量工艺提供重要的参考依据。