難粘塑料主要是指聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烴和聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙丙烯(FEP)等含氟類塑料。這類塑料通常具有其它高分子材料所不具有的優(yōu)點,如PE等聚烯烴類塑料成本低廉、性能優(yōu)良,易于加工成各種型材,所以被廣泛地應(yīng)用于日常生活中;而PTFE俗稱塑料王,是綜合性能非常優(yōu)良的塑料,有極好的耐熱、耐寒和耐化學(xué)腐蝕性,被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)及一些尖端領(lǐng)域。但是,難粘塑料表面呈化學(xué)惰性,若不經(jīng)特殊的表面處理很難通用膠粘劑進行粘接。
難粘的原因
1、表面能低和潤濕能力差
任何材料表面與膠粘劑之間形成粘接狀態(tài)的基本條件是必須形成熱力學(xué)的黏附狀態(tài)。它取決于材料表面與膠粘劑之間的潤濕程度(接觸角)、被粘材料表面張力、膠粘劑表面張力及被粘材料與膠粘劑間的表面張力。
2、結(jié)晶度高
難粘塑料分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整,結(jié)晶度較高,化學(xué)鍵定性好,它們的溶脹和溶解都比非結(jié)晶高分子困難,當(dāng)與溶劑型膠粘劑粘接時,很難發(fā)生高聚物分子鏈的擴散和相互纏結(jié),不能形成很強的黏附力。
3、分子鏈呈非極性
PE分子鏈不帶任何極性基團,是非極性高分子;PP分子結(jié)構(gòu)單元中有-CH3但-CH3是非常弱的極性基團,所以PP基本上屬于非極性高分子;PTFE等氟塑料,因結(jié)構(gòu)高度對稱,也屬非極性高分子。膠粘劑吸附在這些難粘塑料表面只能形成較弱的色散力,而缺少取向力和誘導(dǎo)力,因而黏附性能較差。
4、存在較弱的邊界層
難粘塑料難粘除了結(jié)構(gòu)上的原因外,還在于材料表面存在弱的邊界層。這種弱的邊界層來自聚合物本身的低分子成分,聚合加工過程中所加入的各種助劑,以及加工和儲運過程中所帶入的雜質(zhì)等。這類小分子物質(zhì)容易析出、匯集于塑料表面,形成強度很低的薄弱界面層,這種弱邊界層的存在大大降低了塑料的粘接強度。
低溫等離子表面處理原理
低溫等離子體是低氣壓放電(輝光、電暈、高頻和微波等)產(chǎn)生的電離氣體,在電場作用下,氣體中的自由電子從電場獲得能量成為高能量電子。這些高能量電子與氣體中的分子、原子碰撞,如果電子的能量大于分子或原子的激發(fā)能就會產(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(可以是化學(xué)活性氣體、惰性氣體或金屬元素氣體)具有的能量一般都接近或超過C-C鍵或其他含C鍵的鍵能。通過離子轟擊或注入聚合物的表面,產(chǎn)生斷鍵或引入官能團,使表面活性化以達(dá)到改性的目的。
低溫等離子體表面處理的主要形式
1、表面刻蝕
在等離子體的作用下,材料表面的一些化學(xué)鍵發(fā)生斷裂,形成小分子產(chǎn)物或被氧化成CO、CO2等,這些產(chǎn)物被抽氣過程抽走,使材料表面變的凹凸不平,粗糙度增加、
2、表面活化
在等離子體作用下,難粘塑料表面出現(xiàn)部分活性原子、自由基和不飽和鍵,這些活性基團與等離子體中的活性粒子接觸會反應(yīng)生成新的活性基團。但是,帶有活性基團的材料會受到氧的作用或分子鏈段運動的影響,使表面活性基團消失,因此經(jīng)等離子體處理的材料表面活性具有一定的時效性。
3、表面枝接
在等離子體對材料表面改性中,由于等離子體中活性粒子對表面分子的作用,使表面分子鏈斷裂產(chǎn)生新的自由基、雙鍵等活性基團,隨之發(fā)生表面交聯(lián)、接枝的反應(yīng)。
4、表面聚合
在使用有機氟、有機硅或有機金屬等作為等離子體活性氣體時,會在材料表面聚合產(chǎn)生一層沉積層,沉積層的存在有利于提高材料表面的粘接能力。
反應(yīng)型低溫等離子體的表面處理
反應(yīng)型等離子體是指等離子體中的活性粒子能與難粘材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而引入大量的極性基團,是材料表面從非極性轉(zhuǎn)向極性,表面張力提高,可粘接性增強。此外難粘材料表面在等離子體的高速沖擊性,分子鏈發(fā)生斷裂交聯(lián),使表面分子的相對分子質(zhì)量增大,改善了弱邊界層的狀況,也對表面粘接性能的提高起到了積極作用。經(jīng)過低溫等離子體處理的材料表面活性顯著提高,促使表面粘接性提高,具有更大的剝離強度。
難粘塑料低溫等離子體表面處理有如下優(yōu)點:1、改性僅發(fā)生在材料的表面層不影響基體固有性能。且處理均勻性好;2、作用時間段,溫度低,效率高;3,對所處理的材料無嚴(yán)格要求,具有普遍適應(yīng)性;4不產(chǎn)生污染,無需進行廢液、廢氣的處理,節(jié)省能源,降低成本;5工藝簡單,操作方便。