CN108410372A - 硅橡胶的粘接方法及硅橡胶粘接件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅橡胶的粘接方法及硅橡胶粘接件。该硅橡胶的粘接方法是将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体包括第一气体，所述第一气体为碳原子数在1～6之间的烃。同时本发明还公开了由上述方法制备得到的硅橡胶粘接件。上述硅橡胶的粘接方法，通过以原子数在1～6之间的烃作为介质气体的等离子体表面处理法，使硅橡胶和粘接对象均获得极低的水接触角和高表面能的改性表面，粘接件的粘接强度有了显著提高。

Description

硅橡胶的粘接方法及硅橡胶粘接件

技术领域

本发明涉及硅橡胶领域，特别是涉及一种硅橡胶的粘接方法及硅橡胶粘接件。

背景技术

硅橡胶具有优异的低温弹性和生理惰性，且耐介质、耐老化，在医疗卫生、国防军工、汽车工业、电子工业等领域中已大规模使用，通过将硅橡胶与其他材料粘接而制成的复合材料也越来越多。目前，对硅橡胶粘结性能的改性大多采用以空气、氩气、氧气或者氮气作为介质气体的等离子体处理方法，但处理后的硅橡胶所获得的表面能较低，在后续粘接过程中仍需要使用大量胶黏剂，且粘接件的时效性不强。

发明内容

基于此，有必要针对现有的等离子体处理方法对硅橡胶粘结性能提高程度有限的问题，提供一种能够有效提高硅橡胶粘结性的方法。

一种硅橡胶的粘接方法，将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体包括第一气体，所述第一气体为碳原子数在1～6之间的烃。

上述硅橡胶的粘接方法，通过以原子数在1～6之间的烃作为介质气体的等离子体处理法，使硅橡胶和粘接对象形成牢固粘结。

在其中一个实施例中，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体还包括第二气体，所述第二气体选自氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气、氩气、和氦气中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述第一气体中的碳元素和所述第二气体中的氧元素的摩尔比在1:3到3:2之间。

在其中一个实施例中，所述第一气体选自乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、环丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、环丁烷、丁烯、丁二烯、和丁炔中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述烃包括乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、环丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、环丁烷、丁烯、丁二烯、丁炔中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述粘接对象为硅橡胶件、玻璃件、金属件中的一种。

在其中一个实施例中，将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，在24小时内与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合。

在其中一个实施例中，所述胶黏剂为硅系胶黏剂。

在其中一个实施例中，在硅橡胶件与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合前，将粘结对象进行等离子体表面处理。

在其中一个实施例中，当粘接对象为金属件时，将粘接对象进行等离子体表面处理过程中使用的介质气体选自氮气、氧气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。

本发明还提供了一种硅橡胶粘结件，通过采用本发明所提供的粘接方法制备得到。

上述硅橡胶粘接件，通过以原子数在1～6之间的烃作为介质气体的等离子体处理，使粘接件的粘接强度有了显著提高。

附图说明

图1为不同比例的甲烷/二氧化碳气体作为介质气体对硅橡胶片和载玻片进行等离子体表面处理后所形成的水接触角对比图；

图2为硅橡胶-硅橡胶及硅橡胶-玻璃的粘接件实物图；

图3为硅橡胶-硅橡胶粘接件的拉伸断裂实物图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

一种硅橡胶的粘接方法，将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体包括第一气体，所述第一气体为碳原子数在1～6之间的烃。

所述等离子体表面处理方式指的是：将硅橡胶和粘接对象在等离子体设备中进行表面接枝化处理。所述等离子体表面处理技术包括真空等离子体，也包括实际大型生产上所常用到的大气/常压等离子体。等离子体设备的型式并不做具体限制。同时，对于等离子体处理过程中的除介质气体比例之外的其他工艺参数，如真空度、功率、处理时长等，可视不同粘接对象或硅橡胶材料进行一定程度的调节，本发明已亦不作特别规定。

优选地，等离子体表面处理的气体总流量控制在120-150sccm，等离子体设备的腔体真空度控制在30-50Pa，放电功率控制在30-60W，处理时长控制在3-10min。

本领域技术人员所公知的，材料粘接对象的表面水接触角越接近于0，其粘接性越好。本发明通过以原子数在1～6之间的气态烃作为介质气体的等离子体处理，可以使硅橡胶和粘接对象均获得极低的水接触角和高表面能的改性表面。

优选地，所述等离子体表面处理之前，对粘接材料的表面预清洗或清理，例如水洗、溶剂清洗、超声清洗、抛光等。

优选地，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体还包括第二气体，所述第二气体选自氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气、氩气、和氦气中的至少一种。

