2塑件表麵張力改變案例

塑件表麵張力改變是根據使用情況進行選擇。目前對低表麵能材料或工程塑料進行二次加工時，處理表麵以改變表麵張力特性，從而獲得較好地黏附力，通過表麵上噴底漆塗料、等離子處理、火焰處理等方法改變產品的表麵張力。

2.1真空鍍鋁噴底漆獲得好的鋁層附著力

真空鍍鋁是對塑料表麵二次加工方法之一，鍍鋁廣泛應用於車燈領域。車燈應用工程塑料有聚碳酸酯（PC）、改性聚丙烯（PP-T2）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯組成的三元共聚物（ABS）等。PC屬於極性高分子，表麵濕張力在46 mN/m，與鍍鋁層結合力很好，不做處理，即在基材上直接鍍鋁和保護膜。

PP-T20和ABS表麵張力都是較低，與鍍鋁層結合力較差，通過噴塗底漆獲得較好地表麵張力，提高附著力。如圖3(a)所示為ABS材料加工汽車後霧燈體，ABS表麵張力為34～38 mN/m，ABS是三元共聚物，內在的成分比例有些差異，表麵張力是個範圍值，可噴塗底漆（塗料低聚物環氧丙烯酸酯）改善ABS表麵張力。

圖3噴塗底漆鍍鋁件示意圖

真空鍍鋁附著力檢測是一項重要指標，依據GB/T 28786—2012《真空技術真空鍍膜層結合強度測量方法膠帶黏貼法》。附著力檢測是基本項目，用小刀在鍍鋁試驗麵刻劃100個間隔為1 mm的小方格，用3M膠帶緊牢地黏貼其麵，從垂直方向迅速撕開膠帶，觀察膠帶上有無剝落的金屬膜。目測無法觀察清楚時可用10倍顯微鏡觀察，無金屬鍍層剝落等不良現象為合格。ABS未經噴塗底漆，附著力檢測會有不同程度的金屬鍍層剝落等。PP-T20後燈燈體處理同ABS霧燈體方法相同，如圖3(b)所示。

2.2蓄電池槽電暈處理獲得好的油印黏附力

蓄電池塑殼起源20世紀80年代末。汽車幹荷起動型和免維護、少維護起動型蓄電池外殼由蓋子和槽子組成（下簡稱蓋或槽）用料是共聚級聚丙烯。PP耐熱性能好，長期耐溫100℃左右，具有優良的化學穩定性，耐酸堿和有機溶劑，電絕緣性能優良，製品不易變形。蓋與槽裝配連接用熱封黏接強度高。電池槽兩個正表麵要絲網印字，蓄電池生產廠家商標，規格，加液液麵線等需要讓用戶知道，如圖4所示。

圖4蓄電池槽印字與絲網油印示意圖

電池槽絲網印刷為塑料件二次加工，用於外觀裝飾。PP結晶度較高、表麵張力低的非極性分子材料，其表麵張力31～33 mN/m，印刷前應極性表麵處理改善油墨附著力。其方法機械法（噴砂及磨毛）；物理法（火焰、電暈、高能輻射）；化學法（表麵氧化、接枝、置換及交聯）等。針對電池槽特點，采用火焰或電暈處理提高表麵張力[20]。

火焰處理法是用強氧化焰使塑料表麵氧化的過程，用於提高PP印刷和黏接特性等。一般要求表麵張力值達到41 mN/m，PP材料本身表麵張力無法滿足，火焰處理後表麵張力達48 mN/m。火焰處理改變其表麵張力可提高工件後續絲印質量[21]。

火焰處理時高溫下塑料表麵大分子發生氧化反應產生極性基團，還對表麵分子聚集的結構形態產生影響，使水基覆蓋膜附著在塑料表麵上。一般用自製天然氣噴燈，形成溫度高達1 000～1 800℃的氧化火焰，來達到瞬間改變薄膜表麵性能的目的，在處理中火焰溫度、火焰與薄膜之間的距離和處理時間是影響處理效果的重要因素。火焰處理是人為操作，按一定軌跡火焰頭在電池槽表麵上20 cm距離處進行移動，使火焰的外延接觸塑料表麵瞬間達到1 000℃的高溫，電池槽處理後在30 min內完成絲印效果較好。

電暈處理（又稱電火花處理）是將高壓（2～100 Kv）、高頻（2～20 kHz）電施加於電極上，在兩電極間產生電暈放電，以產生大量的等離子氣體及臭氧，這些等離子氣體和臭氧與塑料表麵作用，達到改變表麵張力的目的。電池槽表麵經過電暈處理後，使表麵產生遊離基反應而使聚合物發生交聯.表麵變粗糙並增加其對極性溶劑的潤濕性，離子體由電擊和滲透進入被印體的表麵破壞其分子結構，將被處理的表麵分子氧化和極化，離子電擊侵蝕表麵，表麵由光滑變得粗糙並存在著大量細小的空隙。絲印油墨塗在電池槽表麵的空隙內，固化後被機械地鑲嵌在孔隙中，形成許多微小的機械聯接點，提高了油墨黏接力和絲印表麵附著能力。電池槽電暈處理表麵後張力顯著提高，但張力不穩定，放置時間增長表麵張力呈指數規律下降，應在處理後及時印字。

