低表面能材料等離子體表面改性提高其粘接性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-11-07

隨著全球經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)，而新材料的開發(fā)和應(yīng)用也推動了工業(yè)整體水平的發(fā)展。例如航空領(lǐng)域使用的復(fù)合材料、汽車領(lǐng)域使用的新型高性能通用塑料，均在保證使用性能的前提下降低了成本、質(zhì)量和燃料消耗等，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。在連接復(fù)合材料或塑料部件時會面臨許多方式的選擇：復(fù)合材料通?？捎肊P（環(huán)氧樹脂）結(jié)構(gòu)膠膜進(jìn)行粘接；而某些低表面能通用塑料[如熱塑性聚烯烴（TPO）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）等很難被傳統(tǒng)膠粘劑牢固粘接，故只能改用機械鉚合或溶劑焊接等方法進(jìn)行處理。機械連接雖能在任何不同材料之間進(jìn)行連接，但需要額外的鑄?；蝾A(yù)處理步驟，故其外觀欠佳，并且其會因應(yīng)力集中而過早失效或破損；而溶劑焊接的最大問題是引入了有毒有害溶劑，從而給人體健康和環(huán)境安全帶來危害。

低表面能材料難粘的主要原因

對普通金屬、油漆和塑料而言，其成熟的表面粘接方案相對較多，如可采用結(jié)構(gòu)膠[如EP、丙烯酸酯和PU（聚氨酯）類等]、非結(jié)構(gòu)膠[如HMA（熱熔膠）、接觸膠等]以及PSA等進(jìn)行粘接，但對某些低表面能材料（如TPO、PP和PE等）的粘接，必須考慮其表面特性。

粘接效果在很大程度上取決于膠粘劑的流動能力、膠粘劑與被粘物表面是否緊密接觸或良好浸潤等。膠粘劑的特性及其作用機制視其種類不同而異：結(jié)構(gòu)膠固化前呈低黏度液態(tài)；HMA加熱熔融呈流動態(tài)后，方可應(yīng)用；PSA是利用其獨特的黏彈性來達(dá)到流動的目的。因此，膠粘劑的“浸潤”表面能力十分重要，被粘物的表面輪廓、紋理、孔隙度和污染物等都會影響膠粘劑在其表面的流動和浸潤；即使被粘物表面無污染物，某些低表面能材料的表面也很難被膠粘劑浸潤。

表面改性處理技術(shù)

由于液態(tài)膠粘劑的表面能與固體被粘物的表面能有差異，故高表面能固體材料（如金屬、玻璃等）極易被普通膠種牢固粘接，而中等表面能的固體材料[如PVC等]也能被大多數(shù)膠種良好粘接。低表面能固體材料（如PP、PE和PTFE等）很難被傳統(tǒng)膠種牢固粘接，故通常采用表面改性技術(shù)（如火焰、電暈、等離子處理和酸蝕等）來改變其表面的化學(xué)組成或增加其表面能，使膠粘劑在低表面能固體材料的表面更易流動、鋪展和浸潤，從而達(dá)到適宜的粘接強度。等離子體處理是一種清潔、環(huán)境友好的表面處理技術(shù),對材料的整體性能不產(chǎn)生影響,因此廣泛應(yīng)用于材料的表面處理,以提高其潤濕性、界面黏結(jié)性能等。

等離子體表面改性技術(shù)

等離子體表面改性是近些年發(fā)展起來的一種表面物理改性技術(shù)，由于其作用時間短、綠色環(huán)保，且只影響纖維表層而不改變基體內(nèi)部性能等優(yōu)勢，受到了越來越多的關(guān)注。其原理包括兩方面：一是等離子體中存在高能（幾十電子伏特）的帶電粒子、紫外光及亞穩(wěn)態(tài)粒子轟擊材料表面，導(dǎo)致材料分子激發(fā)、電離、化學(xué)鍵斷裂與重組等發(fā)生，一定時間后在材料表面形成大量自由基和活性基團(tuán)等新的化學(xué)結(jié)構(gòu)；二是等離子體中的高能量電子可以加速較低溫度的活性粒子，使其在材料表面引起濺射反應(yīng)，清除材料表面雜質(zhì)，刻蝕材料表面，導(dǎo)致材料表面粗糙度增大并產(chǎn)生溝槽，增加了材料與粘接劑的接觸面積，進(jìn)而增強了兩相之間的界面粘結(jié)強度。

等離子體表面改性是改善材料表面潤濕性和粘附性的有效方法。具體方法是在通過高壓電將稀有氣體激發(fā)成等離子體狀態(tài)的環(huán)境下，在被粘物表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。使表面產(chǎn)生反應(yīng)性基團(tuán)或交聯(lián)，從而改善表面能并改善粘合性能。等離子體反應(yīng)的主要特征是反應(yīng)僅發(fā)生在固體材料的表面上，基本上不在材料內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)。因此，將該性質(zhì)應(yīng)用于聚合物材料的表面改性具有重要的現(xiàn)實意義。