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低表面能材料等离子体表面改性提高其粘接性能

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-11-07
随着全球经济和科技的快速发展,新技术、新材料不断涌现,而新材料的开发和应用也推动了工业整体水平的发展。例如航空领域使用的复合材料、汽车领域使用的新型高性能通用塑料,均在保证使用性能的前提下降低了成本、质量和燃料消耗等,从而达到了节能的目的。在连接复合材料或塑料部件时会面临许多方式的选择:复合材料通常可用EP(环氧树脂)结构胶膜进行粘接;而某些低表面能通用塑料[如热塑性聚烯烃(TPO)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等很难被传统胶粘剂牢固粘接,故只能改用机械铆合或溶剂焊接等方法进行处理。机械连接虽能在任何不同材料之间进行连接,但需要额外的铸模或预处理步骤,故其外观欠佳,并且其会因应力集中而过早失效或破损;而溶剂焊接的最大问题是引入了有毒有害溶剂,从而给人体健康和环境安全带来危害。
等离子体表面改性
低表面能材料难粘的主要原因

对普通金属、油漆和塑料而言,其成熟的表面粘接方案相对较多,如可采用结构胶[如EP、丙烯酸酯和PU(聚氨酯)类等]、非结构胶[如HMA(热熔胶)、接触胶等]以及PSA等进行粘接,但对某些低表面能材料(如TPO、PP和PE等)的粘接,必须考虑其表面特性。

粘接效果在很大程度上取决于胶粘剂的流动能力、胶粘剂与被粘物表面是否紧密接触或良好浸润等。胶粘剂的特性及其作用机制视其种类不同而异:结构胶固化前呈低黏度液态;HMA加热熔融呈流动态后,方可应用;PSA是利用其独特的黏弹性来达到流动的目的。因此,胶粘剂的“浸润”表面能力十分重要,被粘物的表面轮廓、纹理、孔隙度和污染物等都会影响胶粘剂在其表面的流动和浸润;即使被粘物表面无污染物,某些低表面能材料的表面也很难被胶粘剂浸润。

表面改性处理技术

由于液态胶粘剂的表面能与固体被粘物的表面能有差异,故高表面能固体材料(如金属、玻璃等)极易被普通胶种牢固粘接,而中等表面能的固体材料[如PVC等]也能被大多数胶种良好粘接。低表面能固体材料(如PP、PE和PTFE等)很难被传统胶种牢固粘接,故通常采用表面改性技术(如火焰、电晕、等离子处理和酸蚀等)来改变其表面的化学组成或增加其表面能,使胶粘剂在低表面能固体材料的表面更易流动、铺展和浸润,从而达到适宜的粘接强度。等离子体处理是一种清洁、环境友好的表面处理技术,对材料的整体性能不产生影响,因此广泛应用于材料的表面处理,以提高其润湿性、界面黏结性能等。


等离子体表面改性技术


等离子体表面改性是近些年发展起来的一种表面物理改性技术,由于其作用时间短、绿色环保,且只影响纤维表层而不改变基体内部性能等优势,受到了越来越多的关注。其原理包括两方面:一是等离子体中存在高能(几十电子伏特)的带电粒子、紫外光及亚稳态粒子轰击材料表面,导致材料分子激发、电离、化学键断裂与重组等发生,一定时间后在材料表面形成大量自由基和活性基团等新的化学结构;二是等离子体中的高能量电子可以加速较低温度的活性粒子,使其在材料表面引起溅射反应,清除材料表面杂质,刻蚀材料表面,导致材料表面粗糙度增大并产生沟槽,增加了材料与粘接剂的接触面积,进而增强了两相之间的界面粘结强度。

等离子体表面改性是改善材料表面润湿性和粘附性的有效方法。具体方法是在通过高压电将稀有气体激发成等离子体状态的环境下,在被粘物表面上进行化学反应。使表面产生反应性基团或交联,从而改善表面能并改善粘合性能。等离子体反应的主要特征是反应仅发生在固体材料的表面上,基本上不在材料内部发生反应。因此,将该性质应用于聚合物材料的表面改性具有重要的现实意义。

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