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淺析PTFE特氟龍板材的等離子表面活化
點擊次數:394  更新時間:2020-07-23  【打印此頁】  【關閉
如果要選一種耐酸、耐堿、耐高低溫、不容易老化的無毒塑膠,大家一定會想到有“塑料王”之稱的PTFE特氟龍,也叫聚四氟乙烯。將其表面進行處理后,根據不同的使用場景選擇相應的膠黏劑,可以把PTFE特氟龍和金屬、陶瓷、玻璃、橡膠、水泥以及其他塑料粘接在一起,正因如此,在電子、化工、石油等工藝的反應釜、儲液罐、化學容器、排氣、煙道等襯里;印染紡織行業的防污、防腐、防粘的導輥;通用機械行業的滑動導軌貼面等都有廣泛應用。PTFE特氟龍屬于非極性聚合物,表面能很低,粘接前做表面活化預處理尤為重要;今天我們想和大家探討的話題是PTFE特氟龍板材的等離子表面活化。

1 PTFE特氟龍的等離子表面活化的基本原理和處理過程
1-1 PTFE特氟龍等離子表面活化的基本原理:
PTFE特氟龍單體是由四個F原子對稱地排列在兩個C原子上,C原子之間為雙鍵,不能自由轉動。聚合以后的分子鏈主鏈上的碳原子間(C-C鍵)以及碳原子與氟原子之間(C-F鍵)的單鍵可以做有限的自由轉動。C-C鍵的鍵長為1.54x10-10,C-F鍵的鍵長為1.41x10-10,這在常見的單鍵中是較短的,所以PTFE特氟龍分子內的結合牢固,很難和其他物質發生化學反應。等離子體是一種呈電中性的聚集體,內部成分多樣而活潑,既有典型的電特性,又有鮮明的化學特性。當帶有一定能量和化學特性的等離子體去與PTFE特氟龍表面發生物理粒子轟擊和化學反應時,可以使PTFE特氟龍表面的C-F鍵斷裂,同時引入一些極性基團填補F原子脫離的位置,形成可粘接的潤濕表面。
1-2 PTFE特氟龍板材的等離子表面活化的處理過程
將需要處理的PTFE特氟龍板材放置在等離子表面處理設備的腔室內,打開真空泵抽真空到設定的壓力值;然后通入各種工藝氣體,開啟等離子發生器,激發工藝氣體形成離子體與PTFE特氟龍板材表面進行反應,反應過程生成的副產物由真空泵抽走,同時在表面聚合、接枝、沉積一層極性物質;待等離子處理完成之后,關閉等離子發生器,回沖壓縮空氣,打開腔室取出PTFE特氟龍板材。以下是PTFE特氟龍板材等離子活化前后接觸角的變化:

PTFE特氟龍板材等離子活化前101.49°
PTFE特氟龍板材等離子活化后66°
2 PTFE特氟龍等離子表面活化設備的特點
板材類的PTFE特氟龍等離子活化設備有兩種可選,水平式真空等離子表面處理設備和垂直式真空等離子表面處理設備。水平式一般都有多層托架,PTFE特氟龍板材放置在托架上方便取放;垂直式的是要有小的料車,把PTFE特氟龍板材掛起來處理,也很方便。

水平式的取放更容易,但是如果處理溫度高了,會在材料上面留下網格印子;垂直式的則可以避免留下印子;但是這兩種設備都有可能因為電極被遮擋,造成放電不佳。如何解決溫控和放電的問題,是等離子表面處理設備的重點。
水平式真空等離子表面處理設備的電極結構
3 影響PTFE特氟龍等離子表面活化效果的工藝參數
3-1 放電功率、時間、溫度之間的關系
相同時間內等離子發生器的放電功率越大,等離子轟擊PTFE特氟龍表面能量越大,相對而言處理效果會越好;但處理時間過長,真空處理腔室內的電極和氣體溫度會很高,容易造成PTFE特氟龍板料變形。
3-2 工藝氣體種類、氣體比例、處理步驟之間的關系
不同的工藝氣體種類、比例以及處理步驟的組合,對于PTFE特氟龍的表面活化效果大相徑庭。有選擇用N2、Ar、He等惰性氣體處理,有選擇CF4、O2等反應性氣體的處理,實驗成果不少,但真正產業化的并不多;說明氣體的選配是難點。此處涉及到工藝秘密,不便展開。
3-3 真空度、氣流量
決定真空度大小有三個因素:一個是真空泵本身能達到的極限真空度和抽速,一個是整個系統的泄漏量,再就是進氣的流量。由于任何物質由固態或液態轉化為氣態都需要能量,所以氣溫越高,分子運動越活躍,越容易將氣體和反應副產物抽出;同樣進入的氣體越少,真空度會越高,氣體溫度會越低。
另外,通過我們大量實驗,純PTFE特氟龍板材和不同填充物的PTFE特氟龍板材處理參數也是有區別,需要采用不同的解決方案。
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