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等離子體由帶電粒子(電子和離子)、激發(fā)原子(自由基，亞穩(wěn)態(tài)分子)和光子 的混合物組成，離子、電子、激發(fā)原子等物質會對纖維表面進行轟擊，等離子體中的各種活性粒子撞擊材料表面并誘發(fā)能量交換，導致許多物理和化學反應的發(fā)生，實現(xiàn)針對纖維膜的表面改性。等離子體與纖維膜表面的相互作用原理，根據(jù)反應類型可細分為以下四類：

清洗作用

通常有機材料在加工過程中會使用一定的填料或添加劑，導致材料表面堆積形成表面雜質層，等離子體處理可以有效去除纖維表面的雜質，等離子體對纖維膜的清洗作用是通過熱效應、刻蝕作用以及電子、離子和自由基引起的化學反應協(xié)同實現(xiàn)的。由于等離子體中處理纖維膜表面會受到電子、離子轟擊和等離子體輻射的加熱，刻蝕作用可去除表面的懸浮顆粒，對纖維膜的清潔起到主要作用。另外，等離子體產生的化學物質在纖維膜的表面吸附和解吸，從而通過化學反應清潔纖維表面。作為干法去除雜質的方法，處理過程中不會產生廢液，不會造成環(huán)境污染。

表面功能化

低溫等離子體處理使用等離子體氣體來修飾纖維表面，經電場傳遞能量后的氣體電子被加速與中性氣體分子或原子碰撞，碰撞會產生大量具有極高能量和活化作用的自由基，進而反應氣體被激發(fā)產生活性粒子。等離子體產生高能量的離子和光子提供高于共價C-C或C-H鍵能的能量，然后轟擊破壞了纖維膜表面的C-C或C-H鍵，導致C自由基的形成。當選用不同的處理氣氛，可以在纖維表面引入不同類型的反應基團。采用含F(xiàn)、Si或Cl的氣體或化學試劑蒸氣作為反應物，與非反應性載氣混合進行放電，可在纖維表面引入疏水基團。當纖維膜被非反應性氣體(N2、和He)或反應性氣體(02和NH3)產生的等離子體處理時，纖維表面可以引入一些反應性基團導致呈現(xiàn)親水性。

刻蝕作用

隨著等離子體處理時間的增加，纖維表面的弱邊界往往被等離子體中的塊狀粒子的轟擊和濺射去除。此時，纖維表面形貌發(fā)生變化，表面粗糙度增大，可以依據(jù)SEM圖像直觀觀察到纖維膜表面出現(xiàn)了許多明顯的縫隙。因此，為避免對纖維膜基底的損傷，通常選用較低的電壓或氣體消耗下進行。當?shù)入x子體處理時間過長時，間隙深度達到數(shù)十至數(shù)百納米。

接枝聚合

通過等離子體預活化纖維膜表面，可在原納米纖維表面接枝聚合材料以形成新的表面。具體包括以下步驟：氣相中的有機前體活化，將所得反應性成膜物質傳輸?shù)交谋砻?，以及表面上的聚合物生長。需要注意的是，聚合過程總是與蝕刻效應相伴隨。事實上，它們是同時發(fā)生的兩個競爭過程。

根據(jù)所用單體及其物質的不同，纖維表面聚合主要有三種方法：(1)氣液相直接聚合，處理后的納米纖維在真空環(huán)境下聚合并接枝液相單體，不與空氣接觸。(2)氣相直接聚合，經過等離子體處理后，將氣相單體引入直接與納米纖維接觸，發(fā)生聚合接枝反應。(3)氧化間接接枝，經等離子體處理的纖維膜與空氣或02連接形成氧化物，然后聚合并接枝液相單體。與氣液相接枝相比，氣相接枝具有單體利用率高和干法等離子體處理的優(yōu)點，但也存在單體濃度小，導致接枝率低的問題。相較于表面處理法僅新的表面活性層，進而改變纖維表面特性，但貯存時間較短。因此，采用氧化間接接枝聚合法可在纖維表面引入以共價鍵和基體相結合的高分子，有效提升結合強度。

相較于化學改性，等離子體改性是一種干式改性方法，只引起被纖維膜50～100am表層的物理或化學變化。在不改變纖維膜基體優(yōu)良性能的同時，能賦予其新的特性。