（6）電暈放電處理 電暈放電處理又稱電火花處理，也是一種等離子體處理，是在大氣壓下于兩電極（一個是高壓電極，另一個是地電極）間施加高壓（15～30kV）、高頻（10～30Hz）電，使空氣離子化，產(chǎn)生火花或電暈放電。使已離子化的粒子在強電場作用下被加速，從而轟擊處于電極之間的聚合物或其他被粘物表面，發(fā)生物理及化學(xué)變化。經(jīng)電暈處理后形成樹枝狀，隨溫度升高、時間延長，表面粗糙程度增大；含氧氣體使接觸角顯著降低，濕潤性得以改善；表面氧化引入了極性基團（羥基、羰基、羧基等），表面能提高，聚乙烯達40mK/m；其結(jié)果是改善了表面性質(zhì)，提高了粘接性能。
電暈放電處理對被粘表面性能的改善受多種因素的影響，如處理過程參數(shù)、被粘物本身性質(zhì)和處理后放置時間等。過程參數(shù)包括氣體種類、功率大小、處理時間、處理溫度、電流頻率等。含氧氣體（O2、空氣、CO2）的效果最好；N2次之；N2處理的效果最差，對粘接強度幾乎沒有影響。功率大小決定了等離子體中各種粒子的能量，直接影響處理效果。電暈處理在幾秒至幾十分鐘內(nèi)即可完成，處理時間長短受氣體種類影響，適當?shù)奶幚頃r間會得到較好的效果，過度處理將導(dǎo)致粘接強度降低。聚乙烯膜電暈處理的效果隨時間延長而變差。對于短時間的電暈處理，高溫將使粘接強度提高，而高溫及長時間處理將增加聚合物表面降解程度，使粘接強度降低。不同種類的聚合物（PE和PTFE），電暈處理效果是不同的。電暈處理一般只與無定形區(qū)發(fā)生作用，對結(jié)晶區(qū)域作用很小。因此，聚合物的電暈處理效果隨密度升高、結(jié)晶度增大而變差。電暈處理后最好立即進行粘接，隨著放置時間延長濕潤性下降。
電暈放電處理具有處理時間短、速度快、效果好、不需真空系統(tǒng)、操作簡單、無處理液污染等優(yōu)點，最早而廣泛用于聚烯烴的表面處理。新近的發(fā)展是研究了電暈處理對于含氟聚合物、熱塑性纖維和織物的影響，擴大了電暈處理的應(yīng)用范圍。電暈處理對金屬表面處理也是有效的，鋁和鈦的表面經(jīng)在空氣中的電暈處理后，粘接強度與常規(guī)的化學(xué)處理的強度相當。
（7）火焰處理火焰處理是指空氣（或O2）和天然氣（或烷烴）燃燒產(chǎn)生的火焰與聚合物表面接觸，使之氧化而改變表面性質(zhì)的一種快速、有效、經(jīng)濟地處理許多聚合物的方法?；鹧嫣幚砟苋コ廴疚锖脱趸?，改變表面化學(xué)結(jié)構(gòu)，引入各種官能團（包括羥基、羰基、羧基和酰氨基），提高表面能，改善濕潤性能。膠黏劑與火焰處理的聚合物表面相互作用會增強，還有可能產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)合?；鹧嫣幚砘瘜W(xué)改性的深度僅為幾納米，處理的表面相對穩(wěn)定。
火焰處理是一種處理形狀規(guī)則如薄膜、片材和圓柱面瓶的高效方法，處理時間短，在混合氣體中氧氣富余時能獲得較好的效果。已成功處理的聚合物有低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏氟乙烯、乙烯一三氟氯乙烯共聚物等。尼龍-11經(jīng)火焰處理后層間剪切強度提高3倍?；鹧嫣幚韺鬯姆蚁≒TFE）表面化學(xué)性能沒有明顯影響，粘接性能實際下降?；鹧嫣幚砗缶郾┡c聚氨酯和聚甲基丙烯酸酯的粘接強度大大提高。
火焰處理出現(xiàn)于20世紀50年代，最初用于改善聚乙烯的表面性能，現(xiàn)已應(yīng)用于多種聚合物的表面處理。對于大面積聚合物表面火焰處理要比其他方法（如電暈處理）優(yōu)越，不需背面處理、不出現(xiàn)針孔、不產(chǎn)生臭氧，以及較好的耐老化性能。
