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(shí)間：2022-09-08

低溫等離子體改性處理有較多優(yōu)點(diǎn)，無(wú)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(lái)，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(rùn)濕性上。潤(rùn)濕性是指液體在固體表面的鋪展能力，材料的表面潤(rùn)濕性是固體表面的重要特性之一，通過(guò)轉(zhuǎn)變材料表面的親疏水性能，可以實(shí)現(xiàn)材料表面的潤(rùn)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(lèi)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(dòng)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(shù)脂或酚醛樹(shù)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(dòng)機(jī)在高溫高壓下承受燒蝕、沖刷仍能長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)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(duì)環(huán)境和工人有危害，并且處理效果不穩(wěn)定，對(duì)材料本身的機(jī)械強(qiáng)度損傷較大。所以開(kāi)發(fā)新的處理技術(shù)來(lái)替代這種傳統(tǒng)處理方法，對(duì)促進(jìn)我國(guó)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(duì)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(rùn)濕性變化趨勢(shì)

表面的潤(rùn)濕性用表面接觸角來(lái)衡量，表面接觸角大于90°代表表面潤(rùn)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(rùn)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(shí)間的增加，接觸角呈不斷減小的變化趨勢(shì)；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(shí)，液滴會(huì)迅速向各個(gè)方向擴(kuò)散，很快能充分潤(rùn)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(shí)可以顯著改善丁腈橡膠的表面潤(rùn)濕行為，并且較短時(shí)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(shí)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(rùn)濕性變化成因分析

一般認(rèn)為，表面潤(rùn)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(lái)看，改性表面形貌的變化并不是影響潤(rùn)濕性變化的主要因素，有關(guān)表面潤(rùn)濕性的文策爾模型[97]（Wenzelmodel）與凱西模型（Cassiemodel）與試驗(yàn)結(jié)果均不相符，并且，隨處理時(shí)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(shì)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(rùn)濕性，確實(shí)，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(shí)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(guò)等離子體處理后，橡膠表面含氧基團(tuán)的含量隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，這與表面接觸角的變化趨勢(shì)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(rùn)濕性的變化中起著非常重要的作用。

等離子改性丁腈橡膠表面含氧官能團(tuán)含量隨處理時(shí)間的變化

低溫等離子體處理丁腈橡膠材料，可以使其表面活化，引入極性基團(tuán)，改善其表面親水性，從而提高其表面的粘接強(qiáng)度。這主要與改性處理后羥基 (C-OH) 、羧基 ( -COOH) 等親水性含氧官能團(tuán)含量的增加有關(guān)。

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