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基于機(jī)械互鎖理論、化學(xué)鍵理論,研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)基材表面改性可以改變材料結(jié)晶形態(tài)和表面形貌,增加基材表面粗糙度,增強(qiáng)涂層/基材界面的機(jī)械互鎖作用;改變表面的化學(xué)組成,增加材料表面極性、表面能,除去材料弱邊界層等,提高材料表面潤(rùn)濕性,增強(qiáng)涂層/基材間的化學(xué)鍵合以及分子間作用力,從而提高涂層的附著性能。

基材表面處理方式可以簡(jiǎn)單地分為機(jī)械處理、化學(xué)處理。常見(jiàn)的機(jī)械表面處理方式包括噴砂、打磨、磷化等。機(jī)械處理是針對(duì)基材表面進(jìn)行的一種破壞性的加工方式,使基材表面粗糙度增加,增強(qiáng)涂層與基材的機(jī)械互鎖作用,從而達(dá)到增加附著力的目的。

表面化學(xué)處理包括表面氧化法、表面接枝法、表面涂覆法等。其中表面氧化法主要包括:等離子體處理、酸氧化處理、火焰氧化處理等。

等離子體處理提高涂層附著力原理

等離子體可被描述為電離的氣體，是物質(zhì)的第四種狀態(tài)。形成等離子體的過(guò)程實(shí)際上是原子或者分子吸收能量電離的過(guò)程，氣態(tài)物質(zhì)吸收光能、熱能或電能后，電子或光子與中性原子或分子碰撞，外層軌道電子電離，形成數(shù)量相等的帶正電荷和負(fù)電荷的粒子，宏觀表現(xiàn)為電中性，因此被稱為等離子體。

等離子體處理主要是利用輝光放電、電暈放電等方式生成的等離子體處理基材表面,等離子體中的高活性粒子作用于基材表面,對(duì)基材表面產(chǎn)生刻蝕作用使基材表面形成自由基,活性粒子與自由基進(jìn)行復(fù)合,從而使基材表面引人新的官能團(tuán)或形成新的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

等離子體增強(qiáng)材料粘附性能的三種機(jī)制:等離子體處理導(dǎo)致材料表面能增加,促進(jìn)材料間的吸附作用;等離子體對(duì)材料表面的蝕刻作用促進(jìn)材料界面的機(jī)械互鎖效應(yīng)以及等離子體輻射材料表面產(chǎn)生的自由基與粘合劑之間的反應(yīng),產(chǎn)生化學(xué)鍵合增強(qiáng)材料間粘結(jié)強(qiáng)度。

表面的等離子體處理通常會(huì)誘導(dǎo)形成含氧官能團(tuán),從而增加表面潤(rùn)濕性并改善粘附性,誘導(dǎo)形成的C=O、-C-O-、-COO-、-OH、-COOH等官能團(tuán)中C=O的作用最顯著。

等離子體處理導(dǎo)致基材與涂層附著力增加的原因與等離子體處理增加粘結(jié)性相同,主要由于等離子體處理使材料表面引入極性基團(tuán),涂層能更好得潤(rùn)濕基材并與基材表面引入的極性官能團(tuán)形成的氫鍵連接,以及材料表面粗糙度增加,增強(qiáng)了涂層與基材之間的機(jī)械互鎖作用,從而提高基材與涂層附著力。