等離子表面處理對橡膠粘接性能的影響

橡膠是一種常見彈性高分子材料,具有優秀的機械性能,以及耐高溫、耐油、耐腐蝕的特點,廣泛應用于減振結構中。但橡膠因其表面能低、接觸角大,粘接劑無法浸潤,并存在弱邊界層,造成其粘接困難,粘接強度低,影響了橡膠的使用范圍。針對這種問題,工程上一般采用化學改性、機械改性和等離子體處理等方法進行表面處理,改變橡膠的表面形貌、物理結構、化學性能等,改善其粘接性能。等離子體處理是一種優秀的表面改性方法,廣泛應用于各種材料的表面改性。其通過含有帶電的正粒子和負粒子氣體噴射被粘接面,其能量可通過輻射、中性粒子流和離子流的碰撞作用于被粘接面,從而產生自由基或與材料表面發生化學反應,同時,薄膜表面會發生刻蝕、聚合、交聯等物理和化學變化。等離子體改性只對材料表面(通常從幾至幾百納米)進行改性,并不影響材料本身的基體性能。

使用大氣射流等離子處理橡膠后測試其水滴角有明顯減小,等離子表面處理是通過放電的等離子體與硅膠表面發生化學或者物理反應,從而優化材料表面的結構,形成親水性自由基團或者一定的粗糙度。 研究表明,硅橡膠表面能與粘接強度之間存在線性關系,等離子處理能讓其表面化學組成發生變化,引入不同的活性基團,增加了硅膠界面粘接的化學成分,從而顯著改善粘接強度。 等離子處理硅橡膠起到粗化表面的作用,實際上增加了材料表面的單位面積,這對粘接的影響也是比較關鍵的。

表面潤濕性

表面潤濕性通常以表面水滴接觸角來確定。接觸角越小,接近于0的時候,表明表面潤濕性越好;反之,潤濕性越差。從圖可以明顯看出,采用等離子處理的橡膠塊比不處理的橡膠塊表面接觸角明顯降低。圖中水滴在表面的接觸角大于90°,呈接近圓球狀,很容易從表面滑落下來,這表明沒經過處理的橡膠塊表面可潤濕性很差。經過等離子處理后,水滴可以在橡膠塊表面進行鋪展,如圖所示,接觸角明顯小于處理前,表明橡膠塊表面經處理后,潤濕性有了很大改善。這主要是由于等離子體對橡膠塊表面改性,引起了接觸角改變。

橡膠等離子處理前后水滴角對比

橡膠等離子處理前后水滴角對比

大氣射流低溫等離子表面處理能夠明顯提高橡膠表面的浸潤性,改善表面性能;大氣射流等離子體處理對氯丁橡膠和鋁板粘接性能的提高無法達到砂紙打磨的效果;大氣低溫等離子體表面處理具有處理時間短、速度快、操作簡單、控制容易的優點。