一种增强聚四氟乙烯材料表面粘接性能的两步等离子体处理方法

1.本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种增强聚四氟乙烯材料表面粘接性能的两步等离子体处理方法。


背景技术：

2.随着通信网络不断迭代，信号高频化已然成为通信行业的必然趋势，而5g网络更是高频通信的典型代表。而目前传统的通信材料很难达到高频通信的要求。从技术角度来看，电子材料需具备精准且稳定的介电常数和更小的介质损耗，才能有效解决信号传输损耗的问题。聚四氟乙烯(ptfe)作为介电常数较低的高分子材料之一，信号在该材料中传输的完整性也优于其他材料，是5g基站建设材料的不二选择。除此之外，ptfe作为一种仅含有碳氟的聚合物，不仅具有介电性能好的优点，还有耐高温、耐磨损、耐强酸强碱且不溶于有机溶剂等优良性质，因此，也被广泛应用于医疗、航天航空、电子等行业。然而，这种材料是由cf2单体聚合而成，其以碳链为骨架，周围被一层致密的氟原子层覆盖，这种分子结构导致了该材料的亲水性和粘接性能都非常差，使得ptfe与其他材料无法很好的粘合在一起，这也成为了ptfe投入实际应用的难点之一。
3.目前，人们通常采用钠-萘络合物化学处理法对ptfe材料进行处理，通过使用萘钠溶液腐蚀ptfe表面，改变其化学结构，从而改善了其表面的亲水性和粘接性能。但这种方式也存在着许多的不足之处：第一、四氢呋喃等腐蚀液不仅对工作人员的身体造成伤害，其废液对环境也会造成巨大的污染；第二、单面处理较为困难，通常只能双面处理；第三、会使得ptfe表面着色。此外，近年来有研究通过等离子体技术对聚四氟乙烯材料进行表面处理，通过相对高能量的等离子体破坏ptfe表面的c-f键，同时在表面产生较大的比表面积，从而提高ptfe的粘接性能，但目前通过该方法处理的ptfe的粘接强度不足，且ptfe表面的粘接性随着与空气接触时间的延长而大幅度降低。为进一步提高等离子体处理后的ptfe的粘接性能，专利cn112980039a公开了一种高粘接性能聚四氟乙烯薄膜及其制备方法和应用，将聚合单体通过水热自聚合的方式接枝到等离子体处理后的ptfe表面上，但在该方法中等离子体处理后的ptfe与空气接触后易造成表面钝化，严重影响聚合物改性层与ptfe的作用力，且上述方法存在性能难以把控、效率低等问题，因此不具备工业实用价值。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种增强聚四氟乙烯材料表面粘接性能的两步等离子体处理方法。
5.为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种增强聚四氟乙烯材料表面粘接性能的两步等离子体处理方法，包括以下步骤：
7.s1：采用第一等离子体对聚四氟乙烯表面进行处理，所述第一等离子体的放电气
体为氩气或包含氩气的混合气体；
8.s2：采用第二等离子体轰击步骤(1)表面处理后的聚四氟乙烯材料表面，在聚四氟乙烯表面形成碳氮交联层，得到具有高粘接性能的聚四氟乙烯表面，所述第二等离子体的放电气体为氩气、甲烷和氨气的混合气体。
9.进一步地，s1中，所述包含氩气的混合气体为氩气和氢气的混合气体。
10.本发明第一步等离子体处理主要作用在于破坏表面稳定的碳氟结构，同时粗糙化ptfe的表面以增大比表面积，使得后续碳氮交联层能与ptfe表面连接的更紧密。
11.进一步地，s1中，所述第一等离子体的离子能量为100-600ev，表面处理的时间为1-10min。
12.进一步地，s2中，所述放电气体中的甲烷和氨气的总流量占比为1-30％。
13.进一步地，s2中，所述放电气体中的甲烷与氨气的流量比为1:0.2～5。
14.进一步地，所述放电气体中的甲烷与氨气的流量比优选为3:1。
15.进一步地，s2中，所述第二等离子体的离子能量为100-600ev，表面处理的时间为1-10min。
16.进一步地，s2中，所述碳氮交联层的厚度为1-20nm。
17.通过等离子体化学反应在第一步等离子体处理后的ptfe表面形成贫氟表面，并且通过强离子轰击作用，使表面粗糙化或形成比表面积较大的表面；第二步等离子体处理后，在ptfe表面形成纳米级碳氮薄层，另外，第二步等离子体中的离子能量的轰击，也使得碳氮交联层与ptfe之间形成强键合力，由于碳氮交联层的结构稳定且具有丰富的交联结构，使处理的ptfe在空气中长时间存放仍保持良好的亲水性能以及维持极强的粘接性能；但碳氮交联层不宜过厚，长时间的第二步等离子体处理ptfe表面获得过厚的碳氮交联层会影响其与ptfe的结合力，因此碳氮交联层的厚度需控制在合适的区间内，即1-20nm。
18.进一步地，所述等离子体为容性耦合等离子体或感应耦合等离子体。
19.进一步地，上述两步等离子处理通过切换放电气体连续进行。
20.本发明通过切换放电气体实现两步等离子处理的无缝衔接，无需将ptfe样品移出腔体，因此避免了ptfe材料取出与空气接触而造成表面钝化乃至老化的问题，连续的操作有利于增强碳氮交联层与ptfe的结合力。
