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浅析PTFE特氟龙板材的等离子表面活化
如果要选一种耐酸、耐碱、耐高低温、不容易老化的无毒塑胶，大家一定会想到有“塑料王”之称的PTFE特氟龙，也叫聚四氟乙烯。将其表面进行处理后，根据不同的使用场景选择相应的胶黏剂，可以把PTFE特氟龙和金属、陶瓷、玻璃、橡胶、水泥以及其他塑料粘接在一起，正因如此，在电子、化工、石油等工艺的反应釜、储液罐、化学容器、排气、烟道等衬里；印染纺织行业的防污、防腐、防粘的导辊；通用机械行业的滑动导轨贴面等都有广泛应用。PTFE特氟龙属于非极性聚合物，表面能很低，粘接前做表面活化预处理尤为重要；今天我们想和大家探讨的话题是PTFE特氟龙板材的等离子表面活化。
1 PTFE特氟龙的等离子表面活化的基本原理和处理过程
1-1 PTFE特氟龙等离子表面活化的基本原理：
PTFE特氟龙单体是由四个F原子对称地排列在两个C原子上，C原子之间为双键，不能自由转动。聚合以后的分子链主链上的碳原子间（C-C键）以及碳原子与氟原子之间（C-F键）的单键可以做有限的自由转动。C-C键的键长为1.54x10-10,C-F键的键长为1.41x10-10，这在常见的单键中是较短的，所以PTFE特氟龙分子内的结合牢固，很难和其他物质发生化学反应。等离子体是一种呈电中性的聚集体，内部成分多样而活泼，既有典型的电特性，又有鲜明的化学特性。当带有一定能量和化学特性的等离子体去与PTFE特氟龙表面发生物理粒子轰击和化学反应时，可以使PTFE特氟龙表面的C-F键断裂，同时引入一些极性基团填补F原子脱离的位置，形成可粘接的润湿表面。
1-2 PTFE特氟龙板材的等离子表面活化的处理过程
将需要处理的PTFE特氟龙板材放置在等离子表面处理设备的腔室内，打开真空泵抽真空到设定的压力值；然后通入各种工艺气体，开启等离子发生器，激发工艺气体形成离子体与PTFE特氟龙板材表面进行反应，反应过程生成的副产物由真空泵抽走，同时在表面聚合、接枝、沉积一层极性物质；待等离子处理完成之后，关闭等离子发生器，回冲压缩空气，打开腔室取出PTFE特氟龙板材。以下是PTFE特氟龙板材等离子活化前后接触角的变化：
PTFE特氟龙板材等离子活化前101.49°
PTFE特氟龙板材等离子活化后66°
2 PTFE特氟龙等离子表面活化设备的特点
板材类的PTFE特氟龙等离子活化设备有两种可选，水平式真空等离子表面处理设备和垂直式真空等离子表面处理设备。水平式一般都有多层托架，PTFE特氟龙板材放置在托架上方便取放；垂直式的是要有小的料车，把PTFE特氟龙板材挂起来处理，也很方便。
水平式的取放更容易，但是如果处理温度高了，会在材料上面留下网格印子；垂直式的则可以避免留下印子；但是这两种设备都有可能因为电极被遮挡，造成放电不佳。如何解决温控和放电的问题，是等离子表面处理设备的重点。
水平式真空等离子表面处理设备的电极结构
3 影响PTFE特氟龙等离子表面活化效果的工艺参数
3-1 放电功率、时间、温度之间的关系
相同时间内等离子发生器的放电功率越大，等离子轰击PTFE特氟龙表面能量越大，相对而言处理效果会越好；但处理时间过长，真空处理腔室内的电极和气体温度会很高，容易造成PTFE特氟龙板料变形。
3-2 工艺气体种类、气体比例、处理步骤之间的关系
不同的工艺气体种类、比例以及处理步骤的组合，对于PTFE特氟龙的表面活化效果大相径庭。有选择用N2、Ar、He等惰性气体处理，有选择CF4、O2等反应性气体的处理，实验成果不少，但真正产业化的并不多；说明气体的选配是难点。此处涉及到工艺秘密，不便展开。
3-3 真空度、气流量
决定真空度大小有三个因素：一个是真空泵本身能达到的极限真空度和抽速，一个是整个系统的泄漏量，再就是进气的流量。由于任何物质由固态或液态转化为气态都需要能量，所以气温越高，分子运动越活跃，越容易将气体和反应副产物抽出；同样进入的气体越少，真空度会越高，气体温度会越低。
