塑料表面處理方法

2022-07-26 16:56:33中山市微益塑膠制品有限公司

隨著塑料加工與改性技術(shù)不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)λ芰媳砻嫜b飾、材料保護(hù)、改善粘接等性能要求日益增多，但各種塑料材料結(jié)構(gòu)與組分不同，相應(yīng)的表面性能也有明顯差異。適應(yīng)不同應(yīng)用的各種表面處理技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)運而生。

適應(yīng)塑料表面處理的不同需要，已有多種處理技術(shù)開發(fā)出來。常用的技術(shù)有：溶劑清洗（脫脂）、電暈處理、短波紫外光輻射處理、砂紙?zhí)幚?、噴沙處理、等離子蝕刻、化學(xué)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。

表面處理方法的選用

由于大部分塑料的表面能低，許多處理方法，如裝飾、印刷、噴涂等都不能直接適用，而需要首先進(jìn)行表面處理。塑料與各種不同材料的粘接性是表面處理需要解決的一個關(guān)鍵問題。一般來說，塑料粘接性能與材料結(jié)構(gòu)及組分有關(guān)。

結(jié)構(gòu)影響

PP和PE等聚烯烴材料，表面能很低，通常只有30-34達(dá)因。要實現(xiàn)良好的粘接，一般要求表面能不低于40達(dá)因。粘接試驗表明，PE在等離子處理后粘接強(qiáng)度可提高10倍；經(jīng)過鉻酸處理后，粘接性能約可提高5倍。經(jīng)過同樣處理，PP在離子化處理后粘接強(qiáng)度約會提高200倍，而在鉻酸處理后則會提高600倍。

為什么鉻酸對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(jīng)過氧離子化或鉻酸處理后極易被羧基氧化。而且，即使只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(tuán)。可以看出，聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)是進(jìn)行表面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面處理方法的選用。例如氟聚合物及其共聚物的表面能比聚烯烴還低，典型范圍為18-26達(dá)因。對于高氟含量樹脂如PTFE，經(jīng)過環(huán)烷酸鈉蝕刻后粘接性能提高10倍，而經(jīng)過氧或氬等離子處理后只會提高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(jīng)等離子處理或環(huán)烷酸鈉處理后粘接性能增加都為10倍?？梢钥闯觯入x子處理更多與PE發(fā)生作用，而環(huán)烷酸鈉處理則更主要與氟樹脂發(fā)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。對于不同組分的共聚物，也需要根據(jù)材料的特點選擇相應(yīng)的處理方法。

選用技巧

不同的處理方法對不同聚合物結(jié)構(gòu)與組分各有影響，因此對表面處理方法的選擇也應(yīng)基于材料的結(jié)構(gòu)與組分進(jìn)行。

對于低表面能塑料（<35達(dá)因），主要靠經(jīng)驗選取。而高表面能塑料，由于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(jù)使用的便利性選取。

一般來說，塑料的表面能越低，需要的處理越多。但是，有些聚合物具有較低的表面能，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。而對于那些抗溶劑材料，如POM、PPO、PPS以及其他含有苯環(huán)的聚合物，通常需要表面氧化處理或打毛。對于粘接更困難的材料如聚胺和聚亞胺通常需要表面蝕刻處理才能粘接。

對于具有極性的塑料，如聚酯、環(huán)氧、聚氨酯、聚胺等，表面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(huán)氧極性最強(qiáng)，需在表面打毛后粘接。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(huán)氧進(jìn)行表面處理。聚胺是其中極性最小的一種，不需處理即可粘接。

對于實際的處理過程，通常還需要考慮加工的經(jīng)濟(jì)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(shù)，如加工時間、溫度、暴露程度、干燥條件等都需要仔細(xì)考慮。

在選擇處理方法時，需要綜合考慮相應(yīng)材料的化學(xué)特性、聚合物鏈段結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求。高可靠性的粘接通常需要更多的表面處理。

熱分子粘接加工技術(shù)

FTS公司是制造塑料噴涂前處理設(shè)備的專業(yè)公司。該公司開發(fā)出一種熱分子粘接加工技術(shù)（AtmaP），可有效改善材料的粘接性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，并具有良好的環(huán)境友好性。

AtmaP技術(shù)的實現(xiàn)，是通過采用Cirqual燃燒器實現(xiàn)的。AtmaP加工主要是在烯烴基塑料制件的表面嫁接一層化學(xué)偶聯(lián)劑改善粘接性能。Cirqual燃燒器提供的燃燒火焰是偶聯(lián)劑在塑件表面擴(kuò)散的唯一動力。該燃燒器為輕型鋁質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以快速進(jìn)行維護(hù)與操作，尤其適合自動處理使用。

該產(chǎn)品主要適用于需要進(jìn)行噴涂、粘接、裝飾、層合、印刷或需要用膠帶粘接材料的表面處理。據(jù)介紹，如今采用的其他類似工藝均無法達(dá)到AtmaP所能達(dá)到的效果。

光固化涂料應(yīng)用于汽車塑料件

許多汽車部件已采用工程塑料或者聚合物基復(fù)合材料，它們不僅僅需要涂料改善其表面性質(zhì)，有時還可以實現(xiàn)材料的性能改進(jìn)。汽車燈罩與反光鏡材料以塑料代替玻璃就得益于光固化涂料的處理技術(shù)。

聚碳酸酯具有易加工成型、重量輕和柔性強(qiáng)不易破碎等優(yōu)點，但它的表面強(qiáng)度不夠，不耐刻劃和刮擦而且耐候性差，易變黃。采用光固化涂料改善其表面性質(zhì)，不僅可大大節(jié)省涂裝時間而且涂層有很好的光學(xué)耐擦性能，并可滿足長期耐侯性要求。正是由于新技術(shù)的推進(jìn)，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制備，但要求必須有很高的反光性能。為了達(dá)到這一目的，塑料表面須經(jīng)三次紫外照射處理。首先塑料要經(jīng)過紫外照射使表面產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)增加表面張力，以利于光固化涂料的流平與附著；經(jīng)過涂布光固化清漆固化后，塑料表面變得平坦而易于金屬化；然后在真空沉積箱中完成金屬沉積。在塑料表面金屬化后還需要再涂布一層光固化涂料，以保護(hù)金屬反光層。

通過改性改進(jìn)表面性能

PP由于脆性大（特別是低溫脆性）、結(jié)晶度較高、分子極性小，與其他高分子（如塑料、橡膠）和無機(jī)填料的共混性及粘接力很差，限制了其在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。

通過固相接枝改性，現(xiàn)已開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，如伊士曼公司生產(chǎn)的氯化改性PP（MCPP）樹脂。采用固相接枝法對等規(guī)PP進(jìn)行改性得到MPP，對MPP進(jìn)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(kuò)展了PP的應(yīng)用范圍。氯化改性后的樹脂附著力強(qiáng)，粘接性能提高，易于與其他樹脂共混或粘合。

塑料薄膜的表面處理

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、難復(fù)合、易產(chǎn)生霧滴、易生成靜電等問題較為突出。在國內(nèi)，塑料薄膜表面處理較多采用電暈技術(shù)，但對許多大宗用途不適用。等離子體表面處理技術(shù)至今尚未有根本性突破，難以滿足大宗工業(yè)產(chǎn)品的表面改性需要。開發(fā)新的表面改性技術(shù)，對擴(kuò)大塑料薄膜的應(yīng)用市場具有重要意義。