一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法与流程

本发明涉及表面处理工艺，具体为一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法。

背景技术：

1、聚四氟乙烯(ptfe)被誉为“塑料王”，因其具有摩擦系数小、优异的耐老化性能、极佳的化学稳定性、极小的吸水率、卓越的电绝缘性、宽广的使用温度、突出的表面不粘性和良好的自润滑性、极好的热稳定性等诸多优异的性能，广泛应用于航空航天、国防军备、石油化工、电子电器、交通运输、机械、能源、建筑、纺织、食品、医药等众多领域，已成为现代科学技术军工和民用中解决许多关键技术和提高生产技术水平不可或缺的材料，在实际应用中，多采用ptfe与多种材料复合的方式，但由于ptfe表面能极低，表面湿润性能差，几乎所有粘接物都不能粘附在它的表面，致使pefe的应用受到限制，为此，亟待解决其表面问题，提高其表面活性，增强ptfe与其它材料的界面亲和性，实现其多元化应用。

2、在改进ptfe粘结性方面，已使用的处理方法主要包括：钠-萘络合物化学改性法、高温熔融法、准分子激光处理法、等离子体改性法、高能辐射接枝改性法等，但这些方法都具有相应的缺点，钠-萘络合物处理后的ptfe表面明显变暗、变黑，影响材料外观，处理后ptfe在高温时表面电阻率下降，长期暴露在阳光下，材料粘接性能会严重降低，而且处理过程会产生大量的有害废液，既严重污染环境，又增加企业的处理成本，不符合当前环保政策，高温熔融法优点是耐候性、耐湿热性比其他方法显著，适于长期户外使用，不足之处是在高温烧结时ptfe放出一种有毒物质，而且ptfe膜形状不易保持，准分子激光处理法的优点是改性后ptfe表面的耐久性较好，可以根据需要对ptfe表面进行选择性改性，避免了化学改性法的盲目性，具有良好的实用价值，但是该方法对所使用的激光源要求比较苛刻，需要满足激光束的振荡波长必须能够被ptfe所吸收，激光束的光子能量必须大于ptfe中的c-f键能等条件，等离子体改性法存在处理设备价格昂贵、处理后效果维持时间不长久等不足，高能辐射接枝改性法的主要优点是操作简便、清洁和快速，接枝率易于控制，无需引发剂和催化剂等，主要缺点是聚四氟乙烯是一种典型的辐射降解型聚合物，耐辐射性能较差，受高能辐射后易引起降解。

3、改性后的ptfe表面会失去光滑感，ptfe基体在辐射接枝的同时会受引发降解，致使其力学性能均明显下降，因此，开发一种高效、环保、廉价、处理效果稳定、不破坏材料本体性能的ptfe表面改性工艺，是提高ptfe性能的重要挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，具有高效、环保、廉价、处理效果稳定、不破坏材料本身性能的ptfe表面处理方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，包括如下步骤：

4、1)对ptfe材料表面进行电晕处理，得到半成品a；

5、2)在半成品a表面涂覆接枝溶液，所述接枝溶液包含至少一种极性乙烯基单体，得到半成品b；

6、3)在半成品b表面覆盖隔离层，然后在惰性气氛中进行低能电子束辐照，得到半成品c；

7、4)去除半成品c表面的隔离层，使用去离子水洗去残留的极性乙烯基单体，烘干。

8、优选的，步骤1)中，电晕处理功率为2kw～4kw，处理时长2～10s。

9、优选的，步骤2)中，按质量比计，所述接枝溶液包含30％～50％的极性乙烯基单体、2～5％的增粘剂、0.2～2％的润湿剂、余量为水。

10、优选的，步骤3)中，所述隔离层包括聚酯薄膜、聚酰胺薄膜中的任意一种，所述隔离层的厚度为5～20μm。

11、优选的，步骤3)中，低能电子束辐照的剂量为5～30kgy。

12、优选的，步骤4)中，去离子水的温度为50～80℃，烘干温度为100～120℃。

13、优选的，所述极性乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、乙康酸、苯乙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、烯丙基磺酸、烯丙基磺酸盐、丙烯氰、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮。

14、优选的，所述增粘剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯、羧甲基纤维素钠中的一种或几种；所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、烷基苯磺酸盐中的一种或几种。

15、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

16、(1)本发明采用低能电子束共辐射接枝方法，保持聚四氟乙烯与极性乙烯基单体接触的同时进行电子束，使辐射产生的自由基一经生成即可引发接枝反应，电子束辐射的能量范围在80～160kev之间，其对聚四氟乙烯材料的辐射降解作用仅限于表面，对于保护基体材料的机械强度十分有利；相对于现有的预辐射接枝技术，射线利用率更高，所需剂量低，避免导致材料发生降解，对材料的力学性能影响远小于高能辐射接枝改性法；

17、(2)由于辐照过程中聚四氟乙烯与极性乙烯基单体保持接触，会使接枝链上发生进一步的接枝反应，并使接枝链与被接枝聚合物分子之间发生交联，可提高接枝率以及粘接性能；

18、(3)在接枝前进行了电晕处理，利用高频率高电压在被处理的聚合物表面电晕放电，从而产生低温等离子体，并通过电击和渗透进入聚合物的表面破坏其分子结构，进而将被处理的表面分子氧化和极化，增加表面对极性溶剂的润湿性及表面附着力可使聚四氟乙烯表面产生更强的附着性；

19、(4)通过在聚四氟乙烯表面覆盖隔离层，可尽可能减小或消除氧气的阻聚作用。

技术特征：

1.一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，步骤1)中，电晕处理功率为2kw～4kw，处理时长2～10s。

3.根据权利要求1所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，步骤2)中，按质量比计，所述接枝溶液包含30％～50％的极性乙烯基单体、2～5％的增粘剂、0.2～2％的润湿剂、余量为水。

4.根据权利要求1所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，步骤3)中，所述隔离层包括聚酯薄膜、聚酰胺薄膜中的任意一种，所述隔离层的厚度为5～20μm。

5.根据权利要求1所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，步骤3)中，低能电子束辐照的能量范围为80～160kev，剂量为5～30kgy。

6.根据权利要求1所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，步骤4)中，去离子水的温度为50～80℃，烘干温度为100～120℃。

7.根据权利要求2或3所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，所述极性乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、乙康酸、苯乙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、烯丙基磺酸、烯丙基磺酸盐、丙烯氰、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮。

8.根据权利要求3所述的一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，其特征在于，所述增粘剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯、羧甲基纤维素钠中的一种或几种；所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、烷基苯磺酸盐中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种增强聚四氟乙烯材料表面粘结性能的方法，涉及表面处理工艺技术领域，包括如下步骤：对PTFE材料表面进行电晕处理，得到半成品A；在半成品A表面涂覆接枝溶液，所述接枝溶液包含至少一种极性乙烯基单体，得到半成品B；在半成品B表面覆盖隔离层，然后在惰性气氛中进行低能电子束辐照，得到半成品C；去除半成品C表面的隔离层，使用去离子水洗去残留的极性乙烯基单体，烘干。本方法用于改善聚四氟乙烯的膜材或板材的表面粘接性能，具有高效、环保、廉价、处理效果稳定、不破坏材料本体性能的优点，可解决现有的高能辐射接枝改性法导致聚四氟乙烯材料使用性能下降的问题。

技术研发人员：束兴娟,赵康,崔国士,樊茹
受保护的技术使用者：河南科高辐射化工科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15