大气等离子体处理PVC发泡板提高粘接性-plasma

大气等离子体处理PVC发泡板提高粘接性

Jul. 25, 2025

PVC是最早工业化的塑料产品,具有质轻、表面光滑、易铣削加工等诸多优点,是作为装饰型材优良材料,在日用品、建筑材料、工业制品等方面均有广泛应用,而PVC表面能较低，表面可形成的氢键较少，黏合剂不易在其表面润湿，难黏附，因此黏附强度较低。因此需要通过表面处理来提高其粘接性能。

等离子体处理技术是19世纪末兴起的一项表面处理技术,是在物理学、化学、电子学、真空技术等学科交叉基础上发展出的一项技术,能够使材料表面性能发生变化。等离子体轰击材料的表面时会伴随极高的能量,使材料表面的某些化学键断裂而产生自由基,这些自由基能够与等离子体中的离子和自由基结合,使材料表面的活性基团增多,从而改变材料表面的润湿性,提高其与其他材料的界面粘接性的同时,又不会影响材料的性质和使用功能。

大气等离子体处理前后发泡PVC板表面水接触角变化

在处理速度60mm/s,功率600W,高度为5mm的条件下对发泡PVC板进行大气等离子体处理,大气等离子体处理前后的发泡PVC板的表面接触角如图1所示,接触角从120o降至12.4o,降低了89.6%,图1a是大气等离子体处理前的发泡PVC板表面水接触角,图1b是经过可以看出大气等离子处理前,发泡PVC板表面是疏水的,经大气等离子处理后发泡PVC板的表面接触角有明显下降,从钝角变为锐角,由疏水表面变为亲水表面。

大气等离子体处理前后发泡PVC板表面接触角

图1 大气等离子体处理前后发泡PVC板表面接触角

大气等离子体处理对发泡PVC板表面微观形貌及化学成分的影响

发泡PVC板是由PVC和其他助剂制成的,其主要成分是聚氯乙烯(PVC),PVC的化学结构式如图2所示。

PVC的化学结构式

图2 PVC的化学结构式

(1) 场发射扫描电子显微镜分析

经进行大气等离子体处理和在处理功率为600W,处理速度为60mm/s在不同高度下处理的电镜图区别较明显,因此选用不同高度下处理的发泡PVC板进行分析,处理高度分别为5mm、10mm和15mm的条件下经大气等离子体处理的发泡PVC板的表面微观结构依次如图3中a、b、c、d所示,可见经大气等离子体处理效果较明显,未经处理的发泡PVC板表面较为平整,处理后的发泡PVC板表面粗糙,有很多杂乱无章的沟壑,处理高度的提升使沟壑变浅变少,使润湿性减小,接触角提高,符合接触角试验的结果。说明大气等离子体处理后,发泡PVC板表面的粗糙度增加,增加了发泡PVC板与胶液的胶钉面积,使发泡PVC板与单板的胶合性能有很大的提高。

大气等离子体处理后的发泡PVC板表面扫描电镜图

图3 注:a、b、c、d分别是未经大气等离子体处理和处理高度为5 mm、10 mm和15 mm下进行大气等离子体处理后的发泡PVC板表面扫描电镜图

(2) 傅里叶变换红外光谱分析

图4是大气等离子体处理前后的PVC的FTIR图谱,大气等离子体的处理条件为:处理功率600W,处理速度60mm/s,处理高度10mm,可以看出发泡PVC板表面几个明显的特征峰,波长为2918cm-1和2850cm-1附近为C-H的伸缩振动、波长为715cm-1附近表示C-Cl的伸缩振动、波长为1709~1821cm-1存在两个尖峰表示有C=O双键的存在,从材料组成上是不应该有这个基团的,实验所用的发泡PVC板是以PVC母粒为主要原材料制成的板材,在生产中会加入一些助剂,这应该是PVC制作中添加的助剂中的基团,从图中可以看出,大气等离子体处理前后发泡PVC板表面红外图谱的特征峰并没有明显变化,说明经过大气等离子体处理后的发泡PVC板表面的官能团种类没有发生变化。

大气等离子体处理前后的发泡PVC板表面FTIR图谱

图4 大气等离子体处理前后的发泡PVC板表面FTIR图谱

(3) XPS分析

经大气等离子体处理前后的发泡PVC板表面的XPS扫描图如图5所示,大气等离子体的处理条件为:处理功率600W,处理速度60mm/s,处理高度10mm。从中可以看出,大气等离子体处理前后,发泡PVC板表面在285eV、533eV和199eV结合能处有明显的谱峰,分别代表C1s、O1s、Cl2p的存在,C和Cl元素是构成PVC的主要元素,O元素来源于发泡PVC板制作过程中的助剂。从图中可以看出经大气等离子体处理前后谱图中O1s谱峰的峰高有所增大,这表明大气等离子体处理后使发泡PVC板的表面元素的含量发生了变化。图7、8、9分别是C1s、O1s、Cl2p的分峰谱图,可以看出大气等离子体处理后发泡PVC板表面的C1明显减少,而C2和C3有所增加,O1有所减少,O2、O3含量有所增加,Cl2p1增多,Cl2p3减少,这可能是因为大气等离子体处理后的发泡PVC板表面的官能团受到等离子体轰击,发生了化学键的断裂,板表面的空气也受到了大气等离子体的轰击,产生自由基,被引入发泡PVC板的表面,使板材表面的自由基增多,这说明大气等离子体处理使发泡PVC板表面的含氧基团发生了变化,使得发泡PVC板表面具有较好的润湿性。