隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展,新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn),而新材料的開發(fā)和應(yīng)用也推動了工業(yè)整體水平的發(fā)展。例如航空領(lǐng)域使用的復(fù)合材料、汽車領(lǐng)域使用的新型高性能通用塑料,均在保證使用性能的前提下降低了成本、質(zhì)量和燃料消耗等,從而達(dá)到了節(jié)能的目的。在連接復(fù)合材料或塑料部件時會面臨許多方式的選擇:復(fù)合材料通常可用EP(環(huán)氧樹脂)結(jié)構(gòu)膠膜進(jìn)行粘接;而某些低表面能通用塑料[如熱塑性聚烯烴(TPO)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等很難被傳統(tǒng)膠粘劑牢固粘接,故只能改用機(jī)械鉚合或溶劑焊接等方法進(jìn)行處理。機(jī)械連接雖能在任何不同材料之間進(jìn)行連接,但需要額外的鑄模或預(yù)處理步驟,故其外觀欠佳,并且其會因應(yīng)力集中而過早失效或破損;而溶劑焊接的最大問題是引入了有毒有害溶劑,從而給人體健康和環(huán)境安全帶來危害。低表面能材料難粘的主要原因
對普通金屬、油漆和塑料而言,其成熟的表面粘接方案相對較多,如可采用結(jié)構(gòu)膠[如EP、丙烯酸酯和PU(聚氨酯)類等]、非結(jié)構(gòu)膠[如HMA(熱熔膠)、接觸膠等]以及PSA等進(jìn)行粘接,但對某些低表面能材料(如TPO、PP和PE等)的粘接,必須考慮其表面特性。
粘接效果在很大程度上取決于膠粘劑的流動能力、膠粘劑與被粘物表面是否緊密接觸或良好浸潤等。膠粘劑的特性及其作用機(jī)制視其種類不同而異:結(jié)構(gòu)膠固化前呈低黏度液態(tài);HMA加熱熔融呈流動態(tài)后,方可應(yīng)用;PSA是利用其獨(dú)特的黏彈性來達(dá)到流動的目的。因此,膠粘劑的“浸潤”表面能力十分重要,被粘物的表面輪廓、紋理、孔隙度和污染物等都會影響膠粘劑在其表面的流動和浸潤;即使被粘物表面無污染物,某些低表面能材料的表面也很難被膠粘劑浸潤。
表面改性處理技術(shù)
由于液態(tài)膠粘劑的表面能與固體被粘物的表面能有差異,故高表面能固體材料(如金屬、玻璃等)極易被普通膠種牢固粘接,而中等表面能的固體材料[如PVC等]也能被大多數(shù)膠種良好粘接。低表面能固體材料(如PP、PE和PTFE等)很難被傳統(tǒng)膠種牢固粘接,故通常采用表面改性技術(shù)(如火焰、電暈、等離子處理和酸蝕等)來改變其表面的化學(xué)組成或增加其表面能,使膠粘劑在低表面能固體材料的表面更易流動、鋪展和浸潤,從而達(dá)到適宜的粘接強(qiáng)度。等離子體處理是一種清潔、環(huán)境友好的表面處理技術(shù),對材料的整體性能不產(chǎn)生影響,因此廣泛應(yīng)用于材料的表面處理,以提高其潤濕性、界面黏結(jié)性能等。
等離子體表面改性技術(shù)
等離子體表面改性是近些年發(fā)展起來的一種表面物理改性技術(shù),由于其作用時間短、綠色環(huán)保,且只影響纖維表層而不改變基體內(nèi)部性能等優(yōu)勢,受到了越來越多的關(guān)注。其原理包括兩方面:一是等離子體中存在高能(幾十電子伏特)的帶電粒子、紫外光及亞穩(wěn)態(tài)粒子轟擊材料表面,導(dǎo)致材料分子激發(fā)、電離、化學(xué)鍵斷裂與重組等發(fā)生,一定時間后在材料表面形成大量自由基和活性基團(tuán)等新的化學(xué)結(jié)構(gòu);二是等離子體中的高能量電子可以加速較低溫度的活性粒子,使其在材料表面引起濺射反應(yīng),清除材料表面雜質(zhì),刻蝕材料表面,導(dǎo)致材料表面粗糙度增大并產(chǎn)生溝槽,增加了材料與粘接劑的接觸面積,進(jìn)而增強(qiáng)了兩相之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。
等離子體表面改性是改善材料表面潤濕性和粘附性的有效方法。具體方法是在通過高壓電將稀有氣體激發(fā)成等離子體狀態(tài)的環(huán)境下,在被粘物表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。使表面產(chǎn)生反應(yīng)性基團(tuán)或交聯(lián),從而改善表面能并改善粘合性能。等離子體反應(yīng)的主要特征是反應(yīng)僅發(fā)生在固體材料的表面上,基本上不在材料內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)。因此,將該性質(zhì)應(yīng)用于聚合物材料的表面改性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。24363