将上述气体与烃组成的混合气体作为介质气体进行等离子体表面处理，能够增加等离子体处理过程中的极性基团的生成。例如，氮气、氩气、氦气有利于-NH2和-NH-的生成，二氧化碳、氧气、水蒸气则有利于-OH、-COOH、-COOR-、-C-O-C基团的生成，而氢气主要起加氢作用。

验证例

将若干1mm厚度的硅橡胶片和若干普通载玻片置于超声清洗机中，分别用乙醇和纯化水清洗30min，然后用40℃鼓风干燥箱烘干硅橡胶片和载玻片。使用二氧化碳/甲烷(CO₂/CH₄)的复合气为介质气体进行等离子体表面处理，等离子体腔室真空度保持在30Pa左右，放电功率为50W，时长5min。在上述等离子体表面处理过程中，可通过调节不同的CO₂/CH₄流量比，使该气体体系下处理得到的材料表面水接触角最低，即获得最佳的材料表面浸润性。如图1所示，在CO₂/CH₄介质气体的等离子体处理下，当CO₂/CH₄流量比接近于70/60时可获得最低的水接触角。

表1

介质气体

不作处理

烃/O2

烃/CO2

烃/N2或Ar

O2或Ar

N2

水接触角

90°～120°

0～40°

0～30°

30～70°

50°～80°

70°～90°

时效性

/

>30d

>90d

>120d

1d～3d

1d

由表1可知，本发明使用烃和常规气体(氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气、氩气、氦气)的混合气体作为介质气体，经过等离子体处理后的硅橡胶表面，与其他常规气体处理的硅橡胶表面，在接触角上有很大不同。同时，混合气体作为介质气体处理得到的硅橡胶-玻璃粘接件的时效性也优于其他常规气体处理的硅橡胶-玻璃粘接件。

使用烃/常规气体混合气体的等离子体表面处理方式要优于普通的常规气体等离子体处理方式。

优选地，所述第一气体中的碳元素和所述第二气体中的氧元素的摩尔比在1:3到3:2之间。

所述碳原子数在1～6之间的烃可简略表达为C_xH_y，其中x值为1～6的整数，包括饱和烃、不饱和烃、直链烃和环状烃。

所述碳原子数在1～6之间的烃可以是单一烃，也可以是混合烃。

优选地，所述烃的碳原子数在2～4之间。

优选地，所述烃包括乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、环丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、环丁烷、丁烯、丁二烯、和丁炔中的至少一种。

优选地，所述烃为直链不饱和烃，包括乙烯、乙炔、丙烯、丙炔、丁炔、丁二烯等，但并不局限于此范围。更优选地，为至少含有1个碳碳三键(C≡C)的直链不饱和烃。例如。所述短链烃可以只含有1个碳碳三键，也可以是同时含有1个碳碳双键和1个碳碳三键，也可以是同时含有2个碳碳三键。

优选地，所述粘接对象为硅橡胶件、玻璃件、金属件中的一种。

优选地，将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，在24小时内与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合。

相比于硅橡胶、玻璃这类含硅表面，金属材料在化学键组成和硬度上都有着巨大的差异，其与短链烃体系等离子体制得的含碳聚合物界面的相容性并不优于传统的胶黏剂，因此，当粘结对象为金属时，将硅橡胶和金属使用胶黏剂粘接以替代压合处理。

优选地，所述胶黏剂为硅系胶黏剂。更优选地，为硅氧烷胶黏剂。施涂的胶黏剂可以经过适当的优化，或是使用其他更廉价、简单的胶黏剂，只要达到粘接目的即可。

优选地，在硅橡胶件与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合前，将粘结对象进行等离子体表面处理，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体为碳原子数在1～6之间的烃和/或氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气、氩气、和氦气中的至少一种。

优选地，当粘接对象为金属件时，将粘接对象进行等离子体表面处理过程中使用的介质气体选自氮气、氧气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。

对于粘接对象为金属件的情况，由于金属属于硬度较高的惰性材料，使用常规气体与短链烃气体的混合气体进行表面处理，其效果往往不如使用单一的氧气、氩气、氦气等常规气体作为介质气体进行等离子体表面处理，在这种情况下可以使用常规气体作为单一介质气体对金属、聚丙烯、聚四氟乙烯等进行等离子体表面处理。

上述硅橡胶的粘接方法，能够使硅橡胶和粘接对象形成牢固粘结。

一种硅橡胶粘接件，通过采用上述任一所述粘接方法制备得到。

所述硅橡胶粘接件，指的是包括硅橡胶、粘接对象以及粘接界面在内的复合材料或结构件的整体。

所述硅橡胶粘接件，可以作为建筑上常用的夹层玻璃、家用硅橡胶挂贴或含硅橡胶粘合件的厨具、工业流水线上的硅橡胶密封件、电子产品上的硅橡胶绝缘焊接件、医用硅橡胶产品的无缝焊接件等。

