Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe
各种塑料的等离子体活化

各种塑料的等离子体活化

评估使用环氧树脂胶粘剂的胶粘剂粘接的润湿性、表面形态和抗张强度

在Beta测试阶段,位于耶拿的INNOVENT e.V. Technologieentwicklung的Oliver Beier和Andreas Pfuch研究了使用piezobrush®PZ3和“标准”模块处理后各种塑料的等离子体活化。

各种塑料的等离子体活化 - 评估使用环氧树脂胶粘剂的胶粘剂粘接的润湿性、表面形态和抗张强度

为分析等离子体活化,不同的方法被采用。 对于研究中的所有三种材料,聚丙烯(PP),聚碳酸酯(PC)和聚四氟乙烯(PTFE),在以20 mm / s速度的一次处理后,改善的润湿性已经被证明。 此处使用的方法是测量水滴的接触角。在原子力显微镜(AFM)中Piezobrush®PZ3处理后的表面的增大粗糙度被确定。 在使用Piezobrush®PZ3处理后,改善的润湿性和表面的纳米粗糙化导致显著的改善PP和PTFE的粘合。使用3M的环氧胶粘剂DP460在PP和PTFE上的胶粘剂粘接的粘合试验表明了预先等离子体活化的样品与未处理的样品相比的抗张强度显著的增加。

评估使用环氧树脂胶粘剂的胶粘剂粘接的润湿性、表面形态和抗张强度

使用水接触测量评估润湿性

为了评估等离子体活化及其不同的参数设置的效果,将10滴体积为1 µl的蒸馏水沉积在每个样品上。 使用DataPhysics GmbH的接触角测量仪OCA 20测定它们与表面的接触角。 接触角越小,润湿性越高。 在所有样品上总共进行了六个不同的参数设置。 因此,最重要的参数是处理速度、等离子体模块与基材之间的距离以及处理的程数(P)。 在所有实验中,通过自动横移装置将速度设置为恒定的20 mm / s,选择的处理距离为2和4 mm,使用piezobrush®PZ3测试了一、二和四次行程。 在所有测试中,行程以3毫米的间隔经过表面。

图1-3显示,通过使用piezobrush®PZ3处理,所有三种塑料的润湿性增强了。 一次行程(1 P)已经达到了很好的结果,通过更多的程数(2和4 P)仅能略微地改善。

使用原子力显微镜测量表面粗糙度

表面形态的分析还表明,用piezobrush ®PZ3仅一次行程可改变塑料表面。 在这些测试中,模块和基材之间的距离为4 mm,速度为20 mm / s。 使用Asylum Research的原子力显微镜MFP3D,测量参考样品以及使用piezobrush®PZ3处理过的样品,并测定表面的粗糙度。随着程数的增加,粗糙度在nm范围内也增加,如图4至6所示。

塑料和钢之间用环氧胶的胶粘剂粘接的粘合测试

Plasmaaktivierung von PTFE mit dem piezobrush PZ3
Haftungsuntersuchungen eines Klebeverbunds zwischen Kunststoff und Stahl mit Epoxidklebstoff

在最后一系列与更多应用相关方面的试验中,三种塑料PP、PC和PTFE使用3M环氧粘合剂DP460与钢材连接。胶粘剂粘接不受力。以65°C固化2小时后,根据DIN EN ISO 4624测定抗张强度。为此,使用Hegewald和Peschke的测试系统Inspekt table 50 kN,对10个样品各自进行胶粘剂拉力试验。虽然等离子体处理过样品的抗张强度约为PC中的参考值(见图8),但对PP和PTFE都显示胶粘剂粘接的显著改善,甚至使用piezobrush®仅一次行程(见图7和图9)。

结果总结

使用piezobrush®PZ3对各种塑料PP、PC和PTFE的等离子活化的研究表明,即使以20 mm / s的速度单次行程过表面也产生显著且可再现性的润湿性改善。 另外,表面在nm范围内被粗糙化。 在用环氧树脂胶粘剂的粘合剂粘合的抗张强度的最终测试中,显然改善的润湿性和增加的粗糙度通常是必需的,但对于改善粘接不总是充分的标准。 尽管使用piezobrush®PZ3的预处理不显现任何改善PC和所选的环氧胶粘剂的抗张强度,但对于相应的接合PP和PTFE显现了改善。

总体而言,INNOVENT的beta测试人员证明了piezobrush®PZ3是一个显然结构化和直观的程序体系。此外,在“标准”和“近场”两个模块之间切换简单和安全。最后也重要的是,对于研究的等离子体参数有良好和均匀的处理结果。