21.本发明的有益效果在于：
22.1.本发明通过两步等离子体处理的方法对ptfe表面进行改性处理，解决了ptfe粘接强度不够的问题；其中，第一步等离子体处理使ptfe表面脱氟同时增大ptfe的比表面积，然后通过简单的切换放电气体实现第二步等离子体处理，通过等离子体化学反应在ptfe表面交联形成碳氮交联层，该碳氮交联层结构稳定，不存在时效性问题，并且交联层的存在一方面有效的抑制了材料表面原子的重排现象，另一方面也阻隔了内层ptfe与空气的直接接触，避免与空气发生反应；经本发明所述两步等离子体处理后的ptfe在空气中存放三个月，其表面始终维持良好的亲水性能，且由于ptfe表面的碳氮交联层具有丰富的交联结构，大大提高了ptfe与胶黏剂的粘接性能，高达77n/10mm，远超过钠萘溶液方法处理的工业标准材料粘接性能指标(50n/10mm)。
23.2.本发明的两步等离子处理方法简便易行、工艺可控，且不存在现有技术中等离子体处理时效性的问题，具有工业实用价值，且处理后的ptfe具有优异的粘接性能同时不
影响其本身的强度、介电常数等性能，可被广泛应用于医疗、航天航空、电子等行业。
附图说明
24.图1为一种处理ptfe材料表面的容性耦合等离子体装置示意图；
25.图2为一种处理ptfe材料表面的感性耦合等离子体装置示意图；
26.图3为容性耦合等离子体处理前后ptfe薄膜的表面形貌图：(a)未处理的样品，(b)为等离子体处理后的样品；
27.图4为容性耦合等离子体处理前后ptfe薄膜的xps全谱图：(a)未处理的样品，(b)为等离子体处理后的样品；
28.图5为感性耦合等离子体处理前后ptfe薄膜的表面形貌图：(a)未处理的样品，(b)为等离子体处理后的样品。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.实施例1
32.本实施例涉及一种可实现两步等离子体处理的容性耦合等离子放电装置，装置示意图如图1所示，包括气体控制系统、腔室、电源系统及抽气系统，所述气体控制系统包括氩气储存罐1、氨气储存罐2以及甲烷储存罐3，各气体储存罐分别通过一气体流量控制器4与所述腔室5的进气通道连接，通过气体流量控制器控制不同流量的气体导入腔室，所述腔室内设置有上极板9以及与腔体绝缘隔离的下极板6，所述下极板通过射频匹配器7与射频电源8相连接，下极板接通电源后，产生容性耦合等离子体；所述腔体由分子泵11和机械泵12联合组成的抽气系统完成腔体的真空环境，并通过设置于腔体与分子泵之间的真空计10来调控腔体内的真空度。通过调控通入的气体、腔室的气压、射频电源的功率、处理的时间实现两步等离子处理方法。
33.实施例2
34.本实施例涉及一种可实现两步等离子体处理的感应耦合等离子放电装置，装置示意图如图2所示，包括气体控制系统、腔室、电源系统及抽气系统，所述气体控制系统包括氩气储存罐1、氨气储存罐2以及甲烷储存罐3，各气体储存罐分别通过一气体流量控制器4与所述腔室5的进气通道连接，通过气体流量控制器控制不同流量的气体导入腔室，所述腔室内设置有与腔室绝缘隔离的下极板6，所述下极板通过射频匹配器7与射频电源8相连接，下极板接通电源后，产生容性耦合等离子体，所述腔室顶部为一定厚度的石英板11覆盖以维持高真空，石英板上还固定了一个盘型线圈，所述盘型线圈通过射频匹配器9与射频电源10相连接；所述腔体由分子泵13和机械泵14联合组成的抽气系统完成腔体的真空环境，并通过设置于腔体与分子泵之间的真空计12来调控腔体内的真空度。通过调控通入的气体、腔
室的气压、射频电源的功率、处理的时间实现两步等离子处理方法。
35.实施例3
36.本实施例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，分别对厚度为0.2mm、尺寸为50*50mm的ptfe膜片和厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材进行了两步等离子体处理，具体操作如下：
37.(1)将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，打开氩气气瓶，调节流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min；
38.(2)通入流量比为ar：nh3：ch4＝60：15：5的混合气体，总流量为80sccm，仍将腔室气压调为5pa，接通射频电源，功率调150w，工作5min，完成两步等离子体处理，得到表面处理后的ptfe膜片以及ptfe板材。
39.对表面处理前、后的ptfe膜片进行sem表征，结果如图3所示，未经表面处理的ptfe膜片表面(图3a)光滑、平整，经过两次等离子体处理后的ptfe膜片的表面(图3b)布满了针状突起，极大地增大了其表面粗糙度。进而通过xps对表面处理前、后的ptfe膜片的表面化学结构进行了检测，其全谱图如图4所示，经过两步等离子体处理，材料表面的f元素占比从80.31％下降至7.47％，f元素被c、n取代并在材料表面形成了一层碳氮交联层。
