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技术交流

等离子粘接表面的粗糙强度

发布时间:2021-3-17 8:43:37 | 信息来源:
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等离子粘接影响设备强度的物理因素

1.
表面粗糙度:

   
当胶粘剂良好地浸润被粘材料表面时(接触角θ<90°),表面的粗糙化有利于提高胶粘剂液体对表面的浸润程度,增加胶粘剂与被粘材料的接触点密度,从而有利于提高粘接强度。反之,当胶粘剂对被粘材料浸润不良时(θ>90°),表面的粗糙化就不利于粘接强度的提高。

2.
表面处理:

   
粘接前的表面处理是粘接成功的关键,其目的是能获得牢固耐久的接头。由于被粘材料存在氧化层(如锈蚀)、镀铬层、磷化层、脱模剂等形成的“弱边界层”,被粘物的表面处理将影响粘接强度。例如,聚乙烯表面可用热铬酸氧化处理而改善粘接强度,加热到70-80时处理1-5分钟,就会得到良好的可粘接表面,这种方法适用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用铬酸处理时,只能在常温下进行。如在上述温度下进行,则薄膜的表面处理,采用等离子或微火焰处理。

对天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶表面用浓硫酸处理时,希翼橡胶表面轻度氧化,故在涂酸后较短的时间,就要将硫酸彻底洗掉。过度的氧化反而在橡胶表面留下更多的脆弱结构,不利于粘接。

   
对硫化橡胶表面局部粘接时,表面处理除去脱膜剂,不宜采用大量溶剂洗涤,以免不脱膜剂扩散到处理面上妨碍粘接。

铝及铝合金的表面处理,希翼铝表面生成氧化铝结晶,而自然氧化的铝表面是十分不规则的、相当疏松的氧化铝层,不利于粘接。所以,需要除去自然氧化铝层。但过度的氧化会在粘接接头中留下薄弱层。

3.
渗透:

   
已粘接的接头,受环境气氛的作用,常常被渗进一些其他低分子。例如,接头在潮湿环境或水下,水分子渗透入胶层;聚合物胶层在有机溶剂中,溶剂分子渗透入聚合物中。低分子的透入首先使胶层变形,然后进入胶层与被粘物界面。使胶层强度降低,从而导致粘接的破坏。

   
渗透不仅从胶层边沿开始,对于多孔性被粘物,低分子物还可以从被粘物的空隙、毛细管或裂缝中渗透到被粘物中,进而侵入到界面上,使接头出现缺陷乃至破坏。渗透不仅会导致接头的物理性能下降,而且由于低分子物的渗透使界面发生化学变化,生成不利于粘接的锈蚀区,使粘接完全失效。

4.
迁移:

   
含有增塑剂被粘材料,由于这些小分子物与聚合物大分子的相容性较差,容易从聚合物表层或界面上迁移出来。迁移出的小分子若聚集在界面上就会妨碍胶粘剂与被粘材料的粘接,造成粘接失效。

5.
压力:

   
在粘接时,向粘接面施以压力,使胶粘剂更容易充满被粘体表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛细管中,减少粘接缺陷。对于粘度较小的胶粘剂,加压时会过度地流淌,造成缺胶。因此,应待粘度较大时再施加压力,也促使被粘体表面上的气体逸出,减少粘接区的气孔。

   
对于较稠的或固体的胶粘剂,在粘接时施加压力是必不可少的手段。在这种情况下,常常需要适当地升高温度,以降低胶粘剂的稠度或使胶粘剂液化。例如,绝缘层压板的制造、飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行。

为了获得较高的粘接强度,对不同的胶粘剂应考虑施以不同的压力。一般对固体或高粘度的胶粘剂施高的压力,而对低粘度的胶粘剂施低的压力。

6.
胶层厚度:

   
较厚的胶层易产生气泡、缺陷和早期断裂,因此应使胶层尽可能薄一些,以获得较高的粘接强度。另外,厚胶层在受热后的热膨胀在界面区所造成的热应力也较大,更容易引起接头破坏。

7.
负荷应力:

   
在实际的接头上作用的应力是复杂的,包括剪切应力、剥离应力和交变应力。

  
1) 切应力:由于偏心的张力作用,在粘接端头出现应力集中,除剪切力外,还存在着与界面方向一致的拉伸力和与界面方向垂直的撕裂力。此时,接头在剪切应力作用下,被粘物的厚度越大,接头的强度则越大。

