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硅橡膠髙分子材料粘接特性受很多因素的影響,除了自身結構特性外,還受諸多外界因素的干擾。主要有以下幾方面:(1)潤濕能力差,由浸潤理論,膠粘劑在硅橡膠表面潤濕與否是粘接的前提條件。環(huán)氧液滴在硅橡膠表面接觸角q越大,潤濕能力越差,膠粘劑不能充分潤濕難粘高分子材料表面,因而不能在其表面很好的粘附。(2)結晶度高,根據擴散理論,粘接的過程是通過膠粘劑分子鏈與硅橡膠高分子材料的分子鏈相互擴散,從而產生牢固膠接。而硅橡膠高分子材料因其在硫化交聯的過程中加入一些添加劑使其結晶度高,化學穩(wěn)定性好,在與膠粘劑粘接時,分子鏈不容易擴散,故而粘接力非常弱。(3)非極性高分子,硅橡膠髙分子材料大都是非極性或呈現弱極性,而環(huán)氧膠粘劑含有極性分子,依靠取向力和誘導力與被粘接基材形成分子間相互作用,對于弱極性的硅橡膠而言,分子間沒有形成前兩種分子力的條件,只有較弱的色散力,所以環(huán)氧膠粘劑與硅橡膠高分子材料的粘結性能較差。(4)弱邊界層,主要包括硫化硅橡膠加工過程中所帶入的雜質、加入的各種助劑(如穩(wěn)定劑、潤滑劑、抗氧劑、脫模劑等)以及運輸過程中造成的污染等,這種弱邊界層的存在大大降低了其與膠粘劑的粘接性能。

等離子清洗改性原理及工藝

等離子清洗技術可以在硅橡膠表面引入大量的活性基團,使其發(fā)生化學反應,形成強有力的粘接。等離子清洗改性原理如圖1所示,氣氛被射頻、輝光及微波等放電裝置作用產生電子激發(fā)成高能態(tài)并產生電離,即產生等離子體,是由激發(fā)態(tài)的分子、原子、離子和自由基團以及未被激發(fā)的氣體原子所組成的混合體,高能粒子具有20eV以上的能量,并高于化學鍵的鍵能。高能粒子作用于硅橡膠表面,使表面化學鍵發(fā)生斷裂、重組,并清洗掉影響粘接的弱界面層,達到弱極性硅橡膠表面改性的目的。

圖1 硅橡膠等離子清洗原理示意圖

等離子清洗工藝對硅橡膠表面浸潤性能影響

環(huán)氧膠粘劑在橡膠材料表面的浸潤與否影響橡膠粘接界面性能,通過對硅橡膠表面在去離子水、環(huán)氧樹脂兩種極性液滴下的接觸角進行測量,研究等離子清洗對硅橡膠表面浸潤性的影響規(guī)律,測量結果如圖2所示。圖2(a)為未經過處理的硅橡膠表面,可見其在去離子水和環(huán)氧樹脂液滴下接觸角均大于90°(左側為水接觸角,右側為環(huán)氧樹脂),表現為疏水性質,浸潤性較差。如圖2(b)示,經過等離子清洗后,硅橡膠表面接觸角發(fā)生下降,材料表面在去離子水和環(huán)氧樹脂下的接觸角分別降至49.2°±1.1°和68.5°±0.1°,這是由于經等離子清洗后在材料表面引入極性基團,使表面浸潤性能提高。

圖2 等離子清洗前后硅橡膠表面浸潤性能(a)原始(b)低溫等離子

采用低溫等離子體對硅橡膠表面清洗可以顯著提高硅橡膠的粘接性能，經等離子清洗后,環(huán)氧膠粘劑在硅橡膠表面浸潤性大幅提升。等離子清洗后膠粘劑可以充分浸潤硅橡膠表面微結構,提高粘接表面積,使環(huán)氧膠粘劑與硅橡膠間機械互鎖性能大幅提高。