油墨是絲網印刷中重要的材料，電池槽絲網油墨是專用聚丙烯油墨，對電池槽表麵處理好再用油墨印刷。上世紀90年代中期，油墨廠家研製出免處理油墨，不需對電池槽表麵處理，隻需對電池槽用汽油對表麵進行擦拭（脫脂處理）達到絲印效果。

油墨與電池槽表麵附著力檢查方法參照國家GB/T9286—1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗，用小刀在試驗麵刻劃100個間隔為1 mm的小方格，切割劃透至底材麵，用黏附力350～400 g/cm2膠帶（可用3M Scotch膠帶），牢牢的黏住被測試的小方格，用手按住膠紙的另一端，以60°方向迅速拉下膠紙。切削邊緣刀口處平整，無油墨黏在膠紙上為合格，與鍍鋁百格試驗類同。也有根據需要不做百格，直接用3M膠帶試驗。

耐酸性是電池酸液流在絲印油墨上不發生溶解，檢查其附著力采用濕擦法，用電池酸液在絲印字表麵上進行濕擦，濕擦次數在20次以上印字有無變樣；還有在印字表麵塗覆酸液，放在40～50℃溫度烘箱裏烘10 min印字有無變樣。

2.3塑料件表麵處理獲得好的黏接力

塑料之間（含與其他材料）黏接是塑件二次加工中必不可少的環節。聚合物之間（含與非金屬或金屬之間）黏接等都存在聚合物基料與不同材料之間界麵黏接問題。黏接是不同材料界麵間接觸後相互作用的結果，靠分子間吸引力而黏接東西。被黏物與黏料的界麵張力、表麵自由能、界麵間反應等都影響黏接。黏接不同於塗層和印刷，是綜合性強，影響因素複雜的一類技術，目前行業界有吸附理論、化學鍵形成理論、弱界層理論、擴散理論、靜電理論、機械作用力理論等從各個層麵詮釋黏接原理。

為達到良好的黏接，吸附理論有兩個條件滿足。一是黏接劑要能很好的潤濕被黏物表麵；液體黏接劑向被黏表麵擴散，逐漸潤濕被黏物表麵並滲入表麵微孔中，由點接觸變成麵接觸。二是黏接劑與被黏物之間有較強的相互作用力；產生吸附作用形成次價鍵或主價鍵。從圖5中看出與圖2(a)同理，表麵張力大，潤濕能力差，表麵張力小，潤濕能力好。聚合物是表麵張力小容易浸潤黏合界麵附著力好，表麵張力大會讓膠水呈蠟滴狀圓球不擴散，溶劑膠水一般因溶劑在25～35 mN/m之間不需調張力夠小。

圖5表麵張力與潤濕性能關係示意圖（網圖，侵刪）

液態矽膠（又稱液體矽膠，簡稱LSR，Liquid Silicon Rubber）是相對固體高溫硫化矽橡膠來說其為液體膠。液態矽膠以聚有機矽氧烷線型高分子材料，添加某些成分，再按嚴格的工藝要求，加工製成具有一定抗拉撕強度的液體膠。液態矽膠具有較強的耐高低溫、耐酸堿、耐老化、耐氧化、高透明度、疏水性、柔軟性、透過性、生理惰性等特性，其更安全環保、可完全達到食品級的特點。廣泛用於電子，消費性產品，嬰幼兒用品（奶嘴），醫療用品及電子產品（按鍵）等。圖6所示。

圖6液態矽膠所做的產品示意圖（網圖，侵刪）

注射成型液體矽橡膠（LSR）全名為注射成型液體矽橡膠，硫化設備為矽膠注射機，與注塑不同。液體矽膠製品加工設備有射出機、壓料機。原料是水稠狀，分A、B兩組分。利用壓料機把A、B組分的原料按照合適比例混合均勻後壓到射出機的料筒裏混合，通過射嘴再把它壓進熱模具型腔成型。

