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聚甲醛（ Polyoxymethylene, POM ）是大分子鏈中含有氧化亞甲基重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類弱極性的高結(jié)晶性聚合物，熔點(diǎn)相對(duì)較高，它的分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示。聚甲醛為白色半透明或淡黃色，制品表面光滑有光澤，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐疲勞性，抗沖擊強(qiáng)度較高，自滑性、耐磨性、電絕緣性良好，化學(xué)性能也比較穩(wěn)定，常常被稱為“金屬塑料”、“超鋼”等。正是由于POM的這些特點(diǎn)，使它廣泛應(yīng)用在工業(yè)、機(jī)械業(yè)、汽車行業(yè)、日用品行業(yè)等領(lǐng)域。

圖1 聚甲醛的分子結(jié)構(gòu)式

聚合物材料存在著大量的界面和表面，特別是在涉及到吸附、摩擦、導(dǎo)電、表面硬度、粘結(jié)等場(chǎng)合時(shí)，聚合物材料的表面性能往往起到至關(guān)重要的作用。聚合物材料的表面存在弱邊界層（Weak boundary layer），導(dǎo)致聚合物材料的表面能低、化學(xué)惰性等，這往往限制了聚合物材料在印刷、粘結(jié)等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了滿足社會(huì)對(duì)聚合物材料性能的需求，解決其在印刷、粘結(jié)等領(lǐng)域存在的問題，常常需要對(duì)聚合物材料進(jìn)行表面改性。

等離子體改性處理對(duì)聚甲醛（POM）粘接性能的影響

低溫等離子體作用于高分子材料時(shí)主要產(chǎn)生四種效果：表面清潔、微蝕刻、交聯(lián)和表面活化。這四種效應(yīng)往往同時(shí)發(fā)生，其中一種或多種效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，這些效應(yīng)僅僅作用于高分子材料表面薄薄的一層（大約只有100埃），并不會(huì)改變高分子材料的外觀及本體性能

在用等離子體處理POM表面時(shí)，等離子體中的電子、離子等高能粒子不斷地撞擊聚合物表面，在聚合物表面產(chǎn)生濺射侵蝕、化學(xué)侵蝕，使得聚合物表面產(chǎn)生納米級(jí)別的凹凸、溝槽、微縫隙，增大了聚合物表面粗糙度，增加了比表面積，有效地改善了聚合物的潤(rùn)濕性、粘結(jié)性等性能。

圖  2  聚甲醛表面的 AFM 圖像：（ c ）未處理 POM ；（ d ）已處理POM 

圖2顯示了等離子體處理前后POM的AFM圖像。未經(jīng)處理的POM的表面相對(duì)光滑。然而，經(jīng)過等離子體處理后POM的表面形態(tài)發(fā)生了變化，表面變得相對(duì)粗糙。而且，從圖2可以清楚地看出，等離子體對(duì)POM的刻蝕效果非常顯著?？梢院苊黠@的觀察到處理過的POM表面產(chǎn)生很多均勻的凹凸、溝槽、微縫隙，刻蝕痕跡較為均勻，增大了材料的表面粗糙度，增加了比表面積。

聚合物表面粗糙度的增加使得焊接過程中上下層材料在熔融狀態(tài)時(shí)易形成機(jī)械微鉚接，且增大了彼此之間的相互接觸反應(yīng)面積，易形成范德華力或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些對(duì)于聚甲醛粘接強(qiáng)度的提高都是有利的。等離子體處理后的聚合物表面粗糙度明顯增大，這增強(qiáng)了聚合物之間的機(jī)械互鎖，對(duì)聚合物粘結(jié)性能的提高起著重要的影響。

等離子體中存在多種活性粒子，這些粒子都具有較高的能量，在POM等離子體表面改性過程中，這些高能粒子不斷轟擊POM表面，能夠?qū)OM表面分子間的化學(xué)鍵打開，生成自由基。這些自由基在氧氣氣氛下，或當(dāng)聚合物暴露在空氣中時(shí)，就會(huì)結(jié)合其它的原子或分子，尤其是氧氣，在POM表面引入大量的含氧基團(tuán)，如-COOH，C-O，C=O，-OH等。

等離子體處理前后聚甲醛的全譜圖如圖3所示

圖 3  POM表面XPS 能譜圖

XPS結(jié)果表明，未處理之前的聚甲醛表面氧元素含量較低，而經(jīng)過等離子體改性后的聚甲醛表面氧元素含量變高。這表明聚合物經(jīng)過等離子體處理后會(huì)在其表面引入含氧基團(tuán)。

綜上所述：等離子體改性處理顯著地提高了POM的表面自由能，提高了POM表面的潤(rùn)濕性。并且等離子體處理在改善聚甲醛粘接性能方面具有處理時(shí)間短、效果明顯、環(huán)保無(wú)污染、不改變材料的外觀及本體性能等一系列優(yōu)點(diǎn)。