难粘高分子材料的表面处理技术
聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃和聚四氟乙烯(PTFE)类含氟高分子材料,若不经特殊的表面处理,是很难用普通胶粘剂粘接的,这类材料通常称为难粘高分子材料或难粘塑料。
聚烯烃类塑料由于性能优良、成本低廉,其薄膜、片材及各种制品在日常生活中大量地应用着。而氟塑料则因具有优异的化学稳定性、卓越的介电性能和极低的摩擦系数以及自润滑作用,使其在一些特殊领域中具有重要的用途。但是,这类材料在应用过程中,不可避免地会遇到同种材料之间或与其它材料的粘接问题,因此,人们曾对这类难粘高分子材料的难粘原因及表面处理方法进行了不断深入的研究。
难粘高分子材料的难粘原因是多方面的:
润湿能力差
一般胶粘剂在未固化前都呈流动态,粘接过程是胶液在粘接件表面浸润,然后固化的过程,对粘接来说,润湿接触是粘接的首要条件。液体与固体接触,其润湿程度可用接触角表示,几种塑料的表面特征数据见表1。从表1可以看出水对它们的接触角都比较大,表面张力小,接着能不大,润湿能力就差,比较难粘。
表1 几种塑料表面特征数据
塑料名称
水对其接触角(°)
临界表面张力(μN.cm-1)
接着能(μN.cm-1)
氟塑料46
115
178
420
聚四氟乙烯
114
185
431
聚乙烯
88
310
752
聚丙烯
78
342
798
结晶度高
这几种难粘塑料都是高结晶度物质,所以化学稳定性好,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,不能形成很强的粘附力。
是非极性高分子
聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等都是非极性高分子,它们的表面只能形成较弱的色散力,而缺少取向力和诱导力,因而粘附性能较差。
存在弱的边界层
这些高聚物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。聚烯烃类树脂本身含有低分子量物质以及在加工过程中加入的添加剂(如滑爽剂、抗静电剂等),这类小分子物质极容易析出、汇集于树脂表面、形成强度很低的薄弱界面层,表现出粘附性差,不利用于印刷、复合和粘接等后加工。
基于上述认识,人们采取了多种手段对难粘高分子材料表面进行改性处理:一在聚烯烃等难粘材料表面的分子链上导入极性基团;二提高材料的表面能;三提高制品表面的粗糙度;四消除制品表面的弱界面层。以提高难粘材料的粘附性能和粘接强度。难粘材料表面处理方法综述如下。
1 化学试剂处理法
采用化学试剂对聚烯烃材料进行表面处理是聚烯烃的表面预处理方法中应用较多的一大类方法(简称化学法)。据不完全统计就有铬盐--硫酸法(Cr-H2SO4)、过硫酸盐法、铬酸法、氯磺化法、氯酸钾盐法、白磷法、高锰酸钾法等近十种之多。此类方法用于处理难粘材料表面的原理在于处理液的强氧化作用能使塑料表面的分子被氧化,从而在材料表面导入了羰基、羧基、乙炔基、羟基、磺酸基等极性基团。同时薄弱界面层因溶于处理液中而被破坏,甚至分子链断裂,形成密密麻麻凹穴、增加表面粗糙度,改善了材料的粘....
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