40.此外，对两步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并将样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为77n
·
10mm-1
，由此可知经过等离子体两步法处理后的ptfe表面具有相当好的粘接性能，可满足工业应用的需求。
41.实施例4
42.本实施例采用实施例2所述的感应耦合等离子体放电装置，分别对厚度为0.2mm、尺寸为50*50mm的ptfe膜片和厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材进行了两步等离子体处理，具体操作如下：
43.(1)先将下极板接入13.56mhz的射频电源，线圈接入13.56mhz的射频电源。将样品固定于下极板上，密封腔室后依次打开机械泵与分子泵，将腔室本底气压抽至1*10-3
pa以下。通入氩气，控制流量在80sccm，调节气压为5pa，分别打开两个射频电源开关，调节功率使得线圈功率为150w、下极板通入的功率为100w，并完成功率匹配，观察到腔室发出紫色光芒即为开始放电，放电6min后关闭电源；
44.(2)通入ch4以及nh3，使流量比为ar：nh3：ch4＝60：15：5，总流量为80sccm，仍将腔室气压调为5pa，打开线圈以及下极板的电源，以与第一步相同的功率放电4min，完成两步等离子体处理，得到表面处理后的ptfe膜片以及ptfe板材。
45.对表面处理前、后的ptfe膜片进行了sem表征，结果如图4所示，未经表面处理的ptfe膜片表面(图5a)光滑、平整，经过两次等离子体处理后的ptfe膜片的表面(图5b)出现了许多蠕虫状的突起，极大增加了表面的比表面积，并通过台阶仪测量表面的碳氮交联层的厚度为8nm。进而通过xps对表面处理前、后的ptfe膜片的表面化学结构进行了检测，检测
结果如表1所示，经过两步等离子体处理，材料表面的f/c比急剧下降，从8.49降至0.19。
46.表1两步等离子处理前后ptfe膜片表面的f/c比及各元素含量占比
47.样品f/c比cfno处理前8.499.4680.311.398.84处理后0.1943.516.506.7943.20
48.此外，对两步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃烘烤一小时后，取出样品，并将样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为45.8n
·
10mm-1
。
49.实施例5
50.本实施例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材进行了以下两步等离子体处理，具体操作如下：
51.(1)将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，打开氩气气瓶，调节流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min；
52.(2)通入流量比为ar：nh3：ch4＝60：10：10的混合气体，总流量为80sccm，仍将腔室气压调为5pa，接通射频电源，功率调150w，工作5min，完成两步等离子体处理，得到表面处理后的ptfe板材。
53.对上述两步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并将样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为68.45n
·
10mm-1
。
54.实施例6
55.本实施例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材进行了两步等离子体处理，具体操作如下：
56.(1)将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，打开氩气气瓶，调节流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min；
57.(2)通入流量比为ar：nh3：ch4＝65：5：10的混合气体，总流量为80sccm，仍将腔室气压调为5pa，接通射频电源，功率调150w，工作5min，完成两步等离子体处理，得到表面处理后的ptfe板材。
58.对上述两步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并将样品固定在
仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为63n