（8）激光處理激光處理即準分子激光紫外（UV）輻射，提供了一種粘接表面預(yù)處理和表面改性新技術(shù)，能處理多種材料和被粘件，能替代對生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)處理和研磨處理方法。激光處理的一般方法是，用5%二苯甲酮溶液涂于被粘表面，然后放入紫外光源中，使聚合物表面發(fā)生物理及化學(xué)變化，最初用于三元乙丙橡膠，還可用于聚乙（丙）烯和其他熱塑性塑料。試驗結(jié)果表明，UV激光處理和改性可顯著提高粘接的剪切、拉伸和剝離強度，同時也改善了耐磨性、傳導(dǎo)性、硬度及外觀。
最佳UV激光處理參數(shù)（強度、循環(huán)速率、脈沖參數(shù)）與被粘物材料及其化學(xué)特性有關(guān)，隨著處理時UV激光脈沖數(shù)量和能量增大到被粘物的特征臨界值，粘接破壞形式則從界面破壞變?yōu)閮?nèi)聚破壞。
準分子激光是化學(xué)氣體激光，基于分子從強的激發(fā)態(tài)到弱的不穩(wěn)定基態(tài)的發(fā)射。激光使用稀有氣體的鹵化物如ArF，是一種重要的準分子激光物質(zhì)。
環(huán)氧膠粘接經(jīng)12.5mJ（p·c㎡）、10kp的準分子激光處理的聚丙烯，粘接強度達4.5MPa，提高500%。
聚四氟乙烯以ArF準分子激光處理后，與不銹鋼采用環(huán)氧膠黏劑粘接，剪切強度為10.8MPa，而未處理時僅為0.2MPa。
用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑粘接鋁合金，剪切強度為12.8MPa，而用248nm的KrF準分子激光在0.5J/（p·c㎡）、5～20p、10～100Hz時處理，則剪切強度為34.4MPa，提高約170%。
激光輻射引起經(jīng)處理的表面形態(tài)變化，主要是增加表面粗糙度，增大粘接面積，利于膠黏劑滲入。同時，還能清除表面污染物和弱界面層，改善濕潤性，并且還會產(chǎn)生化學(xué)改性，甚至表層交聯(lián)，從而提高粘接強度。激光處理后剪切強度比未處理提高200%～600%，比常規(guī)方法提高100%～200%。聚碳酸酯經(jīng)激光處理后表面引入羥基和羧基，極性增強，粘接強度提高。激光處理陽離子鋁，表面形成新的鋁氧化層。粘接前用激光處理鋁，表面能大大提高。
改性環(huán)氧樹脂膠黏劑粘接鋁件的剪切強度，用能量約為0.2J/（p·c㎡）的激光處理取得了最好效果，與未處理的鋁合金相比搭接剪切強度增加600%～700%，與鉻酸陽極氧化預(yù)處理相比剪切強度增加40%。
日本Sunstar公司推出了紅外激光處理聚烯烴新技術(shù)，適用于自動化生產(chǎn)線。處理方法是先將特定底膠涂于聚烯烴表面，然后采用YAG激光器照射，使底膠與聚烯烴產(chǎn)生強的黏合力，然后再用環(huán)氧膠黏劑粘接，獲得了良好的粘接效果。
激光處理有很多優(yōu)點：激光處理對許多材料都很高效，且僅限表面（30nm），本體不受影響；能清潔表面，除去污染物、吸附水和氧化物；適于任何形狀的表面處理；可在室溫和大氣中操作；提高粘接強度和耐久性；避免溶劑擦拭和噴砂處理的污染；處理后放置時間長（4～15天）。顯而易見，激光處理是一種高效清潔、準確安全、環(huán)境友好、大有前途的表面處理和改性新方法。激光處理存在的問題是：高溫不能改善粘接，局限于固化溫度低于150℃的環(huán)氧膠黏劑；光化學(xué)是難以控制的非線性過程；高吸收率材料掃描速度相對較慢，致使一些被粘物處理時間長、成本高，有待于進一步改進。
（9）微生物表面處理微生物表面處理又稱生化處理，即利用幾乎沒有一種聚合物不受微生物侵蝕的原理，以微生物對聚合物表面進行改性，提高聚合物的粘接強度。雖然采用微生物表面處理方法的研究僅十多年，卻已顯示出很多優(yōu)越性，可在溫和的條件下（25～30℃）進行處理，不消耗能量；無需特殊設(shè)備或復(fù)雜技術(shù)；不需要溶劑和其他化學(xué)品；無生態(tài)污染和健康危害。
