常壓空氣介質(zhì)阻擋等離子體改性氟橡膠表面的研究.pdf

1、氟橡膠以其廣泛的優(yōu)良性能成為現(xiàn)代工業(yè)尤其是高技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少和替代的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、軍工、航空航天、汽車(chē)、石油化工等諸多領(lǐng)域。但氟橡膠是低極性材料，表面能低，浸潤(rùn)性差。因此對(duì)氟橡膠進(jìn)行表面功能化，提高表面能、表面親水性成為研究熱點(diǎn)之一。 介質(zhì)阻擋(DBD)等離子體技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展較快的一門(mén)材料表面改性技術(shù)。本研究采用DBD技術(shù)對(duì)氟橡膠進(jìn)行表面改性，結(jié)果表明將DBD技術(shù)運(yùn)用到氟橡膠表面改性，對(duì)提高其表面性能是行之有效的

2、。 使用常壓下空氣介質(zhì)阻擋(DBD)等離子體處理氟橡膠(F<,2311>)表面，使之表面活化。通過(guò)掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)觀察air-DBD等離子體處理前后橡膠試樣的表面形貌，借助衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)分析處理前后F<,2311>表面官能團(tuán)變化，通過(guò)接觸角和表面能的測(cè)定研究表面改性對(duì)F<,2311>表面親水性的影響，并通過(guò)T型剝離實(shí)驗(yàn)測(cè)定改性樣品的粘結(jié)接性。結(jié)果表明，

3、等離子體處理F<,2311>表面的親水性、化學(xué)成分、表面形貌和粘接性均發(fā)生變化。ATR-FTIR圖譜說(shuō)明等離子體處理后F<,2311>表面生成C=O，-OH，O-C-O等極性含氧基團(tuán)；XPS譜圖表明等離子體處理后樣品表面在289.3～289.8 eV出現(xiàn)新的C1s峰；樣品表面形成褶皺，粗糙度增大；親水性提高，與水的接觸角由98.6°下降到32°，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)接觸角隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。經(jīng)等離子體處理120s后氟橡膠和硅橡膠的粘接強(qiáng)度提

4、高，剝離強(qiáng)度從3.3提高到6.0 N/cm。以接觸角變化和表面能變化為依據(jù)，確定空氣介質(zhì)阻擋等離子體處理F<,2311>的較佳工藝條件為放電功率40×2W、放電間隙2 mm、處理時(shí)間120 sec。 利用較佳的等離子體預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)F<,2311>進(jìn)行表面預(yù)處理，隨后進(jìn)行液相接枝反應(yīng)。結(jié)果表明F<,2311>表面接枝丙烯酸/丙烯酰胺雙單體的效果最好。進(jìn)行液相接枝反應(yīng)時(shí)，接枝反應(yīng)的時(shí)間和溫度對(duì)F<,2311>表面潤(rùn)濕性有顯著影響。接

5、枝反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，接枝表面更加均勻，潤(rùn)濕性更好，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)確定液相接枝AA/AAm雙單體的最佳接枝反應(yīng)時(shí)間為2h；隨著接枝溫度的升高，接觸角均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，最佳的接枝溫度為50～60℃。 利用一次等離子體處理?xiàng)l件(放電間隙2 mm，放電功率80W，處理時(shí)間120s)和二次等離子體處理?xiàng)l件(放電間隙4 mm，放電功率150W，處理時(shí)間60s)研究在F<,2311>表面接枝丙烯酸和丙烯酸/丙烯酰胺雙單體，結(jié)果表明丙烯酸/丙

6、烯酰胺雙單體的改性效果較好。二次等離子體處理的樣品表面能的提高顯著，等離子體二次處理60s樣品表面能便可達(dá)到55.6 mN/m，從時(shí)間和原料耗費(fèi)上看，二次等離子體比液相接枝改性更為高效。 SEM和AFM照片顯示，與等離子體預(yù)處理的樣品相比，經(jīng)過(guò)液相接枝和二次等離子體接枝處理的樣品表面更加平整，粗糙度下降，C1s和O1s的XPS譜圖和ATR-FTIR圖譜均顯示有新的基團(tuán)產(chǎn)生，分析認(rèn)為是丙烯酸類(lèi)單體在F<,2311>表面接枝、交聯(lián)的