鐵（特）氟龍低溫等離子體表面處理提升粘接性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2022-10-28

聚四氟乙烯(PTFE)俗稱鐵氟龍有“塑料王”的美譽，具有相當優異的特性，如化學穩定性、不燃性、電絕緣性、抗老化性、抗輻射性、自潤滑性、低滲透性等。因此聚四氟乙烯是一種綜合性能優良、用途廣泛的工程塑料。但是，由于鐵氟龍材料潤濕性能差，不能很好地被粘接，從而限制了其在某些場合的使用。為了使鐵氟龍（PTFE）有更寬更廣的應用，通過對（鐵氟龍）PTFE的表面進行處理，以達到增加其表面能、提高潤濕性及與材料之間的粘接強度的目的。

等離子體是物質在高溫或特定激勵下的一種物質狀態。它是由大量正、負帶電粒子和中性粒子組成的，是除固態、液態、氣態外，物質的第四種狀態。其離子能量在5～10ev之間，足以使鐵氟龍（PTFE）表面的分子鍵斷裂，繼而發生刻蝕、交聯、化學反應等一系列的變化，引發氣固相間的反應。

在材料表面改性中,主要是利用低溫等離子體轟擊材料表面,使材料表面分子的化學鍵被打開,并與等離子體中的自由基結合,在材料表面形成極性基團。由于表面增加了大量的極性基團,從而能顯著地提高材料表面的粘接性能、印刷性能、染色性能等。

等離子體處理提升鐵氟龍的粘接性能原因分析

表面元素分析
為研究等離子體處理后鐵氟龍的表面元素含量變化，使用XPS進行分析。處理前后鐵氟龍的XPS譜圖如圖1所示。

圖一等離子體處理鐵氟龍的XPS圖

由圖1可知：未處理的鐵氟龍表面只有F和C的特征峰，經等離子體處理后鐵氟龍表面出現了O和N的特征峰，證明等離子體處理向鐵氟龍表面引入了O和N元素。為進一步分析鐵氟龍表面黏結性能改善的原因，對薄膜的C1s譜進行分析，如圖2所示。由圖2可知：未經處理的鐵氟龍樣品C1s譜中只有CF2的特征峰；經等離子體處理后薄膜表面增加了CO、C-OH、C-C、C-CF3的特征峰。由此可見，等離子體處理可以在鐵氟龍表面生成新的官能團，這是其表面黏附性即黏結性能提升的重要原因。

圖二等離子體處理鐵氟龍的C1s 分峰圖

等離子體引發過程中產生的活性粒子和極性基團可以移除鐵氟龍表面的F并產生自由基，引發表面發生交聯反應或形成不飽和鍵，暴露于空氣中后又會與O2等發生反應，從而引入O和N元素并生成新的官能團。鐵氟龍表面F/C比例越低、（O+N）/C比例越高，表明有越多的C-F2鍵被打斷并生成更多的官能團，從而使鐵氟龍的表面黏附性得到改善。

表面形貌分析
等離子體處理前后鐵氟龍表面的SEM圖,如圖3所示。從圖3可以看出：未經處理的鐵氟龍表面只有細小的裂痕；經等離子體處理后樣品表面粗糙度增大，且粗糙度隨處理時間和放電功率的增加而增大。等離子體對鐵氟龍表面的刻蝕作用使得材料表面粗糙度增大，使其表面黏附性和親水性得以改善，這是其黏結性能改善的一個原因。

圖三等離子體處理鐵氟龍的掃描電鏡照片

處理前后水滴角對比
下圖4為鐵氟龍材質導管，等離子處理前后水滴角對比，等離子處理前，鐵氟龍水滴角為107°左右，呈現出疏水狀態，等離子處理后，鐵氟龍表面水滴角下降明顯，只有18°左右。材料表面越親水，對粘接就越有幫助。

圖四鐵氟龍等離子處理前后水滴角對比

利用低溫等離子體表面改性鐵氟龍的優點

與傳統表面處理方法相比,低溫等離子體表面改性具有以下明顯優點:
(1) 處理溫度低,處理時間短,節約能耗,可縮短工藝流程;
(2) 處理過程中不使用酸堿等化工原料,避免了高溫潮濕的生產環境;
(3) 處理深度僅為數百埃到幾納米,不影響基體的固有性質;
(4) 處理過程屬于干法處理,可大幅降低水資源消耗,對節約水資源有重要的社會經濟意義;
(5)處理過程中無三廢排放,既保護了環境,又節約了企業的治污費用,符合國家的環保政策;

以上資料由國產等離子表面處理機廠家納恩科技整理編輯。綜上所述，等離子體處理后的鐵氟龍表面黏附性和親水性均有提升，SEM結果表明，經等離子體處理后鐵氟龍的表面粗糙度增大，這是其黏結性能改善的原因之一。鐵氟龍的表面黏附性與表面F/C、（O+N）/C比例有直接關系。樣品的XPS分析表明，等離子體表面處理可以降低鐵氟龍表面的F/C比例并引入新的活性基團，這是黏結性能提升的重要原因。