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硅橡膠(silicone rubber,SR)作為一種特種橡膠,它的應(yīng)用領(lǐng)域大到國防尖端科技、航空航天、交通運輸?shù)?小到醫(yī)療用品、母嬰用品、兒童玩具等,應(yīng)用領(lǐng)域非常的廣泛。目前隨著硅橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,對硅橡膠的性能也提出了越來越多的要求,例如在航空航天領(lǐng)域,硅橡膠作為一種密封材料除了要考慮它的耐高低溫性能,同時也要考慮它與基材的粘結(jié)性能,因此對硅橡膠提出了新的考驗,需要其既能做到與基材之間有很好的附著,又能維持較好的機械性能以及較強的耐高低溫性能,但是眾所周知,硅橡膠它的分子結(jié)構(gòu)極性很低,材料的表面活性也很低,與很多的材料在不經(jīng)任何處理的情況下,都很難做到粘結(jié),為此當(dāng)下有一部分研究想到通過對硅橡膠的被粘表面進(jìn)行一定的處理,以此來提高材料與基材的附著效果。

等離子體作為物質(zhì)存在的第四態(tài)。用等離子體來進(jìn)行表面改性具有簡捷、高效、環(huán)保等特點,可以廣泛地應(yīng)用于各類高分子材料,可通過氧等離子體處理在硅橡膠表面引入大量極性硅醇(Si-OH)基團,使材料表面由疏水性轉(zhuǎn)化為親水性，改善硅橡膠表面的粘接性能。

O2等離子體處理對硅橡膠表面親水粘接性能的影響

表面接觸角分析

靜態(tài)接觸角法是評估樣品表面親水性的重要方法,其與水的接觸角越小,親水性就越好,接觸角越大,則親水性越差。通過測定接觸角法評價不同功率下O2等離子體處理表面活化程度,如圖1所示:隨著處理功率的增加,靜態(tài)接觸角呈先下降后上升趨勢,當(dāng)功率為200W時,靜態(tài)接觸角最小。

圖1 不同等離子功率處理硅橡膠表面接觸角

等離子體處理后硅橡膠表面粗糙度

采用白光干涉對O2等離子體預(yù)處理硅橡膠表面形貌變化進(jìn)行檢測,測定預(yù)處理后硅橡膠表面粗糙度,測試面積為25μm×25μm。圖2為白光干涉法測定的樣品表面形貌,圖2(a)是未處理硅橡膠表面形貌,其表面平整,粗糙度為267nm;圖2(b)是預(yù)處理后的硅橡膠表面形貌,其表面比未處理樣品表面粗糙度增大,預(yù)處理后樣品表面粗糙度為373nm。數(shù)據(jù)表明:經(jīng)等離子體對硅橡膠表面預(yù)處理后,硅橡膠材料表面粗糙度增加,且等離子體對材料刻蝕作用。而且粗糙度的增加提高了粘接劑與基體間的接觸面積,從而提高粘接劑與基體之間的結(jié)合力。經(jīng)過等離子體處理后的高分子材料,表面粗糙度均有不同程度的增加,是由于等離子體對材料表面有刻蝕作用,進(jìn)而影響液體在表面的吸附作用,最終使表面潤濕性改變。

圖2 等離子體處理前后硅橡膠的表面形貌

紅外光譜分析

通常情況下,高分子材料經(jīng)過Ar、O₂、N₂等氣體等離子體處理后,會在表面引COOH、C=O、NH₂等基團,增加表面親水性。通過對O2等離子體硅橡膠樣品做紅外分析,由紅外譜圖分析知:由圖3知:3000cm^-1為C-H振動吸收峰,1280cm^-1為Si-CH3振動吸收峰,1100cm^-1為Si-O-Si振動吸收峰,750cm^-1為Si-CH₃吸收峰。在1636cm^-1處有C=O鍵吸收峰,另外在1419cm^-1處有羧酸的O-H彎曲振動吸收峰。所以O(shè)₂等離子體處理過樣品由于生成羰基和羧基,使得硅橡膠樣品的親水性增加。

圖3 等離子體處理硅橡膠紅外光譜分析

綜上所述：硅橡膠經(jīng)低溫等離子體預(yù)處理后表面活性增加,水接觸角降低,表面能增加,從而提高接頭膠接強度。同時表面粗糙度的增加，有利于增強粘接的機械嚙合程度。