[发明专利]具有高粘结性的低表面能高分子材料复合结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高粘结性低表面能高分子材料复合结构及其制备方法，复合结构包含低表面能高分子材料器件与设置在所述低表面能高分子材料器件表面的上述表面处理剂层。即在一个待粘结的低表面能高分子材料表面涂覆所述表面处理剂，加热后形成包括所述表面处理剂层的低表面能高分子材料，然后通过粘合剂将其与另一个待粘结的低表面高分子材料粘合。此法不涉及电晕或等离子体等特殊表面处理，对材料本身无伤害且处理后的表面可长时间放置；全过程不需溶剂，不涉高压，无毒无害、安全环保；反应物价格低廉、反应条件温和、易于重复与实现，通过该法实现的粘接强度可达直接使用普通环氧树脂的数倍。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种具有高粘结性的低表面能高分子材料复合结构及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE，Teflon)因其独特的分子结构而具有耐酸碱、耐高温、耐溶剂且表面能较低等优异性质；自1949年工业化生产以来，被广泛应用于化工、电器、机械、医疗等诸多领域，素有“塑料王”的美誉。

PTFE材料本身所具有的较高键能的C-F键与较大的原子半径差为其带来了优异的抗老化性与极佳的化学稳定性；但材料的工业加工成型过程，会在为其带来高结晶度与低表面能(即呈现出加工件“不粘”的特质)性质的同时，也会产生由于成型收缩率大而引起的二次加工困难。故而PTFE材料的粘接便成为多年来困扰工业界和科研界的难题。主要原因除了材料本身表面能很低(是目前表面能最小的几种固体材料之一)、表面浸润性差，从而使得胶黏剂在表面难以铺展外，还有其结晶度高、材料本身非极性，且粘接过程中存在较大的弱边界效应等原因。

为了克服以上困难，工业上传统处理PTFE材料的方式有：(1)“萘-钠溶液置换法”，通过破坏高健能C-F键，腐蚀掉材料表面的F原子，留下碳化层并引入活性基团从而实现粘接；该方法虽然改性效果好、粘结强度大，但会对材料表面很厚一层产生较大伤害，且长期暴露在阳光下粘接强度会大大下降。(2)“等离子体处理技术”，通过在CF₄、C₂F₆、NO、N₂、H₂或稀有气体等氛围中使用离子轰击或注入聚合物表面，使C-C键和C-F键均发生断裂，产生大量自由基，此时涂覆胶黏剂可实现较高强度粘结；该方法实现的粘结持续时间短、耐久性较差，处理后的表面放置数小时即失效，并且若处理时间过长，对材料本身的强度等亦会产生较大影响。(3)“激光辐射法”，通过Co-60的辐射，将苯乙烯、甲基丙烯酸酯等接枝在聚四氟乙烯表面，从而实现粘接，该方法耐久性亦存在欠缺，且辐射不够安全。

实验室里也存在一些通过其他方法来实现PTFE粘接的技术，Giani等分别以亚微米级的PTFE乳液和无皂乳液聚合的苯乙烯为种子和壳，制备聚四氟乙烯-聚苯乙烯核壳纳米颗粒，该法使PTFE实现了粘接的可能性，但反应涉及酸碱、高压等条件且制备条件较为精细，对反应过程的控制要求较为精准，很难大规模推广。对实验条件没有较高精准度要求的主要分为以下两类方法：添加发泡剂或无机颗粒来达到改善其表面粘接性的效果。王晓梅等利用碳酸氢盐、偶氮二甲酰胺等作为发泡剂加入到PTFE树脂粉末中，经过冷压、烧结等步骤使发泡剂分解释放出气体，形成微孔得到发泡PTFE，使其成为表面可粘的PTFE；但该方法需要从四氟乙烯单体制备起，对于已成型的聚四氟乙烯制品的粘接，依然无法解决其粘接问题。与之类似，比较多的另一类PTFE的改性方法还包括无机颗粒填充改性，以金属、金属氧化物、SiO2，或一些刚性纤维作为添加相加入到PTFE树脂粉末中再经过冷压、烧结等步骤改善其粘结性，其缺点与王晓梅等所做工作相似，皆难以实现已成型材料的粘接。中国专利CN201310577812.8公开了对于已成型材料的表面粘接性的改善，发明人通过将PTFE的一个表面加热到熔点以上，通过放卷机使PFA或FEP膜与PTFE的熔化面相复合，再通过自制压光机将其与玻璃纤维布热压形成PTFE复合板，实现PTFE的粘接；然而该方法需要借助较为复杂的器械，且仅能加工尺寸限定的平面板材，粘接强度也有限。此外，也有张文兵等人使用氟化丙烯酸酯乳液胶黏剂来粘接PTFE材料的，只是该胶黏剂毒性较大，粘接强度也差强人意。