·
10mm-1
。
59.实施例7
60.本实施例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材进行了两步等离子体处理，具体操作如下：
61.(1)将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，打开氩气气瓶，调节流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min；
62.(2)通入流量比为ar：nh3：ch4＝65：10：5的混合气体，总流量为80sccm，仍将腔室气压调为5pa，接通射频电源，功率调150w，工作5min，完成等离子体两步处理，得到表面处理后的ptfe板材。
63.对上述两步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为65.32n
·
10mm-1
。
64.对比例1
65.本对比例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，将甲烷或氨气的储存罐置换为氧气的储存罐，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材进行两步等离子体处理，具体操作如下：
66.(1)将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，打开氩气气瓶，调节流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min；
67.(2)通入流量比为ar：o2＝60：20的混合气体，总流量为80sccm，仍将腔室气压调为5pa，接通射频电源，功率调150w，工作5min，完成等离子体两步处理，得到表面处理后的ptfe板材。
68.对上述两步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为35n
·
10mm-1
。
69.对比例2
70.本对比例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材仅进行一步等离子体处理，具体操作如下：
71.将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，打开氩气气瓶，调节流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min，得到表面处理后的
ptfe板材。
72.对上述一步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为37n
·
10mm-1
。
73.对比例3
74.本对比例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，将甲烷或氨气的储存罐置换为氧气的储存罐，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材仅进行一步等离子体处理，具体操作如下：
75.将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，通入流量比为ar：o2＝60：20的混合气体，调节总流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min，得到表面处理后的ptfe板材。
76.对上述一步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁片贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为30.6n
·
10mm-1
。
77.对比例4
78.本对比例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材仅进行一步等离子体处理，具体操作如下：
79.将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，通入流量比为ar：nh3＝60：20的混合气体，调节总流量为80sccm，调节腔室气压为5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min，得到表面处理后的ptfe板材。
80.对上述一步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁片贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为30.1n
·
10mm-1
。
81.对比例5
82.本对比例采用实施例1所述的容性耦合等离子体放电装置，对厚度为3mm、尺寸为140*140mm的ptfe板材仅进行一步等离子体处理，具体操作如下：
