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硅膠等離子表面處理機提高粘接性原理

Sep. 15, 2023

硅膠是一種典型的多孔無機吸附材料和載體,其分子式為:mSiO2·nH2O。因結構由Si-O四面體相互堆積形成硅膠的基本骨架,故其具有豐富的孔道結構及較大比表面積,且機械強度高,在合成應用及改性過程中物理性質穩定。化學式中的H2O主要以羥基(-OH)形式和硅原子相連形成硅羥基(Si-OH)而覆蓋于硅膠表面,是強吸附位點并易于修飾,使硅膠表面有很高的化學活性,利于改性,且硅膠除氫氟酸外不易受酸性溶液侵蝕,化學性質相當穩定。但非極性的硅膠表面由于沒有能發生反應的活性極性基團,導致其難以與其它材料進行有效粘接,成為粘接技術中的一個難題。因此,越來越多的科研人員對硅膠基體進行改性,在基體表面引入極性基團,從而改善硅膠表面的潤濕性能和粘接性能。

目前,硅膠通常通過表面涂刷處理劑的方式,增加硅膠表面的附著力,從而提高硅膠表面的粘合性,但是處理劑中含有苯、酮類易揮發性有機溶劑,對人體和環境危害很大;另外在產品制造過程中不方便將硅膠翻面,需要進入二次流水線進行產品的雙面處理,工作效率低下。

等離子處理技術能使硅膠表面產生活性基團,能夠快速、高效地改善硅膠表面親水性,具有效率高、效果顯著等優勢。等離子表面處理機不需要溶劑、對大氣環境也沒有有害影響,對形狀復雜的基材也能很好處理。

硅膠等離子表面處理機提高粘接性原理

等離子體,1879年首次用來描述除固體、液體、氣體三態外物質存在的第四種狀態,主要是分子、原子及其被電離后產生的正負電子所組成的氣態物質。高分子材料在經過等離子體改性后,材料表面會生成自由基團,這些基團繼續參加反應,能在表面導入各種官能團,從而改變材料表面疏親水性和表面張力,增強材料的黏結性以及生物相容性,如今大量應用在包括微電子工業、生物醫用材料、納米刻蝕等領域。

圖1-1為O2等離子體對硅膠表面改性的原理圖。由于氧氣或空氣氛圍的等離子體中含有大量的O+、O-、O2-、O3,臭氧離子,自由電子等粒子與硅膠表面發生很多不同類型的反應,包括物理或化學反應,從而在硅橡膠表面引入大量含氧極性基團,當極性基團與空氣接觸,在表面都會形成親水基團,改善表面親水性;并產生表面侵蝕,形成交聯結構層及刻蝕作用等。

硅膠等離子表面處理機提高粘接性原理

圖1-1 O2等離子體對硅膠表面改性的原理圖

綜上所述:成型的硅膠表面沒有活性的極性基團,因而難以粘接其它物質。通過等離子表面處理機通入氧氣并對硅膠表面放電,使其表面發生化學、物理反應,在表面產生親水的極性基團,能與其他物質相互作用,從而產生良好的粘接。

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