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塑料表麵處理技術知識介紹

來源:   發布時間:2017-02-08   點擊量:1129

隨著塑料加工與改性技術不斷提高,應用領域迅速擴展。不同應用領域對塑料表麵裝飾、材料保護、改善粘接等性能要求日益增多,但各種塑料材料結構與組分不同,相應的表麵性能也有明顯差異。適應不同應用的各種表麵處理技術與產品應運而生。

適應塑料表麵處

理的不同需要,已有多種處理技術開發出來。常用的技術有:溶劑清洗(脫脂)、電暈處理、短波紫外光輻射處理、砂紙處理、噴沙處理、等離子蝕刻、化學蝕刻、加熱處理等。針對不同材料,常常需要選擇不同的處理方法。

表麵處理方法的選用

由於大部分塑料的表麵能低,許多處理方法,如裝飾、印刷、噴塗等都不能直接適用,而需要首先進行表麵處理。塑料與各種不同材料的粘接性是表麵處理需要解決的一個關鍵問題。一般來說,塑料粘接性能與材料結構及組分有關。

結構影響

PP 和PE等聚烯烴材料,表麵能很低,通常隻有30-34達因。要實現良好的粘接,一般要求表麵能不低於40達因。粘接試驗表明,PE在等離子處理後粘接強度可提高10倍;經過鉻酸處理後,粘接性能約可提高5倍。經過同樣處理,PP在離子化處理後粘接強度約會提高200倍,而在鉻酸處理後則會提高600倍。

為什麽鉻酸對PP的處理效果如此顯著,而對PE則不然?這是因為PP鏈段上每個碳原子都有一個甲基(-CH3)。甲基在經過氧離子化或鉻酸處理後極易被羧基氧化。而且,即使隻有很少的甲基被氧化,PP的粘接性能與極性也會因為羧基的存在而顯著改善。而PE則沒有這一基團。可以看出,聚合物的化學結構是進行表麵處理時必須考慮的一個重要因素。

組分影響

對各種配混料或共聚物而言,材料組分同樣會影響表麵處理方法的選用。例如氟聚合物及其共聚物的表麵能比聚烯烴還低,典型範圍為18-26達因。對於高氟含量樹脂如ETFE/' target='_blank'>PTFE,經過環烷酸鈉蝕刻後粘接性能提高10倍,而經過氧或氬等離子處理後隻會提高3倍。PE的趨勢則與之恰恰相反。

然而,氟樹脂與PE的共聚物經等離子處理或環烷酸鈉處理後粘接性能增加都為10倍。可以看出,等離子處理更多與PE發生作用,而環烷酸鈉處理則更主要與氟樹脂發生作用。由此可以看出,通過不同材料的共聚可以改善材料的處理性能。對於不同組分的共聚物,也需要根據材料的特點選擇相應的處理方法。

選用技巧

不同的處理方法對不同聚合物結構與組分各有影響,因此對表麵處理方法的選擇也應基於材料的結構與組分進行。

對於低表麵能塑料(<35達因),主要靠經驗選取。而高表麵能塑料,由於本身具有良好的粘接性,因而幾乎每一種處理方法都是適用的,可重點根據使用的便利性選取。

一般來說,塑料的表麵能越低,需要的處理越多。但是,有些聚合物具有較低的表麵能,也可以直接用溶劑粘接,如ABS、PC、PS、AC和PVC等。事實上, AC之所以可以粘接是因為許多丙烯酸粘合劑自身即具有溶劑作用。而對於那些抗溶劑材料,如POM、PPO、PPS以及其他含有苯環的聚合物,通常需要表麵氧化處理或打毛。對於粘接更困難的材料如聚胺和聚亞胺通常需要表麵蝕刻處理才能粘接。

對於具有極性的塑料,如聚酯、環氧、聚氨酯、聚胺等,表麵處理的方法也有不同要求。一般來說,極性越小,需要的處理也越少。在這些材料中,聚酯和環氧極性最強,需在表麵打毛後粘接。剛性聚氨酯極性不高,通常用聚氨酯膠粘劑即可粘接,但需要用環氧進行表麵處理。聚胺是其中極性最小的一種,不需處理即可粘接。