83.将样品放置在腔室中的下极板上，使用机械泵和分子泵将腔室气压抽至1*10-3
pa，通入流量比为ar：nh3：ch4＝60：10：10的混合气体，调节总流量为80sccm，调节腔室气压为
5pa，接通频率为13.56mhz的射频电源，将功率调至150w，腔室内部会产生淡紫色的等离子体，处理时间为8min，得到表面处理后的ptfe板材。
84.对上述一步等离子体处理后的板材进行了拉力测试，具体操作如下：将处理好的ptfe裁剪为长140mm、宽30mm的长条，与同样尺寸的铸铁(表面经过了80目的硼砂处理)进行粘接。在通过专用胶水将铸铁片贴附至ptfe上，粘接部分的长度为100mm，两端均留出40mm，夹在上下夹持器上。在10mpa的压力加持和180℃下烘烤一小时后，取出样品，并样品固定在仪器上，开动试验机，使上下夹持器以100
±
10mm/min的速率分离，取平均粘接强度为29n
·
10mm-1
。
85.上述实施例3～7及对比例1～5表面处理后的ptfe板材的粘接强度如下表2所示：
86.表2实施例3～7及对比例1～5表面处理后的ptfe板材的粘接强度
[0087][0088][0089]
表中
①
指第一次等离子处理的气体、
②
为第二次等离子体处理的气体。
[0090]
由上表2可知，通过本发明所述的两步等离子体处理的方法可显著提升ptfe的粘接性能，尤其使用容性耦合等离子体装置处理后的效果更优，可达到77n
·
10mm-1
，远超过了钠萘溶液方法处理的标准材料粘接性能50n
·
10mm-1
，满足工业应用需求。
[0091]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

技术特征：
1.一种增强聚四氟乙烯材料表面粘接性能的两步等离子体处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：s1：采用第一等离子体对聚四氟乙烯材料进行表面处理，所述第一等离子体的放电气体为氩气或包含氩气的混合气体；s2：采用第二等离子体轰击步骤(1)表面处理后的聚四氟乙烯材料表面，在聚四氟乙烯材料表面形成碳氮交联层，得到具有高粘接性能的聚四氟乙烯表面，所述第二等离子体的放电气体为氩气、甲烷和氨气的混合气体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，所述包含氩气的混合气体为氩气和氢气的混合气体。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，所述第一等离子体的离子能量为100-600ev，表面处理的时间为1-10min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，所述放电气体中的甲烷和氨气的总流量占比为1-30％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，所述放电气体中的甲烷与氨气的流量比为1:0.2～5。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述放电气体中的甲烷与氨气的流量比为3:1。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，所述第二等离子体的离子能量为100-600ev，表面处理的时间为1-10min。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，所述碳氮交联层的厚度为1-20nm。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体为容性耦合等离子体或感应耦合等离子体。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两步等离子体处理通过切换放电气体连续进行。

技术总结
本发明公开了一种增强聚四氟乙烯材料表面粘接性能的两步等离子体处理方法，所述处理方法包括以下步骤：(1)采用第一等离子体对聚四氟乙烯进行表面处理，所述第一等离子体的放电气体为氩气或包含氩气的混合气体；(2)采用第二等离子体轰击步骤(1)表面处理后的聚四氟乙烯材料表面，在聚四氟乙烯表面形成碳氮交联层，得到具有高粘结性能的聚四氟乙烯，所述第二等离子体的放电气体为氩气、甲烷和氨气的混合气体。本发明通过上述方法处理后的聚四氟乙烯样品具有良好的亲水性能和极强的粘接性能，无任何处理的情况下置于空气中3个月，样品表面始终保持良好的亲水性，且处理后的聚四氟乙烯与专用胶的粘结强度高达77N/10mm-1


技术研发人员：卢曼婷 何弈 马晓萍 邓丽丽 辛煜
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2023/10/7