硅橡胶因其良好的耐候性和绝缘性能常被用作电缆材料。在实际应用中,为了便于区分型号和生产商,需要在电缆表面印字。硅橡胶电缆在存储和运输过程中通常会发生堆叠,硅橡胶表面油墨分子在接触时通过热运动相互扩散渗透,进而导致印字污染。因此,需要对硅橡胶表面进行处理,在不影响其绝缘性能等综合性能基础上,提升硅橡胶表面抗印字污染性能。目前,解决该问题主要有化学法和物理法,其中物理法是对油墨污染硅橡胶进行表面清洁,化学法是通过引入功能基团进行表面修饰。但是,现有方法在处理效率、挥发性有机物处理、时效性等方面仍存在问题。因此,亟需一种新的表面处理技术用于增强硅橡胶表面抗印字污染性能。

低温等离子体表面改性技术因其处理条件简单、效率高、无污染等优点受到广泛关注。近年来,国内外利用低温等离子体技术对绝缘材料进行处理提高其表面性能的研究已经取得了相当多的进展。

目前,应用于材料表面改性的大气低温等离子体产生方式主要有介质阻挡放电和大气压等离子体射流。其中,大气压等离子体射流由于其产生与改性区域的空间分离,适合电缆表面处理。

等离子体改性效果

为了考察硅橡胶表面抗印字污染性能,采用射流等离子处理机对带有印字的硅橡胶进行处理,再使用10kg砝码将其与无印字未处理样片挤压,静置24h后观察其表面是否发生印字污染。改性前后表面憎水性变化由水接触角测量仪 表征。

表面水接触角

等离子体射流处理前后硅橡胶的表面水接触角测量结果如图1所示。从图1可以看出,未处理的硅橡胶水接触角为113°。当样品移动速度为1mm/s时,射流处理后表面水接触角为94.1°,相较于未处理时降低了16.7%。随着移动速度增加,表面水接触角逐渐增大,当样品移动速度为5mm/s时,水接触角为107.2°,相较于未处理时降低5.1%。由此说明,射流处理会导致硅橡胶表面憎水性变差,这是由于等离子体射流产生的高能粒子轰击硅橡胶表面,会改变材料表面分子的化学结构。结合图2的FTIR检测结果,处理后非极性基团Si-CH3减少,因此憎水性降低。虽然硅橡胶表面水接触角相较于未处理时有所降低,但在高速处理下水接触角仍可达到107°,呈现出较好的憎水性能。此外,提高处理速度能够有效抑制憎水性的降低,为了保证硅橡胶电缆的憎水性,应该在满足处理要求的前提下,增大处理速度。

图1 硅橡胶等离子体处理前后水接触角变化

图2 等离子体射流处理前后硅橡胶表面FTIR图谱

表面抗印字污染性能

空气射流等离子处理前后硅橡胶表面抗印字污染性能测试结果见图3。

图3 射流等离子体处理前后硅橡胶表面抗印字污染变化

根据图3(a),未处理的硅橡胶表面油墨印染到与之接触的硅橡胶上,形成白色痕迹,说明发生了印字污染。经过等离子体射流处理后,硅橡胶表面明显字迹,原始印字硅橡胶无字迹损失,见图3(b)。该结果表明,空气等离子射流表面改性能够有效解决硅橡胶印字污染问题。