等離子清洗對塑料表面粘接性能的提升
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-10-17
塑料制品的粘接與涂裝集成，具有質(zhì)輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕、易加工等特點(diǎn)，同時(shí)具有節(jié)約能量，節(jié)省原料，增加功能，延長材料壽命的優(yōu)點(diǎn)，成為包裝、建材、農(nóng)業(yè)、汽車、航空航天、電子電氣、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)變革，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和開發(fā)高科技產(chǎn)品必不可少的新材料。目前，塑料的粘接與涂裝技術(shù)發(fā)展很快，但也存在有些制約塑料領(lǐng)域發(fā)展的問題:品種眾多，結(jié)構(gòu)和表面狀況差異較大，膠接結(jié)構(gòu)差異化很大，同時(shí)面臨環(huán)保問題的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致膠接產(chǎn)品開裂、脫層、泄漏、環(huán)境污染發(fā)生。因此，高效表面處理技術(shù)，與不同塑料結(jié)構(gòu)相匹配的專用膠粘劑開發(fā)，自粘接和在線聚合技術(shù)，環(huán)保膠粘劑與過程控制等將成為塑料粘接領(lǐng)域的重要技術(shù)發(fā)展方向。
塑料的粘接強(qiáng)度不僅取決于粘接材料，更重要的是其界面處理。塑料需要具備一定的表面張力，并且其表面張力要大于膠粘劑的表面張力。然而，實(shí)際上絕大多數(shù)塑料材料的表面張力很低，因此，必須采用合適的表面預(yù)處理技術(shù)來提高塑料的表面張力。
塑料粘接對象
塑料/塑料、塑料/橡膠、塑料/彈性體、塑料/功能涂層
塑料/金屬、塑料/無機(jī)非金屬材料、
塑料/木材、塑料/紙
部分塑料材料的典型表面能（達(dá)因值）
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序號 |
材料品種 |
表面能，dynes/cm |
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1 |
PP |
29-30 |
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2 |
PE |
31-33 |
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3 |
PVC，PMMA |
39 |
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4 |
PS，HIPS |
33 |
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5 |
ABS |
36 |
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6 |
PET、PBT |
41-42 |
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7 |
Nylon |
43 |
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8 |
PU |
29 |
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9 |
PTFE |
18-26 |
表面處理方式的選擇
塑料粘接選擇處理方法時(shí)，需要綜合考慮相應(yīng)材料的化學(xué)特性、聚合物鏈段結(jié)制品的形態(tài)以及應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求。高可靠性的粘接通常需要更多的表面處理。
PP和PE等聚烯烴材料，表面能很低，通常只有30-34達(dá)因。要實(shí)現(xiàn)良好的粘接，一般要求表面能不低于40達(dá)因。粘接試驗(yàn)表明，PE在等離子清洗后粘接強(qiáng)度可提高10倍。經(jīng)過同樣處理，PP在等離子清洗后粘接強(qiáng)度約會提高200倍。
塑料的表面能越低，需要的處理越多。有些聚合物具有較低的表面能，也可以直接用溶劑粘接，如ABS、PC、PS和PVC等。而對于那些抗溶劑材料，如POM、PPO、PPS以及其他含有苯環(huán)的聚合物，通常需要表面氧化處理或打毛。對于粘接更困難的材料如PA和聚酰亞胺通常需要表面蝕刻處理才能粘接。
利用等離子清洗塑料表面是塑料表面處理最有效的辦法
等離子體是一種氣體狀態(tài)的物質(zhì)，其中含有原子、分子、離子亞穩(wěn)態(tài)和它們的激發(fā)態(tài)，還有電子。而正電荷類物質(zhì)與負(fù)電荷類物質(zhì)的含量大致相等。低溫等離子體是低氣壓放電產(chǎn)生的電離氣體，在電場的作用下，氣體中的自由電子從電場中獲得能量成為高能量電子，這些電子與氣體中的分子、原子碰撞，當(dāng)電子的能量大于分子或原子的激發(fā)能時(shí)就會產(chǎn)生激發(fā)分子或激發(fā)原子自由基、離子和具有不同能量的輻射線，低溫等離子體中的活性粒子具有的能量一般都接近或超過C—C或其他碳鍵的鍵能，因此能與導(dǎo)入系統(tǒng)的氣體或固體表面發(fā)生化學(xué)或物理的相互作用。如反應(yīng)型的氧等離子體，可能與高分子表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引入大量的氧基團(tuán)，使其表面分子鏈上產(chǎn)生極性，表面張力明顯提高。并且也能通過表面的交聯(lián)和蝕刻作用引起表面物理變化而改善聚合物表面的接觸角和表面能，這種表面處理法的優(yōu)點(diǎn)是處理時(shí)間短、速度快、操作簡單、容易控制，目前已被廣泛地應(yīng)用于高分子塑料的表面預(yù)處理。
低溫等離子清洗目前有兩種方式，靜態(tài)腔式負(fù)壓和開放式常壓低溫等離子清洗。采用N2、NH3、O2、SO2等氣體處理高分子材料，可以改變表面的化學(xué)組成，引入相應(yīng)新的官能基團(tuán):-NH2、-OH、-C00H、-SO3H等。這些官能團(tuán)可使聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯、UHMWPE等這些完全惰性的基材表面變成官能化，可以提高表面極性，浸潤性，反應(yīng)性，極大地提高了其使用價(jià)值。不同塑料材料經(jīng)低溫等離子體處理后，表面能和粘接強(qiáng)度大幅度提高。
塑料表面進(jìn)行等離子清洗其主要目的為改善塑料表面的親水疏水性、提高難黏塑料的黏合度。等離子清洗可以使塑料制件粘接表面的表面質(zhì)量顯著提升，達(dá)到甚至超過機(jī)械打磨法所獲得的粘接強(qiáng)度，從而可以克服打磨方法或可剝布法受人工因素影響較大、難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)、生產(chǎn)效率較低且同時(shí)會產(chǎn)生較多的工業(yè)垃圾等缺點(diǎn)，因此等離子清洗技術(shù)是取代傳統(tǒng)處理方法的最佳選擇之一。
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