1、等離子體處理對RPUF表面及RPUF/涂層界面結合的影響劉際偉 馮敏中國工程物理研究院化工材料研究所，四川綿陽621900射頻處理后聚氨酯泡沫塑料（RPUF）表面的形貌將發生有規律的變化。如圖1所示，可以發現未處理試樣除了少數幾個大坑外，整個視野范圍內是平滑的，但處理10sec后，表面立刻出現極少數的顆粒狀物，它們可能是表面大坑的尖角處首先被擊碎而散落在表面所致。隨著處理時間的延長，當時間達到5min、10min以后，表面出現了非常密集且均勻、細小的凸凹形貌，這種新生的粗糙表面本身比較致密（射頻等離子體處理導致的表面交聯）、且與本體結合牢固，那些不致密且與本體結合不牢固的部分已經被等離子體擊碎

2、，絕大部分已經隨真空排走，剩下少數的大塊狀物以一種很不牢固的方式散落在泡沫表面（見圖1的f、g、h），而這已經不再影響到涂料對其下面細小凸凹部位的浸潤、產生鉚合效應。 圖2是材料經射頻處理后得到的接觸角，圖中包含兩種密度的RPUF。從圖2可以看出，兩種密度的RPUF在射頻處理前后接觸角的變化趨勢基本相同。未處理試樣都在85°以上；對于處理試樣，處理時間即使短至10sec，接觸角仍然有顯著的下降，降幅達50%以上。關于這一點，其他材料的射頻處理也有類似的結果，如聚碳酸酯、聚酯、聚四氟乙烯等材料的射頻處理。隨著處理時間的延長，看不出接觸角呈一致的下降趨勢，甚至可以得到處理10min以上的

3、接觸角與處理1min.以下的接觸角沒有太大差異。這一方面說明射頻處理對于改善材料的浸潤性具有很高的效率；另一方面說明RPUF在表面的可潤濕性非常不均勻。在某些臨近的兩個數據點，處理時間延長后，接觸角反而增大了，這可以從RPUF表皮本身的非均質結構得以解釋。為了考核不均勻性的大小，我們分別在兩個140 mm ×70mm試樣表面隨機測試了一系列點的接觸角，一個試樣未處理（采樣15個點），另一個試樣射頻處理時間為5min并在自然狀態下存放了22天，然后再測試表面接觸角（采樣14個點）,結果見圖3。圖3的數據表明：對于RPUF而言，同一個試樣，不管是否經歷射頻處理，其表面的接觸角偏差達15度

4、左右是很正常的，因此在圖2 的a.和b. 中沒有出現隨著射頻處理時間的延長接觸角呈嚴格一致下降的趨勢。于是我們得到這樣的結論：射頻處理時間達10sec后，表面接觸角的降低，就已經達到理想狀態。表1是經過不同時間射頻處理的RPUF試樣表面的C、O含量測試結果。表1 式樣處理后表面碳氧元素的變化情況處理時間0min10sec1.0 min2.0 min4.0 min5 .0min10.0 min15.0 min20.0 minC1s0.470.370.400.350.410.340.420.380.40O1s0.110.200.210.270.190.220.190.220.21試樣表面O/C0.

5、230.540.530.770.460.6470.4520.5790.525表中數據表明：處理后RPUF表面的O/C比率成倍增加，這種增加趨勢與接觸角的變化趨勢非常類似。即處理很短的時間，如短致10sec，表面O/C原子比增加就達到相當的程度；a. 空白式樣（20000X）b. plasma 處理10sec（20000X）g. plasma 處理10min（20000X）h. plasma 處理15min（20000X）d. plasma 處理1.0min（20000X）c. plasma 處理30sec（20000X）f. plasma 處理5.0min（20000X）e. plasma 處

6、理2.0min（20000X）g. plasma 處理10.0min（20000X） h. plasma處理15.0min（20000X）.圖1射頻處理時間對表面形貌的影響 a. PUF密度300kg/m3 b. PUF密度500kg/m3圖2不同處理條件下PUF表面對水的接觸角圖3 兩種試樣表面隨機取點得到的對水的接觸角圖5 混合破壞圖4 涂層脫落圖6 RPUF斷裂繼續延長處理時間，O/C并沒有出現明顯的增加，有的時間點上甚至還出現了些微的降低，估計這與RPUF本身的非均質特性有關，而不考慮為射頻處理時間帶來的無規律現象。于是我們認為，RPUF表面射頻處理10sec后，表面O/C原子數量比就

7、增加到理想程度。表2是射頻處理后表面涂層附著力的測試結果，射頻處理時間達到5min后涂層的附著力獲得最高值。從界面的主要破壞方式的變化趨勢看，它與涂層附著力的變化趨勢是相吻合的。即附著力很低時只發生涂層脫落現象，見圖4所示；當涂層附著力足夠大，如在7.0MPa以上后，界面的破壞是混合型的，有涂層的脫落，也有RPUF的斷裂，見圖5所示；當涂層附著力在9.6MPa附近時，超過了RPUF本身的拉深強度，于是主要發生RPUF斷裂的破壞方式，見圖6所示。表2 不同處理時間RPUF表面涂層附著力情況*處理時間0min0.5min1.5min2.5min5.0 min7.5 min10min15min20m

8、in附著力（MPa）0.7±0.13.7±0.68.3±2.67.1±2.29.6±1.37.5±0.77.1±1.27.9±1.07.0±1.6主要破壞方式涂層脫落涂層脫落混合破壞涂層脫落RPUF斷裂混合破壞混合破壞混合破壞混合破壞注*：表中數據為8個試樣的平均值。涂層附著力隨著射頻處理時間的這種變化趨勢跟RPUF表面微觀形貌的變化趨勢、表面O/C元素含量比的變化趨勢不相矛盾。當射頻處理時間達5min時，從微觀形貌上看，RPUF的表面已經具備足夠的粗糙度，可以為涂層的附著提供良好的機械鉚合作用，時間過長

9、，表面變得更加蓬松，導致界面結合不牢固；從表面元素成分的變化看，此時表面O/C已經成倍增加，這為涂層附著力在此時獲得較高值提供了條件，因為表面氧元素含量的增加，有助于形成更多的含氧基團，增加界面結合強度；從接觸角的變化趨勢看，當射頻處理時間為5min時，接觸角已經大幅下降，為涂料在RPUF表面的潤濕提供了前提。考慮到處理10sec后，RPUF表面的O/C和接觸角分別已經得到足夠的上升和大幅的下降，我們認為表面形貌對涂層的附著力起著更加重要的作用。The influence of RF plasma processing on RPUF surfaceand its bonding interf

10、aceJiwei Liu Mingfen(Iinstitute of chemical materials, CAEP, Mianyang Sichuan, 621900)Abstract: The RPUF surface changes greatly in many aspects after processing by O2 RF (radio frequency) plasma. It is found that the surface granulates, the surface oxygen percentage increase two times, and the contac