經(jīng)微生物表面處理的表面積，根據(jù)所用的微生物種類和處理條件，既可以增加也可以減小，例如芳香族聚酰胺纖維在桿狀細菌中表面積增加了。微生物處理后聚合物表面的微觀形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化，X射線衍射分析表明，用微生物處理的聚合物，其結(jié)構(gòu)的規(guī)整度下降。微生物表面處理并不只局限于聚合物大分子的破壞，而且微生物在聚合物表面的代謝產(chǎn)物有活性基團，與人為添加化合物接枝。例如在聚乙烯醇存在下，用微生物處理芳香族聚酰胺纖維，先是酰胺官能團的酶水解，然后PVA大分子上羥基與羧基反應(yīng)接枝到聚合物表面上，也就是進行酯化反應(yīng)。其結(jié)果是纖維表面的性質(zhì)發(fā)生顯著變化，而纖維的強度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持不變。
微生物處理使聚合物表面形成突起、凹陷、微縫以及發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，尤其是出現(xiàn)了很多活性基團，提高了聚合物的粘接力。
目前，微生物處理主要應(yīng)用領(lǐng)域是芳香族聚酰胺增強纖維的表面處理，因纖維表面積增大及表面形成活性官能團而產(chǎn)生化學(xué)親和力，促進與熱塑性材料的粘接性，制得高性能的增強材料。由于這種工藝對微生物菌株、纖維的化學(xué)性能及營養(yǎng)介質(zhì)的組成非常敏感，可以得到范圍廣、表面性質(zhì)可變、強度不降低的纖維，因而微生物處理是改變聚合物表面性質(zhì)的簡便而有效的方法。
（10）偶聯(lián)劑處理使用偶聯(lián)劑進行表面處理，遠比化學(xué)處理方法簡單安全，其效果卻可與化學(xué)處理相媲美，能在被粘物與環(huán)氧膠黏劑之間形成化學(xué)鍵，顯著提高粘接強度、耐水性、耐熱性等。偶聯(lián)劑也稱粘接促進劑，與底涂劑不同的是可直接加入環(huán)氧膠黏劑配方中，也可涂在被粘物表面上。
以偶聯(lián)劑進行表面處理，需先配成一定濃度的水或非水溶液，涂覆于脫脂粗化的被粘表面，干燥后再施膠。在具體使用上可以配成1%～2%的偶聯(lián)劑無水乙醇溶液，涂覆后于70～80℃干燥20～30min。也可將偶聯(lián)劑配成1%～3%的乙醇（95%）溶液，涂覆后于80～90℃干燥30～60min。還可把偶聯(lián)劑配成1.2%的水（蒸餾水）溶液，涂覆后于120～130℃干燥20～30min。偶聯(lián)劑溶液現(xiàn)用現(xiàn)配為好，放置過久或一旦有白色沉淀析出就會失效無用，尤其是水溶液必須在幾小時內(nèi)用完。偶聯(lián)劑處理很有技巧，只有正確使用，才能獲得成功。
（11）底涂劑處理 底涂劑的作用很多，如保護處理后的表面、調(diào)節(jié)被粘物表面能、消除弱界面層、促進化學(xué)鍵生成、抑制界面腐蝕等。經(jīng)過表面處理的被粘物表面能提高，特別是高能表面被粘物，如金屬、陶瓷、玻璃等，很容易再吸收水分和氣體重新被污染，影響環(huán)氧膠黏劑的濕潤效果。為了防止此種現(xiàn)象出現(xiàn)，可在表面處理之后、粘接之前，立即涂上一層底涂劑，起到封閉、保護和延長存放時間的作用，阻止或減弱水分子對金屬界面的侵蝕。所謂底涂劑就是為了改善粘接性能，于施膠前在被粘物表面涂布的一種膠液，也稱底膠，實質(zhì)就是與所用膠黏劑相同或類似的高分子稀溶液，它本身能與再涂的膠黏劑很好結(jié)合。常用的底膠有酚醛、環(huán)氧、聚氨酯、氯化聚合物、三苯基膦、乙酰丙酮鈷等類型。底涂劑處理能夠活化表面，但不能清洗和粗化表面，底涂劑的濃度和用量對粘接效果影響很大，涂得薄時可使粘接強度增加。
