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材料的粘接是被粘接件、粘接劑和兩者之間的界面等其他多種因素共同作用的結果。材料對于給定的基材和粘接劑,增強界面是提高材料接頭粘接強度的關鍵。

可搭配材料的基體和增強體種類繁多,具體的材料表面處理方法種類也有很多,對于粘接用材料表面處理方式可大致分為三類:

物理工藝:粘接面機械打磨,具有處理方式簡單、處理效果顯著的特點,通過機械打磨,可去除表面油污和雜質,同時提升表面粗糙度,增加粘接劑面積,增強機械互鎖作用,增加粘接劑在粘接面表面的浸潤性,提高表面能,提升粘接強度。但隨著機械打磨的程度加深,復合材料表面受損增加,對本體損傷較大,從而對粘接接頭影響較大。

化學工藝:通過酸、堿等化學試劑表面處理,可在惰性材料表面引入羰基、羧基等極性基團,改變復合材料表面的官能團以及元素比例,活化原本聚合在一起的高分子長鏈,提升表面活化能,增加復合材料基材與粘接劑的粘合性,提高粘接強度。但由于處理過程及后續工序的化工排放等污染產生的環保問題,在大規模工業生產中受到一定程度的限制。

物理化學工藝:通過等離子體、激光等進行表面處理,可同時改變材料表面的物理化學性質,包括表面粗糙度、極性官能團、表面自由能、元素比例等,結合了物理工藝和化學工藝的優勢,通過增強表面來提升粘接強度。與其他處理方式相比,等離子體表面處理具有高效、環保以及對基材損傷較小的優點,該方法不僅處理效果優秀,而且工藝可控,無污染,具有良好的工業前景。因此,等離子體表面處理越來越多地用于材料表面改性。

等離子體表面處理技術增強材料粘接性原理

等離子體處理是通過電離后的氣體產生的高能粒子對材料表面的撞擊作用來改善材料表面的粗糙度、潤濕性等性能的表面改性處理方法。研究表明,等離子體對材料表面的改性原理可以從四個方面加以解釋,分別為表面雜質清除、表面刻蝕、表面交聯、改變表面極性基團比例或在材料表面引入新的極性基團。

表面雜質清除:為了滿足表面使用狀態,實際應用中的材料往往添加了化學改性劑作用于材料表面清除,因此可能會對材料表面組分造成影響或是將表面進行稀釋導致分散不均勻。等離子體處理方式,不產生化學廢料,對環境無污染,被看作是有效的“干式”除雜方法,等離子體處理在金屬、無機材料的表面處理已經得到了廣泛應用。近些年來,等離子體的應用范圍逐漸擴大到有機材料。

表面刻蝕:材料受到等離子體處理,電離后的高能粒子沖擊刻蝕表面,這種刻蝕作用于物理打磨的效果相類似,可大面積的去除材料表面的弱邊界層,使材料表面變得凹凸不平,增加表面粗糙度,增強了機械互鎖效應。此外,等離子體刻蝕還會作用于化學鍵,使化學鍵發生斷裂,增加極性基團,提高表面活化能?？涛g作用雖然能改變材料表面浸潤性,但在使用過程中要注意處理時間的長短以及處理距離的控制,長時間或較近距離的等離子體處理會對材料本體造成損傷,使本體力學性能下降。

表面交聯:交聯現象主要發生在以氬氣、氦氣作為工作氣體時的等離子體表面處理過程中。當等離子體作用于材料表面時,高能粒子和激發態自由基等粒子高速轟擊材料表面,使得材料表面的C-C和C-H等化學鍵發生斷裂,形成自由基團,獲得較高能量的自由基團具備不穩定性,可與其他物質發生反應,也可以自由基團之間重新鍵合。粘接時,等離子體處理材料后迅速將粘接劑配制完全,均勻涂敷在等離子體處理后的粘接區域上。