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大氣等離子體處理PVC發(fā)泡板提高粘接性

Jul. 25, 2025

PVC是最早工業(yè)化的塑料產(chǎn)品,具有質(zhì)輕、表面光滑、易銑削加工等諸多優(yōu)點(diǎn),是作為裝飾型材優(yōu)良材料,在日用品、建筑材料、工業(yè)制品等方面均有廣泛應(yīng)用,而PVC表面能較低，表面可形成的氫鍵較少，黏合劑不易在其表面潤濕，難黏附，因此黏附強(qiáng)度較低。因此需要通過表面處理來提高其粘接性能。

等離子體處理技術(shù)是19世紀(jì)末興起的一項(xiàng)表面處理技術(shù),是在物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、真空技術(shù)等學(xué)科交叉基礎(chǔ)上發(fā)展出的一項(xiàng)技術(shù),能夠使材料表面性能發(fā)生變化。等離子體轟擊材料的表面時(shí)會伴隨極高的能量,使材料表面的某些化學(xué)鍵斷裂而產(chǎn)生自由基,這些自由基能夠與等離子體中的離子和自由基結(jié)合,使材料表面的活性基團(tuán)增多,從而改變材料表面的潤濕性,提高其與其他材料的界面粘接性的同時(shí),又不會影響材料的性質(zhì)和使用功能。

大氣等離子體處理前后發(fā)泡PVC板表面水接觸角變化

在處理速度60mm/s,功率600W,高度為5mm的條件下對發(fā)泡PVC板進(jìn)行大氣等離子體處理,大氣等離子體處理前后的發(fā)泡PVC板的表面接觸角如圖1所示,接觸角從120o降至12.4o,降低了89.6%,圖1a是大氣等離子體處理前的發(fā)泡PVC板表面水接觸角,圖1b是經(jīng)過可以看出大氣等離子處理前,發(fā)泡PVC板表面是疏水的,經(jīng)大氣等離子處理后發(fā)泡PVC板的表面接觸角有明顯下降,從鈍角變?yōu)殇J角,由疏水表面變?yōu)橛H水表面。

大氣等離子體處理前后發(fā)泡PVC板表面接觸角

圖1 大氣等離子體處理前后發(fā)泡PVC板表面接觸角

大氣等離子體處理對發(fā)泡PVC板表面微觀形貌及化學(xué)成分的影響

發(fā)泡PVC板是由PVC和其他助劑制成的,其主要成分是聚氯乙烯(PVC),PVC的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖2所示。

PVC的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖2 PVC的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

(1) 場發(fā)射掃描電子顯微鏡分析

經(jīng)進(jìn)行大氣等離子體處理和在處理功率為600W,處理速度為60mm/s在不同高度下處理的電鏡圖區(qū)別較明顯,因此選用不同高度下處理的發(fā)泡PVC板進(jìn)行分析,處理高度分別為5mm、10mm和15mm的條件下經(jīng)大氣等離子體處理的發(fā)泡PVC板的表面微觀結(jié)構(gòu)依次如圖3中a、b、c、d所示,可見經(jīng)大氣等離子體處理效果較明顯,未經(jīng)處理的發(fā)泡PVC板表面較為平整,處理后的發(fā)泡PVC板表面粗糙,有很多雜亂無章的溝壑,處理高度的提升使溝壑變淺變少,使?jié)櫇裥詼p小,接觸角提高,符合接觸角試驗(yàn)的結(jié)果。說明大氣等離子體處理后,發(fā)泡PVC板表面的粗糙度增加,增加了發(fā)泡PVC板與膠液的膠釘面積,使發(fā)泡PVC板與單板的膠合性能有很大的提高。

大氣等離子體處理后的發(fā)泡PVC板表面掃描電鏡圖

圖3 注:a、b、c、d分別是未經(jīng)大氣等離子體處理和處理高度為5 mm、10 mm和15 mm下進(jìn)行大氣等離子體處理后的發(fā)泡PVC板表面掃描電鏡圖

(2) 傅里葉變換紅外光譜分析

圖4是大氣等離子體處理前后的PVC的FTIR圖譜,大氣等離子體的處理?xiàng)l件為:處理功率600W,處理速度60mm/s,處理高度10mm,可以看出發(fā)泡PVC板表面幾個(gè)明顯的特征峰,波長為2918cm-1和2850cm-1附近為C-H的伸縮振動、波長為715cm-1附近表示C-Cl的伸縮振動、波長為1709~1821cm-1存在兩個(gè)尖峰表示有C=O雙鍵的存在,從材料組成上是不應(yīng)該有這個(gè)基團(tuán)的,實(shí)驗(yàn)所用的發(fā)泡PVC板是以PVC母粒為主要原材料制成的板材,在生產(chǎn)中會加入一些助劑,這應(yīng)該是PVC制作中添加的助劑中的基團(tuán),從圖中可以看出,大氣等離子體處理前后發(fā)泡PVC板表面紅外圖譜的特征峰并沒有明顯變化,說明經(jīng)過大氣等離子體處理后的發(fā)泡PVC板表面的官能團(tuán)種類沒有發(fā)生變化。

大氣等離子體處理前后的發(fā)泡PVC板表面FTIR圖譜

圖4 大氣等離子體處理前后的發(fā)泡PVC板表面FTIR圖譜

(3) XPS分析

經(jīng)大氣等離子體處理前后的發(fā)泡PVC板表面的XPS掃描圖如圖5所示,大氣等離子體的處理?xiàng)l件為:處理功率600W,處理速度60mm/s,處理高度10mm。從中可以看出,大氣等離子體處理前后,發(fā)泡PVC板表面在285eV、533eV和199eV結(jié)合能處有明顯的譜峰,分別代表C1s、O1s、Cl2p的存在,C和Cl元素是構(gòu)成PVC的主要元素,O元素來源于發(fā)泡PVC板制作過程中的助劑。從圖中可以看出經(jīng)大氣等離子體處理前后譜圖中O1s譜峰的峰高有所增大,這表明大氣等離子體處理后使發(fā)泡PVC板的表面元素的含量發(fā)生了變化。圖7、8、9分別是C1s、O1s、Cl2p的分峰譜圖,可以看出大氣等離子體處理后發(fā)泡PVC板表面的C1明顯減少,而C2和C3有所增加,O1有所減少,O2、O3含量有所增加,Cl2p1增多,Cl2p3減少,這可能是因?yàn)榇髿獾入x子體處理后的發(fā)泡PVC板表面的官能團(tuán)受到等離子體轟擊,發(fā)生了化學(xué)鍵的斷裂,板表面的空氣也受到了大氣等離子體的轟擊,產(chǎn)生自由基,被引入發(fā)泡PVC板的表面,使板材表面的自由基增多,這說明大氣等離子體處理使發(fā)泡PVC板表面的含氧基團(tuán)發(fā)生了變化,使得發(fā)泡PVC板表面具有較好的潤濕性。