射流等离子体放电气氛对木塑复合材料表面性质的影响

发布时间：2021-11-01 15:27

　　利用空气、氮气、氧气3种不同气氛的射流等离子体放电对聚乙烯木塑复合材料（PE-WPC）表面进行处理以改善其胶接性能,其中空气、氮气、氧气气氛处理后的试样分别记为PE-WPC-A、PE-WPC-N和PE-WPC-O。通过对剪切强度、表面接触角、表面形貌、表面官能团以及表面元素含量的测试与表征,研究了不同气氛射流等离子体处理对PE-WPC表面物理化学性质的影响。研究结果表明:射流等离子体处理可以通过改变PE-WPC的表面性质,进而大幅度提高材料的胶接剪切强度,由未处理样品的0.62 MPa提高到处理后试样的11.32～13.79 MPa。对于胶接性能来说,不同气氛的射流等离子体处理效果差别不大;而对于处理后材料表面的微观结构,不同气氛射流等离子体的处理效果存在差别,氮气气氛处理以表面化学改性为主,在材料表面引入更多的含氮基团;氧气气氛处理以表面氧化刻蚀为主,在材料表面引入更多含氧基团;空气气氛处理则是以上2种作用的综合体现。 

【文章来源】：生物质化学工程. 2020,54(05)北大核心

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【部分图文】：

木塑复合材料的表面形貌照片

为进一步明晰不同气氛射流等离子体处理对材料表面粗糙程度的影响,对纯聚乙烯材料表面进行了不同气氛的射流等离子体处理,其表面形貌见图2。由图可知,未处理的聚乙烯材料呈半透明状,表面存在不同程度的挤出划痕。相比于未处理试样,空气处理后,试样表面产生许多细小乳突,使得透明性变差,仅能观察到几条较深的挤出划痕;氮气处理后,聚乙烯表面出现密集褶皱,此时已无法观察到表面划痕;氧气气氛处理后,聚乙烯表面出现明显的坑凹缺陷,表面刻蚀最为严重。以上结果表明:射流等离子体处理的放电气氛对材料表面粗糙度影响较大,氧气气氛处理后的表面最为粗糙,其次为氮气,最后为空气,这是由放电气体中氧的存在使得等离子体化的气流具有更强的氧化刻蚀作用所致。2.3 红外光谱分析

从图3中的红外光谱曲线还可以看出,等离子体处理后的试样均出现了新的特征吸收峰:3345 cm-1可能是羟基、羧基以及NH伸缩振动特征峰缔合后的吸收峰[10-12];1592～1727 cm-1则包括 C = Ο 、HN— C = Ο 的伸缩振动以及N—H的弯曲振动吸收峰[13-14];1233～1371 cm-1为C—N的伸缩振动吸收峰[15]。此外,由于等离子体处理的氧化作用,1030 cm-1附近C—O的伸缩振动吸收峰也得到增强。由此说明经不同气氛射流等离子体处理都能在材料表面产生—OH、N—H和HN— C = Ο 、 C = Ο 等可以改善复合材料表面润湿性能和黏接性能的极性基团。对比发现,不同气氛的射流等离子体处理对木塑复合材料表面的改性效果存在着明显差异。其中氮气气氛等离子体处理在木塑复合材料表面引入基团的特征吸收峰强度更高,氧气气氛等离子体处理的刻蚀效果更为显著,空气气氛的处理效果在这两方面都弱于氮气和氧气气氛。值得注意的是,氧气气氛等离子体处理会在材料表面引入少量的含氮基团,氮气气氛等离子体处理也会在材料表面引入少量的含氧基团,这可能是由于材料等离子体放电处理是在空气环境下进行的缘故。2.4 XPS分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体放电气氛对WPC协同表面处理效果的影响[J]. 郭笑,姚子巍,高天元,李东,郝国夏,刘馨月,邸明伟.  化学与黏合. 2018(06)
[2]氮气射流等离子体处理时间对PE-WPC表面性质的影响[J]. 郭笑,邸明伟.  化学与黏合. 2018(04)
[3]多异氰酸酯表面处理对木塑复合材胶接耐水性的影响[J]. 赵婷玉,崔佳韦,包宇航,李昆仑,汪宇伟,邸明伟.  化学与黏合. 2017(03)
[4]等离子体处理工艺对聚乙烯木塑复合材料表面时效性的影响[J]. 李至仁,刘禹佳,胡蕊,石航,祁威,邸明伟.  化学与黏合. 2015(05)



本文编号：3470348