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塑料表面处理技术

塑料表面处理技术

理的不同需要,已有多种处理技术开发出来。常用的技术有:溶剂清洗(脱脂)、电晕处理、短波紫外光辐射处理、砂纸处理、喷沙处理、等离子蚀刻、化学蚀刻、加热处理等。针对不同材料,常常需要选择不同的处理方法。

表面处理方法的选用

由于大部分塑料的表面能低,许多处理方法,如装饰、印刷、喷涂等都不能直接适用,而需要首先进行表面处理。塑料与各种不同材料的粘接性是表面处理需要解决的一个关键问题。一般来说,塑料粘接性能与材料结构及组分有关。

结构影响

PP和PE等聚烯烃材料,表面能很低,通常只有30-34达因。要实现良好的粘接,一般要求表面能不低于40达因。粘接试验表明,PE在等离子处理后粘接强度可提高10倍;经过铬酸处理后,粘接性能约可提高5倍。经过同样处理,PP在离子化处理后粘接强度约会提高200倍,而在铬酸处理后则会提高600倍。

为什么铬酸对PP的处理效果如此显着,而对PE则不然?这是因为PP链段上每个碳原子都有一个甲基(-CH3)。甲基在经过氧离子化或铬酸处理后极易被羧基氧化。而且,即使只有很少的甲基被氧化,PP的粘接性能与极性也会因为羧基的存在而显着改善。而PE则没有这一基团。可以看出,聚合物的化学结构是进行表面处理时必须考虑的一个重要因素。

组分影响

对各种配混料或共聚物而言,材料组分同样会影响表面处理方法的选用。例如氟聚合物及其共聚物的表面能比聚烯烃还低,典型范围为18-26达因。对于高氟含量树脂如PTFE,经过环烷酸钠蚀刻后粘接性能提高10倍,而经过氧或氩等离子处理后只会提高3倍。PE的趋势则与之恰恰相反。

然而,氟树脂与PE的共聚物经等离子处理或环烷酸钠处理后粘接性能增加都为10倍。可以看出,等离子处理更多与PE发生作用,而环烷酸钠处理则更主要与氟树脂发生作用。由此可以看出,通过不同材料的共聚可以改善材料的处理性能。对于不同组分的共聚物,也需要根据材料的特点选择相应的处理方法。

选用技巧

不同的处理方法对不同聚合物结构与组分各有影响,因此对表面处理方法的选择也应基于材料的结构与组分进行。

对于低表面能塑料(<35达因),主要靠经验选取。而高表面能塑料,由于本身具有良好的粘接性,因而几乎每一种处理方法都是适用的,可重点根据使用的便利性选取。

一般来说,塑料的表面能越低,需要的处理越多。但是,有些聚合物具有较低的表面能,也可以直接用溶剂粘接,如ABS、PC、PS、AC和PVC等。事实上,AC之所以可以粘接是因为许多丙烯酸粘合剂自身即具有溶剂作用。而对于那些抗溶剂材料,如POM、PPO、PPS以及其他含有苯环的聚合物,通常需要表面氧化处理或打毛。对于粘接更困难的材料如聚胺和聚亚胺通常需要表面蚀刻处理才能粘接。

对于具有极性的塑料,如聚酯、环氧、聚氨酯、聚胺等,表面处理的方法也有不同要求。一般来说,极性越小,需要的处理也越少。在这些材料中,聚酯和环氧极性最强,需在表面打毛后粘接。刚性聚氨酯极性不高,通常用聚氨酯胶粘剂即可粘接,但需要用环氧进行表面处理。聚胺是其中极性最小的一种,不需处理即可粘接。

对于实际的处理过程,通常还需要考虑加工的经济性,使之更好地符合实际加工需要。通常涉及到的各种过程参数,如加工时间、温度、暴露程度、干燥条件等都需要仔细考虑。

在选择处理方法时,需要综合考虑相应材料的化学特性、聚合物链段结构以及应用领域的特殊要求。高可靠性的粘接通常需要更多的表面处理。
 

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等离子原理概述:等离子体是物质的一种存在状态,通常物质以固态、液态、气态三种状态存在,但在一些特殊的情况下可以以第四中状态存在,如地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态,又称为物质的第四态。等离子体中存在下列物质:处于高速运动状态的电子;处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子;分子解离反应过程中生成的紫外线;未反应的分子、原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。
    等离子清洗/刻蚀技术是等离子体特殊性质的具体应用。等离子清洗/刻蚀机产生等离子体的装置是在密封容器中设置两个电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,受电场作用,它们发生碰撞而形成等离子体,这些离子的活性很高,其能量足以破坏几乎所有的化学键,在任何暴露的表面引起化学反应。
等离子清洗技术在金属行业中的应用:金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层,在进行溅射、油漆、粘合、健合、焊接、铜焊和PVD、CVD涂覆前,需要用等离子处理来得到完全洁净和无氧化层的表面。
等离子清洗技术在电子电路及半导体领域的应用:等离子表面处理这门工艺现在正应用于LCD、LED、 IC,PCB,SMT、BGA、引线框架、平板显示器的清洗和蚀刻等领域。等离子清洗过的IC可显著提高焊线邦定强度,减少电路故障的可能性;溢出的树脂、残余的感光阻剂、溶液残渣及其他有机污染物暴露于等离子体区域中,短时间内就能清除。PCB制造商用等离子处理来去除污物和带走钻孔中的绝缘物。对许多产品,不论它们是应用于工业还是电子、航空、健康等行业,其可靠性很大一部分都依赖于两个表面之间的粘合强度。不管表面是金属、陶瓷、聚合物、塑料或是其中的复合物,经过等离子处理以后都能有效地提高粘合力,从而提高最终产品的质量。等离子处理在提高任何材料表面活性的过程中是安全的、环保的、经济的。
等离子清洗技术在塑料及橡胶(陶瓷、玻璃)行业中的应用:
聚丙烯、PTFE等橡胶塑料材料是没有极性的,这些材料在未经过表面处理的状态下进行的印刷、粘合、涂覆等效果非常差,甚至无法进行。利用等离子技术对这些材料进行表面处理,在高速高能量的等离子体的轰击下,这些材料结构表面得以最大化,同时在材料表面形成一个活性层,这样橡胶、塑料就能够进行印刷、粘合、涂覆等*作。
    等离子清洗/刻蚀机处理材料表面时,处理时的工艺气体、气体流量、功率和处理时间直接影响材料表面处理质量,合理选择这些参数将有效提高处理的效果。同时处理时的温度、气体分配、真空度、电极设置、静电保护等因素也影响处理质量。因此,对不同的材料要制定选用不同的工艺参数。
等离子表面清洗:金属 陶瓷 塑料 橡胶 玻璃等表面常常会有油脂油污等有机物及氧化层,在进行粘接 绑定 油漆 键合 焊接 铜焊和PVD、CVD涂覆前,需用等离子处理来得到完全洁净和无氧化层的表面。
等离子清洗技术在半导体行业、航空航天技术、精密机械、医疗、塑料、考古、印刷、纳米技术、科研开发、液晶显示屏、电子电路、手机零部件等广泛的行业中有着不可替代的应用
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