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难粘塑料低温等离子处理塑料表面

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发布时间：

2020-08-07

难粘塑料表面低温等离子处理：

难粘性塑料主要是指聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙丙烯(FEP)等含氟塑料。此类塑料一般具有其他高分子材料所没有的优点，如PE等聚烯烃类塑料价格低廉，性能优异，易于加工成各种型材，因此被广泛应用于日常生活中；而PTFE一般被称为塑料用的多的材料，是综合性能很好的塑料，具有极好的耐热、耐寒、耐化学腐蚀性，在电子工业和某些领域得到广泛应用。但由于难粘塑料表面具有化学惰性，如果没有经过特殊的表面处理，一般的胶粘剂难以粘结，可用低温等离子表面处理机进行处理解决。

粘合困难原因：

表层能量低，润湿性差：

所有材料表面与粘合剂形成粘合状态的基本条件是必须在粘合状态中形成热力学。这取决于材料表面与粘合剂(接触角θ)、被粘材料表面张力(yl)、粘合剂表面张力(yL)和被粘材料与粘合剂之间的表面张力，两者之间的关系用Young公式来表示r”(yS=TSL+TLCOSθ)；热力学粘附功(W)与表面张力的关系是W=TS+TL-TSL=TL(1+COSθ)。因此，润湿性是粘接的首要条件，而难粘塑料的表面能均较低，因此其润湿性较差。难粘塑料与水的接触角度较大，表面张力小，接触面能低。

结晶度高：

难粘性塑料分子链结构规整，结晶度高，化学稳定性好，与非结晶性聚合物相比，其溶胀和溶解难度大，当与溶剂型粘结剂结合时，难以发生聚合物分子链的扩散和缠结，不能形成很强的粘结力。

分子链非极性化：

聚乙烯分子链中没有极性基团，是一种非极性聚合物；聚丙烯分子结构单元中有-CH3，但-CH3是很弱的极性基团，因此聚丙烯基本上属于非极性聚合物；PTFE等氟塑料，由于结构高度对称，也属于非极性聚合物。在这些难粘塑料表面吸附胶粘剂只能产生微弱的色散力，而缺乏取向力和诱导力，从而导致粘着性能下降。

薄弱的边界层：

难粘塑料除结构原因外，还与材料表面有较弱的边界层有关。这一弱边界层来自于聚合物本身的低分子成分、聚合加工过程中加入的各种助剂、加工和贮存过程中含有的杂质等。这种小分子物质非常容易析出，聚集在塑料表面，形成非常弱的界面层，这种弱界面层的存在大大降低了塑料的粘结强度。

难粘胶塑料表面处理方法：

提高难粘塑料的粘结性能，目前主要是通过对材料表面的处理和研究开发新型粘结剂来实现。在这些方法中，处理难粘塑料表面的方法主要有：①在难粘塑料表面分子链上引入极性基团；②增加材料表面能；③增加产品表面粗糙度；④降低或消除产品表面弱界面层。难溶性塑料的表面处理方法主要有化学处理、高温熔化、气体热氧化、辐射接枝、ArF激光和低温等离子体法等，其中低温等离子体法是近几年发展迅速的一种材料表面处理方法。

等离子表面处理技术的研究现状：

等离子的特性：

等离子体是由电子、正离子和中性粒子构成的，其中包括所有不带电的粒子，如原子、分子和原子团等，这些气体对外界呈电中性。除了固体、液体和气体状态，等离子体是物质存在的第四个状态。事实上，任何一种气体，如果热力学温度不为零，就会有一定量的原子被电离。但是，只有当大量的原子被电离，并且带电粒子的密度足够大时，这些粒子的性质才会受到明显的影响。一般假设电子、正离子和中性粒子在等离子体中的密度为ne、ni和na，这些粒子在等离子体外部呈电中性可知ne*ni。所以可以使用电离度r/=n(ni+n)。测量电离度的一种方法。一般将r/<0.1%的离子化气体称为弱离子化或低温等离子化；r/>1%的离子化气体称为强离子化或高温等离子化；0.1%≤r≤1%的离子化气体称为中温等离子化。高温热离子体主要用于控制核聚变；中低温等离子体用于切割、焊接、喷涂以及制造各种新型电光源、显示器等；低温热离子体主要用于表面聚合和表面改性等。

低温等离子体表面处理的原则：

低温等离子体是由低气压放电(辉光、电晕、高频、微波等)产生的离子化气体，在电场作用下，气体中的自由电子由电场转化为高能电子。这类高能电子与气体中的分子、原子发生碰撞，如果电子的能量大于分子或原子的激发能，则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(可能是化学活性气体、惰性气体或金属元素气体)具有的能量通常接近或超过C-C键或其他含C键的键能，通过离子轰击或注入聚合物表面，产生断键或引入官能团，使表面发生活性化，从而达到改性目的。

低温等离子表面处理的主要形式有：

表面刻蚀：

由于等离子体的作用，材料表面的某些化学键破裂，产生小分子产物，或者氧化成CO、CO等等，这些产物通过抽吸过程被抽离，导致材料表面凹凸不平，粗糙度增加。

表层活化：

难粘塑料表面在等离子体的作用下，出现了部分活性原子、自由基和不饱和键，这些活性基团与等离子体中的活性颗粒相接触，产生了新的活性基团。但含有活性基团的材料会受到氧气或分子链的运动的影响，导致表面活性基团消失，所以等离子体处理后材料的表面活性有一定的时间性。

表面接枝：

利用等离子体对材料进行表面改性时，由于等离子体中活性粒子对表面分子的作用，破坏了表面分子的链，产生了新的自由基、双键等活性基团，从而发生了表面交联、等离子接枝等反应。

表面聚合：

将有机氟、有机硅或有机金属等用作等离子体活性气体时，会在材料表面聚合形成沉积层，沉积层的存在有助于提高材料表面的粘结能力。

上述四种作用形式将在低温等离子体处理难粘塑料时同时出现。根据所用气体的不同，可分为反应性低温等离子体和非反应性低温等离子体两种类型。

塑料等离子表面处理机-诚峰智造