Oct. 25, 2025
基于機(jī)械互鎖理論、化學(xué)鍵理論,研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)基材表面改性可以改變材料結(jié)晶形態(tài)和表面形貌,增加基材表面粗糙度,增強(qiáng)涂層/基材界面的機(jī)械互鎖作用;改變表面的化學(xué)組成,增加材料表面極性、表面能,除去材料弱邊界層等,提高材料表面潤(rùn)濕性,增強(qiáng)涂層/基材間的化學(xué)鍵合以及分子間作用力,從而提高涂層的附著性能。
基材表面處理方式可以簡(jiǎn)單地分為機(jī)械處理、化學(xué)處理。常見的機(jī)械表面處理方式包括噴砂、打磨、磷化等。機(jī)械處理是針對(duì)基材表面進(jìn)行的一種破壞性的加工方式,使基材表面粗糙度增加,增強(qiáng)涂層與基材的機(jī)械互鎖作用,從而達(dá)到增加附著力的目的。表面化學(xué)處理包括表面氧化法、表面接枝法、表面涂覆法等。其中表面氧化法主要包括:等離子體處理、酸氧化處理、火焰氧化處理等。
等離子體處理主要是利用輝光放電、電暈放電等方式生成的等離子體處理基材表面,等離子體中的高活性粒子作用于基材表面,對(duì)基材表面產(chǎn)生刻蝕作用使基材表面形成自由基,活性粒子與自由基進(jìn)行復(fù)合,從而使基材表面引人新的官能團(tuán)或形成新的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
研究者提出等離子體增強(qiáng)涂層粘附性能的三種機(jī)制:等離子體處理導(dǎo)致材料表面能增加,促進(jìn)材料間的吸附作用;等離子體對(duì)材料表面的蝕刻作用促進(jìn)材料界面的機(jī)械互鎖效應(yīng)以及等離子體輻射材料表面產(chǎn)生的自由基與粘合劑之間的反應(yīng),產(chǎn)生化學(xué)鍵合增強(qiáng)材料間粘結(jié)強(qiáng)度。
為探究基材等離子體處理對(duì)有機(jī)硅涂層與PC基底的結(jié)合力的影響,在涂層制備前對(duì)PC基底進(jìn)行等離子體處理。等離子體處理步驟具體如下:將PC試樣放置于載物臺(tái)上,然后將載物臺(tái)水平放置在等離子體清洗機(jī)處理腔內(nèi)。設(shè)定等離子體處理功率為180W,處理時(shí)間為150s,處理氣體為氧氣,等離子體處理完畢后,取出試樣,并在半小時(shí)內(nèi)進(jìn)行試樣涂覆。本實(shí)驗(yàn)采用STC2200和STC2560兩種型號(hào)的有機(jī)硅溶膠,有機(jī)硅溶膠通過溶膠凝膠法制備。
如圖1所示,對(duì)STC2200、STC2560兩種有機(jī)硅涂層依據(jù)附著力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTMD3359開展附著力劃格測(cè)試,測(cè)試后兩種涂層的劃格邊緣均未出現(xiàn)涂層脫落,可以判定兩種涂層的附著力均為5B。

圖1 PC/Silicone附著力測(cè)試后表面形貌
上述劃格法只能定性測(cè)試兩種有機(jī)硅涂層的附著力,無法定量測(cè)試,因此另外對(duì)兩種涂層使用拉伸剪切法測(cè)試涂層附著力。拉伸剪切法是常用的膜基附著力測(cè)試方法,它的測(cè)試原理是將膜層通過拉伸機(jī)以機(jī)械剪切應(yīng)力的方式從基底剝落下來,記錄涂層附著失效時(shí)的剪切應(yīng)力,作為拉伸剪切下的涂層附著力強(qiáng)度。對(duì)PC/STC2200、PC/STC2560以及對(duì)PC基底等離子體處理后涂覆上述兩種涂層的試樣開展拉伸剪切測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖2所示,PC/STC2200試樣的界面剪切強(qiáng)度為7.27MPa,PC/STC2560試樣的界面剪切強(qiáng)度為4.24MPa。可見STC2200涂層與PC基底的界面剪切強(qiáng)度大于STC2560與PC的界面剪切強(qiáng)度,這可能與STC2560涂層環(huán)氧基團(tuán)交聯(lián)程度較高有關(guān),以至于STC2560在受到表面拉伸剪切時(shí),容易將剪切力通過相互交聯(lián)的有機(jī)分子網(wǎng)絡(luò)傳遞到膜基界面,進(jìn)而導(dǎo)致涂層容易附著失效。

圖2 PC/Silicone:界面剪切強(qiáng)度
兩種涂層與經(jīng)過等離子體處理后的PC基底的界面剪切強(qiáng)度分別為8.47MPa和6.12MPa,均大于未經(jīng)過等離子體處理的,這表明適當(dāng)?shù)牡入x子體處理有助于提升有機(jī)硅涂層與基底的界面結(jié)合力,這是因?yàn)榈入x子處理PC,其表面生成-OH、-COOH,這些極性基團(tuán)容易與涂層形成化學(xué)鍵合,進(jìn)而提升膜基附著力。
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