（12）輻射接枝處理輻射接枝處理法是在極性單體存在下將低能聚合物被粘材料用鈷（60Co）源或電離輻射的γ射線進行輻射接枝，使表面接枝上有利于粘接的聚合物，可使環(huán)氧膠黏劑能粘接聚烯烴，且強度大有提高。UV激光照射是一種最有效的表面處理和改性方法。
（13）力化學(xué)處理力化學(xué)處理是針對PE、PP及PTFE難粘高分子材料提出的表面處理方法，通過力化學(xué)處理，如拋光機、刷子、磁性研磨機等，用環(huán)氧膠黏劑粘接，其剪切強度可提高幾倍甚至幾十倍。確實是粘接聚烯烴和氟塑料等切實可行的處理方法。
（14）氟化處理 塑料的氟化處理（fltlorine treatment）是改進粘接性能相當新的方法，經(jīng)處理的聚合物形成新的表面，即易被膠黏劑濕潤的較高表面能的極性表面。據(jù)稱聚乙（丙）烯的表面經(jīng)氟化處理后用環(huán)氧膠黏劑粘接，其剝離強度增加6倍，已證明氟化表面能與環(huán)氧膠中胺類固化劑形成共價鍵。氟化處理對于幾乎所有塑料粘接性能的提高都很有成效。
上述幾種表面處理方法，除了表面清理不可缺少之外，其他一些則根據(jù)需要與可能確定，可以是兩種或是幾種方法聯(lián)合采用。
（四）表面處理的質(zhì)量評價和有效期
（1）表面處理質(zhì)量的評價方法表面處理后的質(zhì)量如何，在粘接實施之前應(yīng)當進行檢驗，檢驗方法有水膜法和接觸角測定法，雖然水膜法較為粗略，但卻簡單快速實用。粘接之后還可由粘接的破壞類型判斷表面處理的優(yōu)劣，一般呈內(nèi)聚破壞或混合破壞表明表面處理比較好，而出現(xiàn)界面破壞多數(shù)是表面處理有問題。
①水膜法水膜法也稱水膜破壞試驗，即將蒸餾水（或純凈水）灑在處理后的表面上，停留30s，如果水鋪展形成連續(xù)的水膜，即水膜不破壞狀態(tài)，則說明表面潔凈。若是水呈現(xiàn)一系列分離的液滴，水膜被破壞，觀察不到連續(xù)的水膜，說明表面有油污，不能進行粘接，應(yīng)當重新處理，直至合格為止。假如再處理之后還是發(fā)生水膜被破壞，就要對處理過程進行分析，找出產(chǎn)生問題的原因。
②接觸角測定水膜法評價表面處理的質(zhì)量雖然快速、有效、但比較粗略，僅能定性估計，而測量被粘物與參考液體（如蒸餾水）之間的接觸角，可以定量判斷濕潤性好壞。接觸角小，表明膠液對被粘表面的濕潤好，說明表面處理的質(zhì)量符合粘接要求；若接觸角大，則表面處理不合格。已有專用的接觸角測定儀JGW-360a（承德試驗機有限責(zé)任公司）可選擇。
（2）表面處理的有效期 表面處理的有效期亦稱表面置放時間（SET）或最長允許時間（MAT），是指表面處理后至實際粘接或底涂前存放的時間。經(jīng)表面處理后的被粘物最好盡快粘接，不宜長時間儲存。因為易被各種介質(zhì)所污染，尤其對易氧化銹蝕的金屬，如鋼鐵、銅等被粘物，處理后應(yīng)在4h以內(nèi)粘接完畢。對于不銹鋼等耐腐蝕金屬處理后時間可放置長一些（30d），但還是短期內(nèi)粘接效果更好。不同種類的被粘物，不同的處理方法，表面處理后的置放時間亦不相同，見表7-14。
 實驗證明，一般隨著SET增加，粘接強度降低。如果表面加以保護，并保持相對濕度50%以下，表面處理后與實際粘接的間隔時間可達30天。
被粘零件處理后經(jīng)檢驗合格的潔凈表面，不能用手或帶油污手套觸摸，在搬運和儲存過程中必須防止污染，如不能馬上粘接，應(yīng)涂底膠保護，并用干凈的牛皮紙包覆。
由上不難看出，表面處理是相當麻煩與費時的工作，但它卻是粘接極為重要的環(huán)節(jié)，一定要給予足夠的重視，不可馬虎大意，要認真仔細地進行操作，表面處理對于粘接就好像蓋大樓應(yīng)打好地基同樣重要。 環(huán)氧樹脂 - mcguy.net -(責(zé)任編輯：admin) |