智能穿戴產品中LSR與PA黏接較多，LSR的主鏈十分柔順，其分子間作用力比碳氫化合物要弱得多，比同分子量的碳氫化合物黏度低，表麵張力弱。PA屬於極性分子材料，其表麵張力為46 mN/m。LSR與PA黏接方法用矽膠黏接底塗劑是G790，它是反應性矽氧烷和矽烷在有機溶劑中的溶液。G790不含甲苯和其他芳香族溶劑。底漆組合物可以這樣或稀釋地應用於基材。在溶劑蒸發過程中，在環境溫度下暴露於大氣濕度時，形成一層堅硬的底漆膜，牢固地附著在基材上。在引物基板上應用矽橡膠和隨後的硫化將導致矽橡膠與基板之間的緊密結合，這種沒有膠黏劑的LSR與塑件黏接是靠底塗劑來實現。還有將尼龍表麵處理好，將矽膠黏接劑CL-24S-15用刷塗或浸漬法或噴塗法均勻的塗到尼龍待黏黏接麵，將塗CL-24S-15的尼龍經過110～130℃烘烤15～20 min，將未硫化矽膠與尼龍高溫壓鑄或熱空氣硫化黏接。上述底塗劑和黏接劑都有改變聚合物表麵張力作用，有較好地黏接力。

市場還有自黏接LSR，不需要使用底塗就能與多數基材有良好的黏接性[34]。這不僅解決了使用底塗的缺點，而且加大了LSR和其他素材的複合部件研發與生產。以往傳統工藝分別加工零件，兩者黏結麵塗上黏接劑後再組裝。使用自黏接LSR采用LSR-PA共成型加工，把先加LSR件放模內進行PA注塑，所有黏結問題得到解決[35]。自黏接LSR在汽車行業及其他領域得到廣泛應用。Wacker公司開發自黏接液體矽橡膠Elastosil LR347，其在極短時間內充分硫化，具有特別高的撕裂強度。即便不塗底層能與橡膠，塑料，金屬和玻璃都有極好的黏接性，是製作複合製品較理想的材料，已經用於食品接觸的家庭用品，嬰兒用品和衛生保健品等。

等離子法技術是利用等離子體高能轟擊、活化反應等物理化學方法，將汙染物從工件上剝離去除的一種工藝方法。起到表麵有機物除去，有機物除去後表麵活性化。用等離子法處理PP、PE、聚四氟乙烯等難黏接材料的黏接強度大大提高。經處理後接觸角降低，表麵張力改變，增加黏接劑對其浸潤和黏接力。如表1所示。等離子法處理需要投入處理設備，要根據實際需要選擇。

表1部分材料等離子處理前後對比表

檢查黏接材料與黏接是通過試驗方法檢測。試驗能測定膠黏劑本身強度，還能評價黏接技術、表麵清潔、表麵處理的有效性、膠層厚度和固化條件等問題。主要性能有拉伸、剪切、剝離、彎曲、衝擊和劈裂強度和耐久性、疲勞、耐環境性和傳導性等。拉伸試驗是負荷作用垂直於膠層平麵並通過黏接麵中心的試驗。ASTM D897黏接接頭拉伸強度測試方法是保留在ASTM中有關膠黏劑最古老的方法之一。拉伸試驗是評價膠黏劑最普通的試驗。拉伸試驗的優點是能得到最基本數據，拉伸應變、彈性模量和拉伸強度。

剪切應力是平行於黏接麵所產生的應力。所用的剪切試驗方法，除了ASTM D1002之外，還有ASTM D3163，它與ASTM D1002相比，構形幾乎相同，隻是厚度不同。該方法解決了膠黏劑易從邊緣擠出來的問題。ASTM D3165（層壓複合的膠黏劑們拉伸剪切強度測試方法）說明了如何製備試件來測定夾層結構的拉伸剪切強度。

剝離試驗用於測定柔韌性膠黏劑承受局部應力集中的能力。剝離力被認為是作用在一條線上，即是線受力。被黏物越柔軟，膠黏劑模量越高，則麵受力就越趨於線受力，應力就很大。膠黏劑的剝離強度與膠層厚度有關，隨著膠層厚度增加，膠黏劑因其彈性變形，而使黏接麵積增大，所以剝離強度相對也要高一些。ASTM D3167是測定膠黏劑浮輥剝離強度的試驗。ASTM D903是黏接接頭的剝離或撕裂強度的測定方法。

3結束語

聚合物的塗層、印刷、黏接等是塑料件二次加工必不可少的工藝，通過塗層、印刷、黏接等拓展塑料件應用範圍，給人們應用塑料帶來極大的方便，增加產品的美觀度。聚合物表麵張力與聚合物本身材質有著緊密的關係，通過測量表麵張力，對表麵張力不適的聚合物進行一係列的改進，達到改變其表麵張力，為塑料件二次加工服務。對二次加工後產品的檢測是重要環節，檢測目的則是驗證塗層、印刷、黏接的實際效果，也間接驗證表麵張力改變情況。目前聚合物表麵張力改變操作和檢測多數采用人工操作為主，隨著科技進步，期待有智能化操作或先進材料湧現，促進塗層、印刷、黏接的廣泛使用。