鐵（特）氟龍低溫等離子體表面處理提升粘接性能

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-10-28

聚四氟乙烯(PTFE)俗稱鐵氟龍有“塑料王”的美譽(yù)，具有相當(dāng)優(yōu)異的特性，如化學(xué)穩(wěn)定性、不燃性、電絕緣性、抗老化性、抗輻射性、自潤滑性、低滲透性等。因此聚四氟乙烯是一種綜合性能優(yōu)良、用途廣泛的工程塑料。但是，由于鐵氟龍材料潤濕性能差，不能很好地被粘接，從而限制了其在某些場合的使用。為了使鐵氟龍（PTFE）有更寬更廣的應(yīng)用，通過對(duì)（鐵氟龍）PTFE的表面進(jìn)行處理，以達(dá)到增加其表面能、提高潤濕性及與材料之間的粘接強(qiáng)度的目的。

等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵(lì)下的一種物質(zhì)狀態(tài)。它是由大量正、負(fù)帶電粒子和中性粒子組成的，是除固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)外，物質(zhì)的第四種狀態(tài)。其離子能量在5～10ev之間，足以使鐵氟龍（PTFE）表面的分子鍵斷裂，繼而發(fā)生刻蝕、交聯(lián)、化學(xué)反應(yīng)等一系列的變化，引發(fā)氣固相間的反應(yīng)。

在材料表面改性中,主要是利用低溫等離子體轟擊材料表面,使材料表面分子的化學(xué)鍵被打開,并與等離子體中的自由基結(jié)合,在材料表面形成極性基團(tuán)。由于表面增加了大量的極性基團(tuán),從而能顯著地提高材料表面的粘接性能、印刷性能、染色性能等。

等離子體處理提升鐵氟龍的粘接性能原因分析

表面元素分析
為研究等離子體處理后鐵氟龍的表面元素含量變化，使用XPS進(jìn)行分析。處理前后鐵氟龍的XPS譜圖如圖1所示。

圖一等離子體處理鐵氟龍的XPS圖

由圖1可知：未處理的鐵氟龍表面只有F和C的特征峰，經(jīng)等離子體處理后鐵氟龍表面出現(xiàn)了O和N的特征峰，證明等離子體處理向鐵氟龍表面引入了O和N元素。為進(jìn)一步分析鐵氟龍表面黏結(jié)性能改善的原因，對(duì)薄膜的C1s譜進(jìn)行分析，如圖2所示。由圖2可知：未經(jīng)處理的鐵氟龍樣品C1s譜中只有CF2的特征峰；經(jīng)等離子體處理后薄膜表面增加了CO、C-OH、C-C、C-CF3的特征峰。由此可見，等離子體處理可以在鐵氟龍表面生成新的官能團(tuán)，這是其表面黏附性即黏結(jié)性能提升的重要原因。

圖二等離子體處理鐵氟龍的C1s 分峰圖

等離子體引發(fā)過程中產(chǎn)生的活性粒子和極性基團(tuán)可以移除鐵氟龍表面的F并產(chǎn)生自由基，引發(fā)表面發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)或形成不飽和鍵，暴露于空氣中后又會(huì)與O2等發(fā)生反應(yīng)，從而引入O和N元素并生成新的官能團(tuán)。鐵氟龍表面F/C比例越低、（O+N）/C比例越高，表明有越多的C-F2鍵被打斷并生成更多的官能團(tuán)，從而使鐵氟龍的表面黏附性得到改善。

表面形貌分析
等離子體處理前后鐵氟龍表面的SEM圖,如圖3所示。從圖3可以看出：未經(jīng)處理的鐵氟龍表面只有細(xì)小的裂痕；經(jīng)等離子體處理后樣品表面粗糙度增大，且粗糙度隨處理時(shí)間和放電功率的增加而增大。等離子體對(duì)鐵氟龍表面的刻蝕作用使得材料表面粗糙度增大，使其表面黏附性和親水性得以改善，這是其黏結(jié)性能改善的一個(gè)原因。

圖三等離子體處理鐵氟龍的掃描電鏡照片

處理前后水滴角對(duì)比
下圖4為鐵氟龍材質(zhì)導(dǎo)管，等離子處理前后水滴角對(duì)比，等離子處理前，鐵氟龍水滴角為107°左右，呈現(xiàn)出疏水狀態(tài)，等離子處理后，鐵氟龍表面水滴角下降明顯，只有18°左右。材料表面越親水，對(duì)粘接就越有幫助。

圖四鐵氟龍等離子處理前后水滴角對(duì)比

利用低溫等離子體表面改性鐵氟龍的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)表面處理方法相比,低溫等離子體表面改性具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
(1) 處理溫度低,處理時(shí)間短,節(jié)約能耗,可縮短工藝流程;
(2) 處理過程中不使用酸堿等化工原料,避免了高溫潮濕的生產(chǎn)環(huán)境;
(3) 處理深度僅為數(shù)百埃到幾納米,不影響基體的固有性質(zhì);
(4) 處理過程屬于干法處理,可大幅降低水資源消耗,對(duì)節(jié)約水資源有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義;
(5)處理過程中無三廢排放,既保護(hù)了環(huán)境,又節(jié)約了企業(yè)的治污費(fèi)用,符合國家的環(huán)保政策;

以上資料由國產(chǎn)等離子表面處理機(jī)廠家納恩科技整理編輯。綜上所述，等離子體處理后的鐵氟龍表面黏附性和親水性均有提升，SEM結(jié)果表明，經(jīng)等離子體處理后鐵氟龍的表面粗糙度增大，這是其黏結(jié)性能改善的原因之一。鐵氟龍的表面黏附性與表面F/C、（O+N）/C比例有直接關(guān)系。樣品的XPS分析表明，等離子體表面處理可以降低鐵氟龍表面的F/C比例并引入新的活性基團(tuán)，這是黏結(jié)性能提升的重要原因。