另外，通过我们大量实验，纯PTFE特氟龙板材和不同填充物的PTFE特氟龙板材处理参数也是有区别，需要采用不同的解决方案。
1 PTFE特氟龙的等离子表面活化的基本原理和处理过程
1-1 PTFE特氟龙等离子表面活化的基本原理：
PTFE特氟龙单体是由四个F原子对称地排列在两个C原子上，C原子之间为双键，不能自由转动。聚合以后的分子链主链上的碳原子间（C-C键）以及碳原子与氟原子之间（C-F键）的单键可以做有限的自由转动。C-C键的键长为1.54x10-10,C-F键的键长为1.41x10-10，这在常见的单键中是较短的，所以PTFE特氟龙分子内的结合牢固，很难和其他物质发生化学反应。等离子体是一种呈电中性的聚集体，内部成分多样而活泼，既有典型的电特性，又有鲜明的化学特性。当带有一定能量和化学特性的等离子体去与PTFE特氟龙表面发生物理粒子轰击和化学反应时，可以使PTFE特氟龙表面的C-F键断裂，同时引入一些极性基团填补F原子脱离的位置，形成可粘接的润湿表面。
1-2 PTFE特氟龙板材的等离子表面活化的处理过程
将需要处理的PTFE特氟龙板材放置在等离子表面处理设备的腔室内，打开真空泵抽真空到设定的压力值；然后通入各种工艺气体，开启等离子发生器，激发工艺气体形成离子体与PTFE特氟龙板材表面进行反应，反应过程生成的副产物由真空泵抽走，同时在表面聚合、接枝、沉积一层极性物质；待等离子处理完成之后，关闭等离子发生器，回冲压缩空气，打开腔室取出PTFE特氟龙板材。以下是PTFE特氟龙板材等离子活化前后接触角的变化：
PTFE特氟龙板材等离子活化前101.49°
PTFE特氟龙板材等离子活化后66°
2 PTFE特氟龙等离子表面活化设备的特点
板材类的PTFE特氟龙等离子活化设备有两种可选，水平式真空等离子表面处理设备和垂直式真空等离子表面处理设备。水平式一般都有多层托架，PTFE特氟龙板材放置在托架上方便取放；垂直式的是要有小的料车，把PTFE特氟龙板材挂起来处理，也很方便。
水平式的取放更容易，但是如果处理温度高了，会在材料上面留下网格印子；垂直式的则可以避免留下印子；但是这两种设备都有可能因为电极被遮挡，造成放电不佳。如何解决温控和放电的问题，是等离子表面处理设备的重点。
水平式真空等离子表面处理设备的电极结构
3 影响PTFE特氟龙等离子表面活化效果的工艺参数
3-1 放电功率、时间、温度之间的关系
相同时间内等离子发生器的放电功率越大，等离子轰击PTFE特氟龙表面能量越大，相对而言处理效果会越好；但处理时间过长，真空处理腔室内的电极和气体温度会很高，容易造成PTFE特氟龙板料变形。
3-2 工艺气体种类、气体比例、处理步骤之间的关系
不同的工艺气体种类、比例以及处理步骤的组合，对于PTFE特氟龙的表面活化效果大相径庭。有选择用N2、Ar、He等惰性气体处理，有选择CF4、O2等反应性气体的处理，实验成果不少，但真正产业化的并不多；说明气体的选配是难点。此处涉及到工艺秘密，不便展开。
3-3 真空度、气流量
决定真空度大小有三个因素：一个是真空泵本身能达到的极限真空度和抽速，一个是整个系统的泄漏量，再就是进气的流量。由于任何物质由固态或液态转化为气态都需要能量，所以气温越高，分子运动越活跃，越容易将气体和反应副产物抽出；同样进入的气体越少，真空度会越高，气体温度会越低。
另外，通过我们大量实验，纯PTFE特氟龙板材和不同填充物的PTFE特氟龙板材处理参数也是有区别，需要采用不同的解决方案。
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下一篇：特氟龙材料特性及应用领域详解
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