  
2) 剥离应力:被粘物为软质材料时,将发生剥离应力的作用。这时,在界面上有拉伸应力和剪切应力作用,力集中于胶粘剂与被粘物的粘接界面上,因此接头很容易破坏。由于剥离应力的破坏性很大,在设计时尽量避免采用会产生剥离应力的接头方式。电晕机表面处理和等离子表面处理的不同点:

1.
等离子表面处理除了辉光放电外,还包括电伏放电,所产生的能量更强,能达到52达因以上的附着力,而电晕机一般只能达到32-36达因的附着力。

2.
电晕机能处理宽幅并且附着力要求不是很高的材料,比如布匹,薄膜、塑料膜一类的东西。而等离子表面处理一般单喷头处理的宽度仅为50mm,需要通过多个喷头的组合能实现宽幅的处理。处理宽幅的时候成本会更高,但是处理效果好。等离子体表面处理与常规处理的对比




等离子体表面处理
通过放电装置将电离的等离子体中的电子或离子打到承印物表面,一方面,可以打开材料的长分子链,出现高能基团;另一方面,经打击使薄膜表面出现细小的针孔,同时还可使表面杂质离解、重解。电离时放出的臭氧有强氧化性,附着的杂质被氧化而除去,使承印物表面自由能提高,达到改善印刷性能的目的


电晕处理
利用高频(中频)高压电源,在放电刀架和刀片的间隙产生一种电晕释放现象,用这种方法对塑料薄膜在印刷前进行表面处理,叫电晕处理,也称电子冲击或电火花处理。其处理作用为:通过放电,使两极之间的氧气电离,产生臭氧,臭氧是一种强氧化剂,可以马上氧化塑料薄膜的表面分子,使其由非极性转化为极性,表面张力得到提高。电子冲击后,使薄膜表面产生微凹密集孔穴,使塑料表面粗化,增大表面活性。




化学处理法
印刷前利用氧化剂对PPPE塑料薄膜的表面进行处理,使其表面生成羟基、羰基等极性集团,同时得到一定程度的粗化,以提高油墨与塑料薄膜的表面结合牢度。
化学处理法是应用较早的一种表面处理法,对于印刷,复合前薄膜的表面处理效果好,使用简便、经济,但需较长的处理时间影响了生产效率。并且处理液一般都具有化学侵蚀性,造成环境污染及对人体的危害,目前较少采用这种工艺,一般只在不便使用其他处理方法的情况下才采用这种表面处理工艺


光化学处理法
一般是利用紫外线照射高聚物表面,使其引起化学变化,达到改善表面张力,提高润湿性和粘合性的目的。和电晕处理一样,紫外线照射也能使高聚物表面发生裂解、交联和氧化。
要想得到较好的光化学处理效果,必须选择适当波长的紫外线,例如用波长为184mm的紫外线照射聚乙烯表面,能使其表面发生交联,但如改用2537A的波长则难有相同的效果。




火焰处理法
适用于小型塑料容器的表面处理,其目的在于用高温使表面去污,并溶化膜层表面,提高表面粘附油墨的性能。
聚烯烃经火焰处理后形成了极性基团,润湿性得以改善,而粘接性的改善则由于极性基团改善了润湿性以及产生断链而相对改善。
火焰处理效果较好,无污染,成本低廉,但操作要求严格,如不小心会导致产品变形,使成品报废。目前主要应用于较厚的塑料制品的表面处理。


防静电处理
塑料薄膜印刷中的静电会给操作带来一系列难题,直接影响印品的产量和质量。例如,在印刷小包装塑料薄膜时,由于静电粘连,薄膜间处于缺氧状态,会阻碍塑料印墨层固化的过程,若遇高温高湿环境,更易形成墨层粘连,轻则使印刷墨色移染,增加印刷、分切、整理等工序的难度,重则薄膜互相粘连,撕不开,造成印品报废。另外制袋后的储运、存放过程中也会不断放电,既影响热封又影响袋内实物与空间层次的透明度。在印刷大幅面薄膜时,因为生成的静电多,在机速高、树脂中未掺有抗静电剂的情况下,很可能引起火灾或爆炸事故。
塑料薄膜的静电形成是由于PEPP具有优良的介电性能、电阻高、导电性差,薄膜在挤出收卷过程中因摩擦而产生静电,在印刷过程中使静电进一步产生和积累,并不易释放,使薄膜表面聚积大量的静电荷。印刷薄膜收卷后,薄膜与薄膜之间紧紧地卷在一起,使电荷不利于排斥而利于吸引,造成粘合。

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