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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(guò)程是通過(guò)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(chǎn)生牢固膠接。而硅橡膠高分子材料因其在硫化交聯(lián)的過(guò)程中加入一些添加劑使其結晶度高,化學(xué)穩定性好,在與膠粘劑粘接時(shí),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(méi)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(guò)程中所帶入的雜質(zhì)、加入的各種助劑(如穩定劑、潤滑劑、抗氧劑、脫模劑等)以及運輸過(guò)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(shù)可以在硅橡膠表面引入大量的活性基團,使其發(fā)生化學(xué)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(chǎn)生電子激發(fā)成高能態(tài)并產(chǎn)生電離,即產(chǎn)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(xué)鍵的鍵能。高能粒子作用于硅橡膠表面,使表面化學(xué)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(guò)對硅橡膠表面在去離子水、環(huán)氧樹(shù)脂兩種極性液滴下的接觸角進(jìn)行測量,研究等離子清洗對硅橡膠表面浸潤性的影響規律,測量結果如圖2所示。圖2(a)為未經(jīng)過(guò)處理的硅橡膠表面,可見(jiàn)其在去離子水和環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂),表現為疏水性質(zhì),浸潤性較差。如圖2(b)示,經(jīng)過(guò)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(shù)脂下的接觸角分別降至49.2°±1.1°和68.5°±0.1°,這是由于經(jīng)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(zhù)提高硅橡膠的粘接性能，經(jīng)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。