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聚乙烯(polyethylene,PE)是一種半結(jié)晶PE,為乳白色半透明固體,是最常用的聚合物之一。

PE自1933年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來已形成低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和線型低密度聚乙烯（LLDPE）3大系列。PE具有優(yōu)異的加工性能和使用性能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

PE材料難粘的原因

PE材料之所以難粘原因是多方面的既有自身結(jié)構(gòu)的原因也有外界條件的原因?？偟膩碚f可以歸結(jié)為以下4個方面。

非極性高分子

膠粘劑吸附在被粘物的表面上是由分子間作用力引起的這種作用力包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。極性分子相互靠近時分子的固有偶極之間同極相斥異極相吸分子在空間按一定取向排列使體系處于更穩(wěn)定狀態(tài)這種固有的偶極之間的作用力稱為取向力。在極性分子和非極性分子之間由于極性分子偶極所產(chǎn)生的電場對非極性分子發(fā)生影響非極性分子就產(chǎn)生了偶極叫作誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極和固有偶極相互吸引而產(chǎn)生的作用力叫作誘導(dǎo)力。由于分子中電子和原子核不停地運動非極性分子電子云的分布呈現(xiàn)有漲有落的狀態(tài)從而使它與原子核之間出現(xiàn)瞬時相對位移產(chǎn)生了瞬時偶極瞬時偶極可使其相鄰的另一非極性分子產(chǎn)生瞬時誘導(dǎo)偶極這種隨時產(chǎn)生的分子瞬時誘導(dǎo)偶極間的作用力為色散力。極性分子和極性分子之間既有取向力又有誘導(dǎo)力而聚乙烯、聚丙烯等都是非極性高分子對于這些非極性高分子材料表面不具備形成取向力和誘導(dǎo)力的條件只能形成較弱的色散力因而其粘附性能較差。

潤濕能力差

膠粘劑在未固化前一般都呈流動態(tài),粘接過程是膠液在粘接件表面浸潤,然后固化的過程,所以膠粘劑能牢固粘接材料的主要條件之一是膠粘劑必須可以在被粘材料上充分鋪展對被粘材料的表面有良好的潤濕性。流動態(tài)膠粘劑與基體材料接觸時膠黏劑分子會受到垂直液面向內(nèi)的力要使膠黏劑分子進入到基體材料表面層進行良好的膠接基體必須有足夠高的表面能來克服膠粘劑的表面張力而PE材料的表面張力都很低即潤濕能力很差比較難粘。

結(jié)晶度高

在粘接高分子材料時由于分子或鏈段的熱運動膠粘劑的分子或鏈段與被粘物的分子或鏈段能夠互相擴散使粘合界面消失形成一個過渡區(qū)產(chǎn)生牢固的膠接稱為粘接的擴散理論。PE材料都是高結(jié)晶度物質(zhì)所以化學(xué)穩(wěn)定性好它們的溶脹和溶解都比非結(jié)晶高分子困難當(dāng)與溶劑型膠粘劑粘接時由于PE結(jié)晶度高分子量較大分子鏈不易運動和擴散很難與膠黏劑分子鏈發(fā)生相互纏結(jié)不能形成很強的粘附力且PE材料表面分子排列緊密膠粘劑很難擴散到基體中不能產(chǎn)生有效的粘接作用。

存在弱的邊界層

弱邊界層理論認為基材與膠粘劑之間低內(nèi)聚強度的區(qū)域造成了弱的粘附性能。由于多種原因相對低的內(nèi)聚強度區(qū)域更趨于出現(xiàn)在未處理的聚合物表面。PE材料通常具有較寬的分子量分布而其低分子量部分的分子易于向表面遷移從而形成弱邊界層。這種弱的邊界層還來自PE在合成加工過程中所帶入的助劑、雜質(zhì)如增塑劑、增韌劑、脫模劑等以及在儲運過程中所帶入的污染物如空氣中沉降物等。這種弱邊界層的存在大大降低了接頭的粘接強度。

等離子體處理改善聚乙烯（PE）粘接性能

類似于物質(zhì)的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種形式,等離子體是物質(zhì)的另外一種狀態(tài)。與物質(zhì)的三種常規(guī)狀態(tài)所不同的是,等離子體很難在自然條件下存在。組成等離子體的成分包括:電子、正負離子、激發(fā)態(tài)原子、分子以及活性自由基等。氣體電離是產(chǎn)生等離子體最主要的方法,通常情況下,氣體分子被施加一定的能量后,組成其的原子將會彼此分離,亦即解離。如果氣體分子繼續(xù)給施加更高的能量,那么原子外部的電子將會脫離原子核形成自由電子,一部分失去電子的原子將變成正離子,另有一部分原子會得到電子而形成負離子。同時,還會有原子和分子的激發(fā)發(fā)生,進而形成激發(fā)態(tài)的原子和光子等離子。這個將氣體分子變成包含多種離子而整體呈現(xiàn)電中性的過程就是氣體的等離子體化。

等離子體處理法改善聚乙烯（PE）粘接性能,指的是先利用等離子體對PE表面進行改性處理,然后使用膠粘劑對其粘接進而改善其粘接性能的方法。這種方法操作簡單、對環(huán)境無污染,同時能夠在大幅度提高聚合物粘接性能的同時又不破壞基體材料的機械性能,,也是近年來發(fā)展比較迅速的方法。

其基本原理是利用氣體產(chǎn)生輝光放電（低溫等離子體）對塑料表面進行改性。低溫等離子體中的活性粒子具有的能量一般都接近或超過碳碳或其它含碳鍵的鍵能因此能與材料表面發(fā)生化學(xué)或物理的相互作用。

對于未經(jīng)處理的PE表面,其潤濕性差導(dǎo)致與膠水的粘附性弱,光滑表面為膠水和PE提供了有限的接觸面積,因此粘合的PE基片之間的整體粘附力較低。

PE材料等離子處理前后水滴角對比

經(jīng)等離子處理后,等離子體中的活性粒子（如自由基）會撞擊PE表面的分子鏈，使分子鏈斷裂，產(chǎn)生一些活性基團，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等。這些活性基團極大地改變了PE表面的化學(xué)性質(zhì)，PE表面潤濕性得到明顯改善,有利于膠水與PE表面的接觸和粘合。同時,等離子體刻蝕納米溝槽大大增加了表面積,增加了膠水與PE表面的接觸面積。就像給原本光滑的墻面進行打磨，使其有更多的縫隙和凹陷，膠水可以更好地填充這些地方，從而增強粘接效果。