低温等离子体静电喷涂聚乙烯涂层研究

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针对非极性聚乙烯材料,表面能较低,形成的涂层结合强度差,静电喷涂制备聚乙烯涂层时上粉率低,浪费严重,难以制备较厚涂层的问题,提出了等离子体静电喷涂的设想。将静电喷涂枪喷射出的聚乙烯粉末穿过低温等离子体气流,借助等离子体气流使非极性的聚乙烯端基部分双键打开,与等离子体气流中的离子结合形成官能团,达到提高粉末分子之间结合力的作用,实现提高聚乙烯喷涂的上粉率和涂层结合强度的目的。论文主要研究了氮等离子体和氧等离子体对聚乙烯粉末的改性作用及机理;讨论了非极性过渡层辛二烯和极性过渡层丙烯酸对聚乙烯涂层结合性能的影响:测试并分析了等离子体静电喷涂制备的聚乙烯涂层孔的面密度、耐磨性和耐蚀性。通过研究得到以下主要结论:(1)经氮气、氧气低温等离子体静电喷涂非极性的聚乙烯粉末,在相同喷涂时间和粉末用量的情况下,等离子体静电喷涂比普通的静电喷涂涂层厚度约增加了 40%。氮、氧等离子体均使聚乙烯粉末产生-OH、-N-C=O、-NH2等含氧、氮的极性基团。粉末极性基团的增加,提高了粉末分子之间的作用力,使粉末的上粉率和涂层的结合强度提高。氮、氧等离子体静电喷涂法制备的涂层结合强度比普通静电喷涂聚乙烯制备的涂层结合强度提高了 15.0-21.0%。(2)辛二烯或丙烯酸过渡层,均可提升涂层的结合强度,当过渡层单体浓度为25%时,结合强度达到最大值。此时以辛二烯为过渡层,氮和氧等离子体静电喷涂聚乙烯涂层的结合强度分别为8.24 MPa、8.86 MPa;以丙烯酸为过渡层,氮和氧等离子静电喷涂聚乙烯涂层的结合强度分别达到10.11 MPa、10.61 MPa。尽管等离子体对丙烯酸的作用小于辛二烯,但丙烯酸本身的极性大,因此对涂层结合强度的提升效果高于辛二烯。(3)在等离子体处理后的金属基体上等离子体静电喷涂制备的聚乙烯涂层孔的面密度比基体末处理制备的涂层孔的面密度低,耐磨性好;有丙烯酸过渡层的等离子体静电喷涂聚乙烯涂层孔的面密度为0.25个/cm2,耐磨性最好;有辛二烯过渡层的聚乙烯涂层未见孔隙,但耐磨性略低于在丙烯酸过渡层上等离子体静电喷涂聚乙烯涂层。(4)有过渡层的聚乙烯涂层比没有过渡层的涂层耐蚀性好;随着浸泡天数的增加,涂层电化学阻抗降低,电化学电容升高,涂层的耐蚀性降低。
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