對於實際的處理過程,通常還需要考慮加工的經濟性,使之更好地符合實際加工需要。通常涉及到的各種過程參數,如加工時間、溫度、暴露程度、幹燥條件等都需要仔細考慮。

在選擇處理方法時,需要綜合考慮相應材料的化學特性、聚合物鏈段結構以及應用領域的特殊要求。高可靠性的粘接通常需要更多的表麵處理。

表麵處理應用技術

隨著製造商對製品質量要求越來越高,改進工作環境、提高工作效率與處理可靠性的配合技術與材料不斷開發出來,並擴展了其市場應用。

光固化塗料應用於汽車塑料件

許多汽車部件已采用工程塑料或者聚合物基複合材料,它們不僅僅需要塗料改善其表麵性質,有時還可以實現材料的性能改進。汽車燈罩與反光鏡材料以塑料代替玻璃就得益於光固化塗料的處理技術。

聚碳酸酯具有易加工成型、重量輕和柔性強不易破碎等優點,但它的表麵強度不夠,不耐刻劃和刮擦而且耐候性差,易變黃。采用光固化塗料改善其表麵性質,不僅可大大節省塗裝時間而且塗層有很好的光學耐擦性能,並可滿足長期耐侯性要求。正是由於新技術的推進,如今聚碳酸酯燈罩已幾乎完全代替玻璃燈罩。

汽車反光鏡也是用塑料製備,但要求必須有很高的反光性能。為了達到這一目的,塑料表麵須經三次紫外照射處理。首先塑料要經過紫外照射使表麵產生光化學反應增加表麵張力,以利於光固化塗料的流平與附著;經過塗布光固化清漆固化後,塑料表麵變得平坦而易於金屬化;然後在真空沉積箱中完成金屬沉積。在塑料表麵金屬化後還需要再塗布一層光固化塗料,以保護金屬反光層。

通過改性改進表麵性能

PP由於脆性大(特別是低溫脆性)、結晶度較高、分子極性小,與其他高分子(如塑料、橡膠)和無機填料的共混性及粘接力很差,限製了其在一些領域的應用。

通過固相接枝改性,現已開發出相關產品,如伊士曼公司生產的氯化改性PP(MCPP)樹脂。采用固相接枝法對等規PP進行改性得到MPP,對MPP進行氯化即可獲得MCPP固體粉狀樹脂。改性PP(MPP)和MCPP作為特種PP專用料,大大擴展了PP的應用範圍。氯化改性後的樹脂附著力強,粘接性能提高,易於與其他樹脂共混或粘合。

用於包裝的薄膜通常需要進行表麵處理。

塑料薄膜的表麵處理

塑料薄膜是塑料中用量最大的品種之一,約占塑料總體用量的35%。塑料薄膜難印刷、難粘接、難複合、易產生霧滴、易生成靜電等問題較為突出。在國內,塑料薄膜表麵處理較多采用電暈技術,但對許多大宗用途不適用。等離子體表麵處理技術至今尚未有根本性突破,難以滿足大宗工業產品的表麵改性需要。開發新的表麵改性技術,對擴大塑料薄膜的應用市場具有重要意義。

北京化工大學材料學院有機材料表麵工程研究室自1996年開始,經間歇小試、模試及中試,開發出以表麵光接枝為主要技術特征的製備親水/疏水不對稱塑料薄膜的連續生產新工藝。該表麵處理技術得到的塑料薄膜產品,仍具有薄膜原有的疏水性,且可根據不同需要對表麵極性進行任意調節,直至達到完全親水。該技術幾乎適用於所有的塑料薄膜,如PE、PP、PVC、PET、尼龍等。接枝聚合的特點使得改性層與原基膜以化學鍵聯接,性質非常穩定。

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