PTFE高粘接强度的混氨冷等离子体射流改性研究

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聚四氟乙烯具有优良的耐腐蚀性、耐热性和绝缘性能,在航空航天、生物医学等领域得到广泛应用。在应用中,聚四氟乙烯常需与自身以及金属材料粘接后使用,但聚四氟乙烯的较差润湿性、弱边界层导致其粘接性能较差。大气压冷等离子体射流可有效改善聚四氟乙烯材料的润湿性,处理过程不涉及化学试剂、对表面损伤较低。但现有冷等离子体射流对聚四氟乙烯的改性效率较低,对表面润湿性的改善程度有限;另外,储存环境对射流处理后聚四氟乙烯表面润湿性、粘接强度保持时间的影响仍有待研究。论文针对以上问题,研制了可实现聚四氟乙烯表面高效、低损伤改性的混氨冷等离子体射流,探究了混氨冷等离子体射流对表面润湿性、粘接强度等的作用机理和影响规律,研究了储存环境对射流处理后表面润湿性、粘接强度保持时间的影响,论文的主要工作如下:为提高冷等离子体射流对聚四氟乙烯表面的改性效率、获得更佳的表面润湿性改善效果,提出在工作气体中混入氨水,研制了可实现聚四氟乙烯表面高效、低损伤改性的混氨冷等离子体射流,并观测了射流的放电特性。当工作气体中混氨比例为1%时,冷等离子体射流对聚四氟乙烯表面的改性效率相对最高,处理120 s后表面水接触角由101°降至约19°,对润湿性的改善效果相比纯氦冷等离子体射流有明显提升。为揭示混氨冷等离子体射流能更好改善聚四氟乙烯表面润湿性的作用机理,采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜观测分析了改性前后聚四氟乙烯表面化学成分和微观形貌。结果表明,与纯氦冷等离子体射流相比,混氨冷等离子体射流可在聚四氟乙烯表面形成更多的氨基,氨基可促进液体对表面的润湿;另外,混氨冷等离子体射流处理后的聚四氟乙烯表面更平整,有利于润湿性的提升。为研究混氨冷等离子体射流对聚四氟乙烯粘接性能的改善效果,采用接触角测量仪观测了环氧树脂粘接剂在不同表面的铺展过程,并通过T型剥离强度试验测试了不同样品的剥离强度。试验结果表明,粘接剂在混氨冷等离子体射流处理后的聚四氟乙烯表面上可更快、更充分铺展;混氨冷等离子体射流处理后聚四氟乙烯样品的粘接强度为约530N/m,相比未处理样品、纯氦冷等离子体射流处理后样品可分别提升约531%和29%。为研究储存环境对冷等离子体射流处理后聚四氟乙烯表面润湿性、粘接强度的影响,在不同储存环境下观测了处理后表面润湿性、粘接强度等的恢复情况。试验发现,低温常压环境更有利于射流处理后样品表面润湿性、粘接强度的保持。在低温常压环境下储存15天后,混氨冷等离子体射流处理后聚四氟乙烯样品表面的水接触角可达约62°,粘接强度可达约400 N/m,相比常温常压下储存后样品、未处理样品明显更高。
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