等離子體改變氟橡膠化學(xué)熱穩(wěn)定絕緣性使材料提升利用空間

Ar等離子體對(duì)氟橡膠F2311表面的改性氟橡膠F2311(偏氟乙烯與三氟氯乙烯11的共聚物)在化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性絕緣性等方面性能十分優(yōu)異，應(yīng)用非常廣泛。但F2311表面高度憎水，本身不含極性基團(tuán)，表面呈惰性，所以很難對(duì)其進(jìn)行粘接等加工，妨礙了F2311在許多方面的應(yīng)用。

為了提高表面的浸潤(rùn)和粘附性，需要對(duì)其進(jìn)行表面活性處理。其中低溫等離子體表面改性方法具有多種優(yōu)點(diǎn)，一直受到人們的重視。利用低溫等離子體方法對(duì)聚四氟乙烯(PIFE)進(jìn)行表面親水改性，研究取得了許多新的進(jìn)展。氬氣低溫等離子體對(duì)F2311進(jìn)行表面改性，測(cè)試水在材料表面的接觸角，研究了處理后的F2311的表面潤(rùn)濕性、表面結(jié)構(gòu)和表面動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

F2311膜表面經(jīng)Ar等離子體處理后，與水的接觸角明顯降低，表明表面極性增加。處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)對(duì)表面親水性影響不大，表明Ar等離子體短時(shí)間處理即可有效改善氟橡膠F2311的表面潤(rùn)濕性。在纖維高聚物表面引入含氧或含氮極性基團(tuán)，可在界面垂直方向產(chǎn)生特殊作用力，這種效應(yīng)能改善高聚物的可潤(rùn)濕性。未處理F2311表面只有碳、氟、氯及極少量的氧，Ar等離子體處理后的F2311表面上有碳氧、氟、氯，同時(shí)出現(xiàn)了少量的氮。等離子體處理使F2311表面的F/C迅速降低，F(xiàn)/C由處理前的0.65降至0.31，同時(shí)表面的含氧量大大提高，這是使F2311 表面親水性得到改善的主要原因。



但對(duì)照處理后各樣品的接觸角與O/C發(fā)現(xiàn)，接觸角與O/C之間沒(méi)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是由于在不同處理?xiàng)l件下，表面形成的含氧基團(tuán)種類不同，其對(duì)親水性的影響也會(huì)不同。經(jīng)Ar等離子體處理過(guò)的樣品Cs的高能端峰下降，低能端峰上升，且整個(gè)Cls峰能譜變寬，說(shuō)明處理后產(chǎn)生了新的基團(tuán)，曲線擬合的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，這些可能的基團(tuán)主要有C-O,C-OH,CO,O-CO ，CF-O等含氧基團(tuán)。F2311經(jīng)Ar等離子體處理后表面的含氧基團(tuán)顯著增加；Ar等離子體處理也能引進(jìn)含氮基團(tuán)。由于Ar等離子體處理本底真空中還存在少量氧氣和氮?dú)狻Ａ硗庖部赡苁怯捎贔2311經(jīng)Ar等離子體處理后表面產(chǎn)生很多自由基，進(jìn)入空氣中后，這些不穩(wěn)定的自由基與空氣中的氧氮相結(jié)合。

可見(jiàn)，Ar等離子體處理F2311的機(jī)理是在F2311表面形成了由碳、氧和氮組成的覆蓋層，使表面O/C升高，表面親水性得到改善。覆蓋層是通過(guò)等離子體聚合形成的。等離子體聚合與高分子聚合不同，是有機(jī)物蒸汽在等離子體條件下發(fā)生的一種特殊的過(guò)程，形成的產(chǎn)物具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其組成與氣氛種類反應(yīng)條件有關(guān)。接觸角的變化反映了聚合物表面基團(tuán)的時(shí)效變化。處理后放置不同時(shí)間，氟橡膠F2311與水的接觸角測(cè)試結(jié)果，處理一星期后接觸角仍然有明顯地下降，表明其表面產(chǎn)生的自由基活性保持的時(shí)間較長(zhǎng)。但在其后的時(shí)間內(nèi)親水性隨時(shí)間呈緩慢變化的趨勢(shì)，說(shuō)明改性表面的鏈段和基團(tuán)比較穩(wěn)定，遷移或翻轉(zhuǎn)很小，界面處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

利用Ar等離子體處理能達(dá)到較好的穩(wěn)定性， 即表面動(dòng)力學(xué)性質(zhì)較好。其原因在于等離子體聚合形成的覆蓋層具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，能阻礙表面親水基團(tuán)向體相內(nèi)部的遷移，保持表面性質(zhì)的穩(wěn)定。這對(duì)等離子體表面改性研究是很重要的。