丁腈橡膠表面等離子體處理改善親水性和粘接性能

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)表時間：2022-09-08

低溫等離子體改性處理有較多優(yōu)點，無污染、效率高，在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，可控性強(qiáng)，可以處理復(fù)雜形狀基底表面，且不改變基材的整體力學(xué)性能，特別適應(yīng)于聚合物材料表面。

近年來，使用等離子體處理表面改性的研究還主要集中在材料的表面潤濕性上。潤濕性是指液體在固體表面的鋪展能力，材料的表面潤濕性是固體表面的重要特性之一，通過轉(zhuǎn)變材料表面的親疏水性能，可以實現(xiàn)材料表面的潤滑、防水、自清潔的能力，從而提高現(xiàn)有材料的應(yīng)用性能，拓展材料的應(yīng)用領(lǐng)域。研究表明，等離子體處理可以在不改變材料整體性能的情況下，有效轉(zhuǎn)變各類基材表面的親疏水性能。

目前固體火箭、導(dǎo)彈等武器發(fā)動機(jī)中常用的絕熱材料是由合成橡膠（如三元乙丙橡膠，丁腈橡膠）加入石棉等耐燒蝕組分制成，如三元乙丙和丁腈橡膠絕熱層，也有用環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂加入碳纖維或芳綸等材料制成，具有良好的隔熱、耐燒蝕、抗沖刷等性能，保證發(fā)動機(jī)在高溫高壓下承受燒蝕、沖刷仍能長時間可靠工作，但是由于其表面缺少極性基團(tuán)，化學(xué)性能不活潑，表面能低，從而導(dǎo)致其自粘性和互粘性很差，因此使用之前需要進(jìn)行表面處理，提高其自粘性和互粘性。長期以來，對絕熱層的表面處理主要是采用手工打磨的方法，但是這種方法需要使用有毒溶劑清洗，對環(huán)境和工人有危害，并且處理效果不穩(wěn)定，對材料本身的機(jī)械強(qiáng)度損傷較大。所以開發(fā)新的處理技術(shù)來替代這種傳統(tǒng)處理方法，對促進(jìn)我國包覆領(lǐng)域的發(fā)展具有十分積極的作用。低溫等離子體表面處理技術(shù)作為一種新型的綠色環(huán)保的改性處理方法，獲得了迅速的發(fā)展，等離子處理不對材料本身的力學(xué)性能有任何損傷，不影響材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在改善高分子材料的粘接性、親水性等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

丁腈橡膠表面等離子體處理表面潤濕性變化趨勢

表面的潤濕性用表面接觸角來衡量，表面接觸角大于90°代表表面潤濕性較差，表面疏水性較好；表面接觸角小于90°代表表面容易潤濕，親水性較好。改性后水靜態(tài)接觸角的變化情況如圖1所示，從圖中可以直觀的看出隨等離子體處理時間的增加，接觸角呈不斷減小的變化趨勢；處理2min后，接觸角從原表面的92°迅速降到了53°附近，接著逐漸下降到處理8min的20°，當(dāng)液滴滴到經(jīng)10min處理后的表面時，液滴會迅速向各個方向擴(kuò)散，很快能充分潤濕橡膠表面，接觸角低至13°，標(biāo)志著疏水的橡膠表面經(jīng)處理后已經(jīng)變得非常親水，這證明了空氣等離子體處理確實可以顯著改善丁腈橡膠的表面潤濕行為，并且較短時間的處理（2min）就能夠使表面的接觸角大幅下降。下面分析改性橡膠表面接觸角變化形成的原因。

不同時間等離子處理后丁腈橡膠的表面水接觸角變化

等離子處理改性表面潤濕性變化成因分析

一般認(rèn)為，表面潤濕性主要與表面的形貌與成分組成有關(guān)。但從分析結(jié)果來看，改性表面形貌的變化并不是影響潤濕性變化的主要因素，有關(guān)表面潤濕性的文策爾模型[97]（Wenzelmodel）與凱西模型（Cassiemodel）與試驗結(jié)果均不相符，并且，隨處理時間的增加，表面上一直減小的接觸角與表面粗糙度先減小后增大的變化趨勢也不匹配。許多研究人員認(rèn)為等離子體可以促進(jìn)改性表面親水性基團(tuán)的生成因而改善其潤濕性，確實，同樣的結(jié)論也適應(yīng)于處理后的丁腈橡膠表面。圖2為不同時間處理后橡膠表面上含氧官能團(tuán)（C-O,C=O,O-C=O）含量的變化，可以清楚地看到，經(jīng)過等離子體處理后，橡膠表面含氧基團(tuán)的含量隨著處理時間的延長而不斷增加，這與表面接觸角的變化趨勢相匹配，表明了親水性含氧官能團(tuán)的生成在改性丁腈橡膠表面潤濕性的變化中起著非常重要的作用。