难粘塑料的粘结知识

  难粘塑料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃和聚四氟乙烯、氟塑料46等含氟类高分子材料。这些材料很难用胶粘剂很好地粘接，只有通过特殊的表面处理才能达到较好的粘接效果。然而这些难粘塑料常常具有其他高分子材料所不具有的优点，如聚乙烯等聚烯烃类塑料，它们的成本低廉，性能优良，易于加工成各种型材，所以被广泛地应用于日常生活中；而聚四氟乙烯俗称塑料王，是综合性能非常优良的塑料，有极好的耐热、耐寒和耐化学腐蚀性，被广泛应用于电子行业及一些尖端领域。 正因为这些难粘塑料有如此广泛的应用，使得它们的表面处理技术显得尤为重要，多年来，研究人员从表面改性出发，进行了多方面的研究，积累了很多的方法。
难粘塑料难粘的原因
难粘塑料之所以难粘，有很多方面的原因，总结如下：
1. 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
水对其接触角 临界表面张力 接着能
塑料名称 ／° ／μN.cm-1 /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
2. 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。
3. 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。
4. 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。这种弱的边界层来自聚合加工过程中所带入的杂质，聚合物本身的低分子成份，加入的各种助剂以及储运过程中所带入的污染等。这种弱边界层的存在大大降低了接头的粘接强度。
难粘塑料表面处理方法
1. 化学法
化学法处理难粘塑料，主要是通过处理液与高分子材料发生强氧化或腐蚀作用，使塑料表面的分子被氧化或扯去部分分子，这样一来在材料表面就导入了羰基、羧基、磺酸基等极性基团，增加了表面与胶的粘附性，同时由于扯掉了一些分子，使得表面粗糙度增加。综合起来，改善了它们的非极性及浸润性，增加了粘附性。这是目前研究的方法中效果较好、比较经典的方法，但也存在一些明显的缺点。比如处理过的被粘物表面变暗或变黑，在高温环境下表面电阻降低、长期暴露在光照下胶接性能大大下降，使得此法的应用受到很大限制。常用的处理聚烯烃的处理液有：铬盐硫酸法、过硫酸法。常用的处理氟塑料的处理液有氯磺化法、钠—萘腐蚀法等。
2. 熔融法
此法的基本原理是：在高温下，使难粘塑料表面的结晶形态发生变化，嵌入一些表面性能高、易粘合的物质，如二氧化硅、铝粉等，这样冷却后就会在塑料表面形成一层嵌有可粘物质的改性层，由于易粘物质的分子进入塑料表层的分子中，破坏它相当于分子间破坏，所以粘接强度很高，此法的优点是：耐候性、耐湿热性比其它方法显著，适于长期户外使用。不足之处是在高温条件下，一些塑料会放出有毒物质，而且塑料不易保持形状。
3. 气体热氧化法
难粘塑料表面经空气、氧气、臭氧之类的气体氧化下，其表面粘接性能得到改善，尤其是臭氧法，基本不受材料中抗氧剂的不良影响，还可以在空气中添加某种促进剂，如添加某些含N络合物，二元羧酸以及有机过氧化物等。气体氧化法工艺简单，处理效果显著，没有公害，特别适用于聚烯烃的表面处理。但此法要求有与材料尺寸相当的鼓风烘箱或类似的加热设备，这样就使它的应用受到一定程度的限制。 2．5 辐射法 将难粘塑料膜置于一些可聚合的单体如苯乙烯、反丁烯二酸、甲基丙烯酸酯等中，用Co—60辐射，使单体在难粘塑料膜的表面发生化学接枝聚合，从而使难粘高分子材料表面形成一层易于粘接的接枝聚合物，接枝后表面变粗糙，粘接表面积增大，粘接强度提高。这种方法的优点是操作简单、处理时间短、速度快，但改性后的表面耐久性差，且Co—60辐射源对人伤害较大。
4. 低温等离子体法
低温等离子体是低气压或常压放电(辉光、电晕、高频、微波)产生的电离气体，在电场作用下，气体中的自由电子从电场获得能量成为高能量电子，这些高能量电子与气体中的分子、原子碰撞，如果电子的能量大于分子或原子的激发能就会产生激发分子或激发原子自由基、离子和具有不同能量的辐射线，低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般都接近或超过碳—碳或其它碳键的键能，因此能与导入系统的气体或固体表面发生化学或物理的相互作用。如果采用反应型的氧等离子体，可能与高分子表面发生化学反应而引入大量的氧基团，使其表面分子链上产生极性，表面张力明显提高，即使是采用非反应型的Ar等离子体，也能通过表面的交联和蚀刻作用引起的表面物理变化而明显地改善聚合物表面的接触角和表面能，这种表面处理法的优点是处理时间短、速度快、操作简单、控制容易，目前已被广泛地应用于聚烯烃塑料的粘接表面预处理。但此法所用设备价格较高，且处理后的效果不稳定，需要当即粘接。
5. 用ArF做激元的激光器处理法
这是目前国外采用的新方法。以日本都市大学Murhara教授领导的研究小组最有代表性。它的基本原理是用激光器照射某物质，使它与难粘高分子材料的表层发生反应，其一，可使该物质与膜表面发生基团反应，引进易粘合的物质；其二，可使膜表层形成自由基，引发单体与其形成接枝共聚物，这样就可达到改善粘接强度的目的。这种方法的优点是简便、安全，还可以根据实际需要对难粘塑料的表面进行有选择的改性：如选择[B(CH3)3]3做反应物质，则改性后的表面是亲油性的，而选择NH3、B2H6、N2H4或H2O2等做反应物质，则改性后的表面是亲水性的，选择芳香族化合物，则改性后的表面是油溶性的。
综上所述，各种处理方法都是针对难粘塑料难粘的原因来改善难粘塑料的表面极性，降低接触角，提高表面能及制品表面的粗糙度，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，使难粘材料不再难粘。对于这些表面处理技术，我们应该全面掌握，灵活运用，达到最佳处理效果。

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