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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(jié)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(guān)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(zhì),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(fù)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(xué)工藝:通過酸、堿等化學(xué)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(fù)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(fù)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(xù)工序的化工排放等污染產(chǎn)生的環(huán)保問題,在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中受到一定程度的限制。

物理化學(xué)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(xué)性質(zhì),包括表面粗糙度、極性官能團、表面自由能、元素比例等,結(jié)合了物理工藝和化學(xué)工藝的優(yōu)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(huán)保以及對基材損傷較小的優(yōu)點,該方法不僅處理效果優(yōu)秀,而且工藝可控,無污染,具有良好的工業(yè)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(shù)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(chǎn)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(zhì)清除、表面刻蝕、表面交聯(lián)、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(zhì)清除:為了滿足表面使用狀態(tài),實際應(yīng)用中的材料往往添加了化學(xué)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(dǎo)致分散不均勻。等離子體處理方式,不產(chǎn)生化學(xué)廢料,對環(huán)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(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。近些年來,等離子體的應(yīng)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(yīng)。此外,等離子體刻蝕還會作用于化學(xué)鍵,使化學(xué)鍵發(fā)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(xué)性能下降。

表面交聯(lián):交聯(lián)現(xiàn)象主要發(fā)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?shù)入x子體作用于材料表面時,高能粒子和激發(fā)態(tài)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(xué)鍵發(fā)生斷裂,形成自由基團,獲得較高能量的自由基團具備不穩(wěn)定性,可與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),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(qū)域上。