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塑料难粘如何处理?

难粘塑料主要是指聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃和聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙丙烯(FEP)等含氟类塑料。这类塑料通常具有其它高分子材料所不具有的优点,如PE等聚烯烃类塑料成本低廉、性能优良,易于加工成各种型材,所以被广泛地应用于日常生活中;而PTFE俗称塑料王,是综合性能非常优良的塑料,有极好的耐热、耐寒和耐化学腐蚀性,被广泛应用于电子行业及一些尖端领域。但是,由于难粘塑料表面呈化学惰性,若不经特殊的表面处理很难用通用胶粘剂进行粘接。


难粘的原因

01表面能低和润湿能力差

任何材料表面与胶粘剂之间形成粘接状态的基本条件是必须形成热力学的黏附状态。它取决于材料表面与胶粘剂之间的润湿程度(接触角θ)、被粘材料表面张力(yl)、胶粘剂表面张力(yL)及被粘材料与胶粘剂间的表面张力,其关系可用Young公式表示r”(yS=TSL+TLCOSθ);热力学黏附功(W)与表面张力的关系为W=TS+TL-TSL=TL(1+COSθ)。由此可知润湿性是粘接的首要条件,而难粘塑料的表面能都比较低,因而其润湿能力都较差。表1是几种难粘塑料的表面特征数据。

水对难粘塑料的接触角都比较大,表面张力小,接着能低,所以润湿能力差,粘接能力也差。


02结晶度高

难粘塑料分子链结构规整,结晶度较高,化学稳定性好,它们的溶胀和溶解都比非结晶高分子困难,当与溶剂型胶粘剂粘接时,很难发生高聚物分子链的扩散和相互缠结,不能形成很强的黏附力。


03分子链呈非极性

PE分子链不带任何极性基团,是非极性高分子;PP分子结构单元中有-CH3,但-CH3是非常弱的极性基团,所以PP基本上属于非极性高分子;PTFE等氟塑料,因结构高度对称,也属非极性高分子。胶粘剂吸附在这些难粘塑料表面只能形成较弱的色散力,而缺少取向力和诱导力,因而黏附性能较差。


04存在较弱的边界层

难粘塑料难粘除了结构上的原因外;还在于材料表面存在弱的边界层。这种弱的边界层来自聚合物本身的低分子成分,聚合加工过程中所加入的各种助剂,以及加工和储运过程中所带人的杂质等。这类小分子物质极容易析出、汇集于塑料表面,形成强度很低的薄弱界面层,这种弱边界层的存在大大降低了塑料的粘接强度。


难粘塑料表面处理的途径

目前,提高难粘塑料的粘接性能主要通过对材料表面进行处理和研究开发新型胶粘剂来实现。其中对难粘塑料表面进行处理主要有以下几种途径:①在难粘塑料表面的分子链上导入极性基团;②提高材料的表面能;③提高制品表面的粗糙度;④降低或消除制品表面的弱界面层。难粘塑料的表面处理方法有化学处理法、高温熔融法、气体热氧化法、辐射接枝法、ArF激光法及低温等离子体法等,其中低温等离子体法是近年来发展较快的材料表面处理方法。


等离子体表面处理的研究现状

01等离子体的特征

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等离子体是由电子、正离子和中性粒子(包括所有不带电的粒子,如原子、分子和原子团等)所组成,对外界呈电中性的电离气体。等离子体被称为除固态、液态和气态外,物质存在的第四态。实际上,在热力学温度不为零的任何气体中,都有一定量的原子会发生电离。但只有当大量的原子发生电离,且带电粒子密度足够大时,才会对其性质产生明显影响。通常,将等离子体中的电子、正离子和中性粒子的密度假定为ne、ni和na,由等离子体对外呈电中性可知ne*ni。因此,可以用电离度r/=n(ni+n。)来衡量等离子体的电离度。通常把r/<0.1%的电离气体称为弱电离气体或低温等离子体;r/>1%的电离气体称为强电离气体或高温等离子体;0.1%≤r≤1%的电离气体称为中温等离子体。高温等离子体主要应用于受控核聚变;中低温等离子体用于切割、焊接、喷涂以及制造各种新型的电光源与显示器等;低温等离子体主要用于表面聚合和材料的表面改性等。


02低温等离子体表面处理原理

低温等离子体是低气压放电(辉光、电晕、高频和微波等)产生的电离气体,在电场作用下,气体中的自由电子从电场获得能量成为高能量电子。这些高能量电子与气体中的分子、原子碰撞,如果电子的能量大于分子或原子的激发能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(可以是化学活性气体、惰性气体或金属元素气体)具有的能量一般都接近或超过C-C键或其它含C键的键能通过离子轰击或注入聚合物的表面,产生断键或引入官能团,使表面活性化以达到改性的目的。


03低温等离子体表面处理的主要形式

1、表面刻蚀

在等离子体的作用下,材料表面的一些化学键发生断裂,形成小分子产物或被氧化成CO、CO:等,这些产物被抽气过程抽走,使材料表面变得凹凸不平,粗糙度增加。

2、表面活化

在等离子体作用下,难粘塑料表面出现部分活性原子、自由基和不饱和键,这些活性基团与等离子体中的活性粒子接触会反应生成新的活性基团。但是,带有活性基团的材料会受到氧的作用或分子链段运动的影响,使表面活性基团消失,因此经等离子体处理的材料表面活性具有一定的时效性。

3、表面接枝

在等离子体对材料表面改性中,由于等离子体中活性粒子对表面分子的作用,使表面分子链断裂产生新的自由基、双键等活性基团,随之发生表面交联、接枝等反应。

4、表面聚合

在使用有机氟、有机硅或有机金属等作为等离子体活性气体时,会在材料表面聚合产生一层沉积层,沉积层的存在有利于提高材料表面的粘接能力。在低温等离子体对难粘塑料进行处理时,以上四种作用形式会同时出现。因此,可以根据低温等离子体所使用的气体,将其分为反应型低温等离子体和非反应型低温等离子。


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