论文摘要
氟橡胶以其广泛的优良性能成为现代工业尤其是高技术领域中不可缺少和替代的基础材料，广泛应用于国防、军工、航空航天、汽车、石油化工等诸多领域。但氟橡胶是低极性材料，表面能低，浸润性差。因此对氟橡胶进行表面功能化，提高表面能、表面亲水性成为研究热点之一。介质阻挡（DBD）等离子体技术是近年来发展较快的一门材料表面改性技术。本研究采用DBD技术对氟橡胶进行表面改性，结果表明将DBD技术运用到氟橡胶表面改性，对提高其表面性能是行之有效的。使用常压下空气介质阻挡（DBD）等离子体处理氟橡胶(F2311)表面，使之表面活化。通过扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察air-DBD等离子体处理前后橡胶试样的表面形貌，借助衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析处理前后F2311表面官能团变化，通过接触角和表面能的测定研究表面改性对F2311表面亲水性的影响，并通过T型剥离实验测定改性样品的粘结接性。结果表明，等离子体处理F2311表面的亲水性、化学成分、表面形貌和粘接性均发生变化。ATR-FTIR图谱说明等离子体处理后F2311表面生成C=O，-OH，O—C—O等极性含氧基团；XPS谱图表明等离子体处理后样品表面在289.3～289.8 eV出现新的Cls峰；样品表面形成褶皱，粗糙度增大；亲水性提高，与水的接触角由98.6°下降到32°，在实验范围内接触角随处理时间的延长而降低。经等离子体处理120s后氟橡胶和硅橡胶的粘接强度提高，剥离强度从3.3提高到6.0 N／cm。以接触角变化和表面能变化为依据，确定空气介质阻挡等离子体处理F2311的较佳工艺条件为放电功率40×2W、放电间隙2mm、处理时间120 sec。利用较佳的等离子体预处理条件对F2311进行表面预处理，随后进行液相接枝反应。结果表明F2311表面接枝丙烯酸／丙烯酰胺双单体的效果最好。进行液相接枝反应时，接枝反应的时间和温度对F2311表面润湿性有显著影响。接枝反应时间延长，接枝表面更加均匀，润湿性更好，在实验范围内确定液相接枝AA／AAm双单体的最佳接枝反应时间为2h；随着接枝温度的升高，接触角均呈现先减小后增大的趋势，最佳的接枝温度为50～60℃。利用一次等离子体处理条件（放电间隙2 mm，放电功率80W，处理时间120s）和二次等离子体处理条件（放电间隙4 mm，放电功率150W，处理时间60s）研究在F2311表面接枝丙烯酸和丙烯酸／丙烯酰胺双单体，结果表明丙烯酸／丙烯酰胺双单体的改性效果较好。二次等离子体处理的样品表面能的提高显著，等离子体二次处理60s样品表面能便可达到55.6 mN／m，从时间和原料耗费上看，二次等离子体比液相接枝改性更为高效。SEM和AFM照片显示，与等离子体预处理的样品相比，经过液相接枝和二次等离子体接枝处理的样品表面更加平整，粗糙度下降，Cls和Ols的XPS谱图和ATR-FTIR图谱均显示有新的基团产生，分析认为是丙烯酸类单体在F2311表面接枝、交联的结果。