苎麻纤维是我国特色优质天然纤维，具有优异的比强度和比模量，其抗拉强度为400~1000MPa，是理想的复合增强材料。但苎麻纤维的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其表面含有大量极性羟基基团，呈现出强烈的亲水性；聚己内酯分子链中非极性亚甲基链段占主导地位，其表面以非极性为主导。这一“亲水-疏水”界面极性矛盾导致纤维与树脂基体间相容性差。当复合材料受力时，界面层难以有效传递应力，纤维易从基体中拔出，致使复合材料力学性能远低于理论预测值。因此，如何对苎麻纤维表面进行改性，改善纤维与聚己内酯间的界面结合性能，是该类复合材料性能提升的关键科学问题。

目前，传统的化学处理虽能去除纤维表面蜡质和部分半纤维素，增加表面粗糙度，但过度处理会损伤纤维素结晶区，导致纤维自身强度下降，且处理过程中产生的废液易造成环境问题。相比之下，低温等离子体技术作为一种干式、高效、环保的表面改性手段，其仅作用于材料表面纳米级深度，能在不牺牲纤维本体力学性能的前提下实现表面物理化学性质的精确调控，近年来受到广泛关注。

等离子体处理技术

等离子体作为一种由电子、离子及活性粒子构成的电离气体，等离子体以其高度的反应活性和精准可调的特点，成为了一种理想的材料改性工具。

等离子体处理产生的离子化气体不仅能有效清洁、活化和氧化苎麻纤维表面，而且不会影响材料的体相性能。等离子体处理通过增强 表面亲水性和化学反应活性，促进胶黏剂与基材之间的分子级结合，从而显著提升胶黏连接的性能。

等离子体处理对苎麻纤维表面形貌的影响

等离子体处理前后苎麻纤维表面形貌如图1所示。未处理组[图1（a）]表面较为平整，仅存在少量天然纵向纹理，此为苎麻纤维的典型微观表面形貌特征。经20s等离子体处理后[图1（b）]，纤维表面开始出现轻度刻蚀痕迹；处理时间延长至40s[图1（c）]，表面粗糙度进一步增加；60s组[图1（d）]纤维表面呈现出密集的凹槽结构，这归因于等离子体中高能粒子对纤维表面的物理轰击与溅射作用，纤维表层的非纤维素组分优先被剥离，形成凹凸不平的粗糙结构。然而，当处理时间增至80s[图1（e）]时，纤维表面局部区域出现较深的刻蚀痕迹。

图1  等离子体处理前后苎麻纤维表面形貌

等离子体处理对苎麻纤维表面化学组成的影响

表1列出了各组苎麻纤维表面化学元素含量及O/C原子比。由表1可见，未经处理的苎麻纤维表面O/C比为0.49，这与纤维素分子富含羟基（—OH）的化学结构相符。经等离子体处理后，纤维表面O/C比随着处理时间的延长呈下降趋势：20s组降至0.44，40s组降至0.36，60s组降至0.32，而80s组回升至0.40。

为进一步揭示表面化学结构的变化，对C1s谱峰进行了高斯-洛伦兹分峰拟合，分为4个组分峰：C—C（285.0eV）、C—O（286.5eV）、C=O（288.1eV）和O—C=O（289.4eV），分峰结果如表2所示。未处理组的苎麻纤维表面C—O键占比最高（46.8%），主要归因于纤维素分子含有大量的羟基。经60s等离子体处理后，C—C键含量从40.1%大幅上升至69.4%，而C—O键含量从46.8%骤降至20.5%，C=O和O—C=O键含量也显著降低。这是因为等离子体中的高能活性粒子优先打断乙醇分子中键能最低的C—O键，生成乙基接枝于纤维素表面，形成以C—C键为主的疏水层。

等离子体处理对苎麻纤维动态接触角的影响

等离子体处理前后苎麻纤维动态接触角变化如表3所示。由表3可见，未经处理的苎麻纤维动态接触角（前进角）为54.5°，呈亲水性。经等离子体处理后，接触角随着处理时间的延长先增大后减小：20s组为68.4°，40s组为82.1°，60s组达到90.8°（较未处理组提升约66.61%），80s组回落至75.3°。

触角的显著增大可以从物理和化学两个层面解释。在化学层面，X射线光电子能谱分析结果已证明等离子体处理导致纤维表面O/C比从0.49降至0.32，C—C键含量大幅提高。纤维表面极性降低，表面能下降，与极性水分子之间的相互作用减弱，表现为接触角增大。在物理层面，等离子体刻蚀使纤维表面粗糙度增加。根据Wenzel方程，对于原本亲水的表面，粗糙度增加会使其表观接触角进一步减小，这与实验观察到的接触角增大相矛盾。这表明化学结构对接触角的贡献远大于物理粗糙度的贡献，前者主导了润湿性的转变方向。此外，80s组动态接触角回落至75.3°，这与该处理条件下纤维表面出现过度刻蚀有关，其破坏了已形成的C—C键，暴露了纤维素层，导致动态接触角减小。