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等离子清洗对塑料表面粘接性能的提升

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-10-17
塑料制品的粘接与涂装集成,具有质轻、强度大、耐腐蚀、易加工等特点,同时具有节约能量,节省原料,增加功能,延长材料寿命的优点,成为包装、建材、农业、汽车、航空航天、电子电气、医疗卫生等领域进行技术变革,促进技术进步和开发高科技产品必不可少的新材料。目前,塑料的粘接与涂装技术发展很快,但也存在有些制约塑料领域发展的问题:品种众多,结构和表面状况差异较大,胶接结构差异化很大,同时面临环保问题的挑战,导致胶接产品开裂、脱层、泄漏、环境污染发生。因此,高效表面处理技术,与不同塑料结构相匹配的专用胶粘剂开发,自粘接和在线聚合技术,环保胶粘剂与过程控制等将成为塑料粘接领域的重要技术发展方向。
等离子清洗
塑料的粘接强度不仅取决于粘接材料,更重要的是其界面处理。塑料需要具备一定的表面张力,并且其表面张力要大于胶粘剂的表面张力。然而,实际上绝大多数塑料材料的表面张力很低,因此,必须采用合适的表面预处理技术来提高塑料的表面张力。

塑料粘接对象
塑料/塑料、塑料/橡胶、塑料/弹性体、塑料/功能涂层
塑料/金属、塑料/无机非金属材料、
塑料/木材、塑料/纸

部分塑料材料的典型表面能(达因值)

序号 材料品种 表面能,dynes/cm
1 PP 29-30
2 PE 31-33
3 PVC,PMMA 39
4 PS,HIPS 33
5 ABS 36
6 PET、PBT 41-42
7 Nylon 43
8 PU 29
9 PTFE 18-26

表面处理方式的选择

塑料粘接选择处理方法时,需要综合考虑相应材料的化学特性、聚合物链段结制品的形态以及应用领域的特殊要求。高可靠性的粘接通常需要更多的表面处理。

PP和PE等聚烯烃材料,表面能很低,通常只有30-34达因。要实现良好的粘接,一般要求表面能不低于40达因。粘接试验表明,PE在等离子清洗后粘接强度可提高10倍。经过同样处理,PP在等离子清洗后粘接强度约会提高200倍。

塑料的表面能越低,需要的处理越多。有些聚合物具有较低的表面能,也可以直接用溶剂粘接,如ABS、PC、PS和PVC等。而对于那些抗溶剂材料,如POM、PPO、PPS以及其他含有苯环的聚合物,通常需要表面氧化处理或打毛。对于粘接更困难的材料如PA和聚酰亚胺通常需要表面蚀刻处理才能粘接。


利用等离子清洗塑料表面是塑料表面处理最有效的办法


等离子体是一种气体状态的物质,其中含有原子、分子、离子亚稳态和它们的激发态,还有电子。而正电荷类物质与负电荷类物质的含量大致相等。低温等离子体是低气压放电产生的电离气体,在电场的作用下,气体中的自由电子从电场中获得能量成为高能量电子,这些电子与气体中的分子、原子碰撞,当电子的能量大于分子或原子的激发能时就会产生激发分子或激发原子自由基、离子和具有不同能量的辐射线,低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般都接近或超过C—C或其他碳键的键能,因此能与导入系统的气体或固体表面发生化学或物理的相互作用。如反应型的氧等离子体,可能与高分子表面发生化学反应而引入大量的氧基团,使其表面分子链上产生极性,表面张力明显提高。并且也能通过表面的交联和蚀刻作用引起表面物理变化而改善聚合物表面的接触角和表面能,这种表面处理法的优点是处理时间短、速度快、操作简单、容易控制,目前已被广泛地应用于高分子塑料的表面预处理。

低温等离子清洗目前有两种方式,静态腔式负压和开放式常压低温等离子清洗。采用N2、NH3、O2、SO2等气体处理高分子材料,可以改变表面的化学组成,引入相应新的官能基团:-NH2、-OH、-C00H、-SO3H等。这些官能团可使聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯、UHMWPE等这些完全惰性的基材表面变成官能化,可以提高表面极性,浸润性,反应性,极大地提高了其使用价值。不同塑料材料经低温等离子体处理后,表面能和粘接强度大幅度提高。

塑料表面进行等离子清洗其主要目的为改善塑料表面的亲水疏水性、提高难黏塑料的黏合度。等离子清洗可以使塑料制件粘接表面的表面质量显著提升,达到甚至超过机械打磨法所获得的粘接强度,从而可以克服打磨方法或可剥布法受人工因素影响较大、难以实现连续化生产、生产效率较低且同时会产生较多的工业垃圾等缺点,因此等离子清洗技术是取代传统处理方法的最佳选择之一。

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