等離子處理對TPU管黏接性能的影響

溫 惠 ， 程玲玲 ， 魏永飛 ， 侯景杰 ， 徐海濤

(1.河南駝人醫(yī)療器械研究院有限公司 ， 河南 長垣 453400 ； 2.河南省醫(yī)用高分子材料技術與應用重點試驗室 ， 河南 長垣 453400)

目前，國內黏接技術是使用適當?shù)慕宇^形式和合理的黏接工藝而達到連接目的。近年來，黏接技術的應用已滲入到國民經濟中的各個部門，成為工業(yè)生產中不可缺少的技術，在高技術領域中的應用也十分廣泛[1-2]。但是黏接效果依然會受到周圍極端環(huán)境的影響：①膠黏劑在暴露于高溫環(huán)境下，會發(fā)生某種程度的降解，力學性能降低，因此黏接強度會降低。②膠黏劑在濕熱環(huán)境下會水解而喪失強度和硬度，嚴重時甚至液化；水還會滲入膠層，取代黏接界面的膠黏劑，從而使黏接強度降低。③在超低溫條件下接頭內會產生應力集中和應力梯度，從而影響接頭黏接效果[3-4]。

TPU管和ABS接頭的黏接效果同樣也受上述幾種環(huán)境因素影響，本文中的試驗為了增強TPU管和ABS接頭的黏接強度，減少外部環(huán)境對黏接效果的影響，采用等離子處理的方法，即對TPU管進行等離子處理，以增強TPU管的浸潤效果和親水性，從而增強TPU管和ABS接頭的黏接效果。

1 試驗部分

1.1 試驗對象

試驗材料：TPU管、ABS接頭。試驗儀器：等離子處理器、接觸角測量儀、伺服控制拉力試驗機、點光源固化機。試驗膠水：固化膠(GB101N)。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗步驟

①在未黏接前，將TPU管各取10根(共30根)分別進行等離子處理 60、120、240 s作為試驗組；再取10根TPU管不進行等離子處理作為對照組，然后分別測試試驗組和對照組的接觸角。②用GB101N固化膠對試驗組和對照組的TPU管和ABS接頭分別進行黏接，并使用點光源固化機對其進行固化，固化時間為20 s，固化結束后分別對試驗組和對照組進行斷裂力測試。

1.2.2接觸角測量法

將水滴滴到一平滑均勻的TPU管表面上，若不鋪展，將形成一平衡、靜態(tài)的液滴，其形狀由固液氣三相交界處所作氣液界面之切線經液滴至固液界面所成之夾角決定，此角稱為水滴在TPU管表面上的接觸角，或稱潤濕角；接觸角常以θ表示，θ越小，潤濕過程越易進行。習慣上，θ>90°，為不潤濕；θ<90°，為潤濕[5]。

本次試驗中就是使用上述液滴法測量接觸角，在試驗中，選用基準線和圓形測量法測量TPU管的接觸角，圓弧切線與基準線的夾角為該時刻的接觸角，如圖1所示。

圖1 接觸角

2 結果與討論

2.1 黏接效果數(shù)據(jù)分析

2.1.1接觸角測試分析

對試驗組和對照組分別進行接觸角測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 接觸角測量數(shù)據(jù)

由表1可以看出，與對照組的情況相比，試驗組接觸角更小、更穩(wěn)定，說明試驗組潤濕過程更易進行。對比試驗組中處理60、120、240 s的三種情況，處理120 s的接觸角最小，最穩(wěn)定，且親水性明顯增強。由此表明，等離子處理可增強材料親水性，且處理120 s為最佳處理條件。

2.1.2斷裂力測試分析

對黏接后的試驗組和對照組進行斷裂力測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，與對照組的情況相比，試驗組的斷裂力明顯變大，說明試驗組的黏接效果更牢固。對比試驗組中處理60、120、240 s的三種情況，處理120 s的斷裂力最穩(wěn)定，由此表明，等離子處理可增強黏接強度，且處理120 s為最佳處理條件。

表2 斷裂力測試數(shù)據(jù)

2.2 平均值和標準差分析

2.2.1接觸角平均值和標準差分析

對TPU管接觸角測試數(shù)據(jù)進行平均值和標準差分析，結果如表3所示。

表3 接觸角平均值和標準差結果分析

由表3可知，對比試驗組和對照組的情況，接觸角的平均值分別為98.70°、28.09°、22.32°、20.23°，標準差分別為6.90°、9.27°、4.42°、7.63°；由此可見，處理后的浸潤效果更好，并且處理120 s為最佳條件。

由表3可知，當?shù)入x子體處理時間從0 s增加到240 s時，靜態(tài)水接觸角隨著處理時間的延長總體上可以分為兩個階段：第一階段(處理時間 0～120 s)，TPU管表面的接觸角呈現(xiàn)出銳減的趨勢，由0 s時的98.70°急劇下降到22.32°，TPU管表面的親水性大幅提高。第二階段(處理時間120～240 s)，TPU管表面的接觸角隨時間的繼續(xù)增加略有降低,基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。這可能是因為在整個改性過程的前120 s內，隨著處理時間的增加，TPU管表面被活化,引入的親水性基團逐漸增多，同時刻蝕作用加強，TPU管表面的比表面積增大，從而導致TPU管表面的親水性不斷提高。隨著處理時間持續(xù)增大，TPU管表面含氧基團的植入率達到最大值以后便逐漸趨于穩(wěn)定，再延長處理時間對TPU管表面的親水性影響不大[6-7]。

2.2.2斷裂力平均值和標準差分析

對TPU管和ABS接頭黏接后斷裂力測試數(shù)據(jù)進行平均值和標準差分析，結果如表4所示。

表4 斷裂力平均值和標準差結果分析

由表4可知，對比試驗組和對照組的情況，斷裂力的平均值分別為15.59、22.32、21.71、13.98 N，標準差分別為1.68、4.87、3.53、3.23 N。試驗組比對照組的斷裂力更高、更穩(wěn)定，由此可見，處理后的黏接效果更好；在試驗組的三組中，處理120 s的斷裂力最高且穩(wěn)定，所以處理120 s為最佳條件。

3 結語

本文中將TPU管分別等離子處理60、120、240 s作為試驗組，未做等離子處理的TPU管作為對照組，分別進行接觸角測試。本文利用平均值和標準差對其測試數(shù)據(jù)進行分析，四組接觸角的平均值分別為98.70°、28.09°、22.32°、20.23°，標準差分別為6.90°、9.27°、4.42°、7.63°。結果表明，接觸角在處理120 s的情況下最小、最穩(wěn)定，由此可得，處理后的浸潤效果更好，且處理120 s為最佳處理時間。

將試驗組和對照組分別以相同的黏接工藝與ABS接頭黏接，然后分別進行斷裂力測試。利用試驗組和對照組的斷裂力的平均值和標準差對其測試數(shù)據(jù)進行分析，四組斷裂力的平均值分別為15.59、22.32、21.71、13.98 N，標準差分別為1.68、4.87、3.53、3.23 N。結果表明，在處理120 s的情況下斷裂力最大、最穩(wěn)定，由此可見，處理后的黏接效果更好，且處理120 s為最佳處理時間內。

由上述結論可得，等離子處理可以增強TPU管和ABS接頭的黏接效果，且處理120 s黏接效果達到最佳狀態(tài)，因此處理120 s為最佳處理時間。