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基于機械互鎖理論、化學鍵理論,研究學者發現基材表面改性可以改變材料結晶形態和表面形貌,增加基材表面粗糙度,增強涂層/基材界面的機械互鎖作用;改變表面的化學組成,增加材料表面極性、表面能,除去材料弱邊界層等,提高材料表面潤濕性,增強涂層/基材間的化學鍵合以及分子間作用力,從而提高涂層的附著性能。

基材表面處理方式可以簡單地分為機械處理、化學處理。常見的機械表面處理方式包括噴砂、打磨、磷化等。機械處理是針對基材表面進行的一種破壞性的加工方式,使基材表面粗糙度增加,增強涂層與基材的機械互鎖作用,從而達到增加附著力的目的。

表面化學處理包括表面氧化法、表面接枝法、表面涂覆法等。其中表面氧化法主要包括:等離子體處理、酸氧化處理、火焰氧化處理等。

等離子體處理提高涂層附著力原理

等離子體可被描述為電離的氣體，是物質的第四種狀態。形成等離子體的過程實際上是原子或者分子吸收能量電離的過程，氣態物質吸收光能、熱能或電能后，電子或光子與中性原子或分子碰撞，外層軌道電子電離，形成數量相等的帶正電荷和負電荷的粒子，宏觀表現為電中性，因此被稱為等離子體。

等離子體處理主要是利用輝光放電、電暈放電等方式生成的等離子體處理基材表面,等離子體中的高活性粒子作用于基材表面,對基材表面產生刻蝕作用使基材表面形成自由基,活性粒子與自由基進行復合,從而使基材表面引人新的官能團或形成新的交聯結構。

等離子體增強材料粘附性能的三種機制:等離子體處理導致材料表面能增加,促進材料間的吸附作用;等離子體對材料表面的蝕刻作用促進材料界面的機械互鎖效應以及等離子體輻射材料表面產生的自由基與粘合劑之間的反應,產生化學鍵合增強材料間粘結強度。

表面的等離子體處理通常會誘導形成含氧官能團,從而增加表面潤濕性并改善粘附性,誘導形成的C=O、-C-O-、-COO-、-OH、-COOH等官能團中C=O的作用最顯著。

等離子體處理導致基材與涂層附著力增加的原因與等離子體處理增加粘結性相同,主要由于等離子體處理使材料表面引入極性基團,涂層能更好得潤濕基材并與基材表面引入的極性官能團形成的氫鍵連接,以及材料表面粗糙度增加,增強了涂層與基材之間的機械互鎖作用,從而提高基材與涂層附著力。