上述硅橡胶粘接件，使粘接件的粘接强度有了显著提高，时效性也相应延长。

本发明提供了免胶黏剂的硅橡胶粘接方式，如硅橡胶-硅橡胶、硅橡胶-玻璃之间的免胶黏剂粘接。

硅橡胶-硅橡胶的相互粘接，能保留硅橡胶良好的生理惰性，无毒无害，可以民用也可以医用。

硅橡胶在较薄厚度范围内就有很好的弹性和强度，且有很好的耐候性，硅橡胶-玻璃的免胶黏剂粘接用于建筑功能玻璃上可以最大程度地保证玻璃材料的透光性。

虽然对于硅橡胶-金属的粘接，是在对硅橡胶和金属进行等离子体表面处理后将硅橡胶和金属使用胶黏剂粘接以替代压合处理，仍然需要使用到胶黏剂。但是，相比于通过传统等离子体处理方法得到的橡胶-金属粘接件，本发明所涉及的硅橡胶-金属粘接件在粘接界面的耐受能力和粘接强度上更有优势。

以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

将若干1mm厚度的硅橡胶片置于超声清洗机中，分别用乙醇和纯化水清洗30min，再用40℃鼓风干燥箱烘干硅橡胶片和载玻片。使用乙炔/氧气(C₂H₂/O₂)的复合气为介质气体进行等离子体表面处理，其中C₂H₂/O₂流量比为50sccm/80sccm，等离子体腔室真空度保持在40Pa左右，放电功率为30W，处理时长为3min。完成处理后，直接将硅橡胶片两两对齐压紧，并赶走硅胶片缝隙中的空气残留，直接进行粘合。如图2所示，大约0.5h后，两片硅橡胶片之间即形成了牢固的无缝粘接。取粘接面积25mm×25mm的矩形硅胶片样条，在粘接1h后，使用剥离仪对粘接面进行抗拉测试，拉伸速率为200mm/min，最终该硅橡胶-硅橡胶粘接件在拉力为75.2N时发生断裂。如图3所示，断裂处位于粘接面之外，而粘接面未见挠曲或滑移，即该拉伸过程因破坏了硅橡胶自身的内聚能而发生断裂(断裂强度经换算约为0.12MPa，符合橡胶材料的内聚能水平)，而粘接面的粘接强度是远在硅橡胶内聚能之上的。

实施例2

取304不锈钢片裁成15mm宽的试样条若干，用表面清洗剂洗去不锈钢表面的油污残留，再将其和若干1mm厚度的硅橡胶片，共同置于超声清洗机中，分别用乙醇和纯化水清洗30min，再用40℃鼓风干燥箱烘干不锈钢片和硅橡胶片待用。使用1,3-丁二烯/氧气(C₄H₆/O₂)的复合气为介质气体对硅橡胶片进行等离子体处理，其中C₄H₆/O₂流量比为40sccm/90sccm，等离子体腔室真空度保持在40Pa左右，放电功率为50W，处理时长为5min。完成以上等离子体处理后，然后使用常见的玻璃胶(硅酮密封胶)进行硅橡胶-不锈钢粘接，并将该粘接件记为硅橡胶-不锈钢粘接件1。

实施例3

取304不锈钢片裁成15mm宽的试样条若干，用表面清洗剂洗去不锈钢表面的油污残留，再将其和若干1mm厚度的硅橡胶片，共同置于超声清洗机中，分别用乙醇和纯化水清洗30min，再用40℃鼓风干燥箱烘干不锈钢片和硅橡胶片待用。使用1,3-丁二烯/氧气(C₄H₆/O₂)的复合气为介质气体对硅橡胶片进行等离子体处理，其中C₄H₆/O₂流量比为40sccm/90sccm，等离子体腔室真空度保持在40Pa左右，放电功率为50W，处理时长为5min。然后再使用纯O₂作为介质气体对不锈钢片进行等离子体处理，气体流量为130sccm，真空度保持在40Pa左右，放电功率为50W，处理时长为5min。完成以上等离子体处理后，然后使用常见的玻璃胶(硅酮密封胶)进行硅橡胶-不锈钢粘接，并将该粘接件记为硅橡胶-不锈钢粘接件1。

对比例1

为了和传统的硅橡胶-金属粘接过程中所用到的表面处理方法进行比较，另设置一组对比例：空白对照硅橡胶-空白对照不锈钢粘接件，记为硅橡胶-不锈钢粘接件0。以上粘接件材料对应的空白对照样，都需要经过上述实施例中同样的表面清洗和干燥过程，粘接过程中都是用同样的硅酮密封胶，粘接面积都为15mm×30mm。

待实施例2-3与对比例1的粘接件在完成粘接24h后，使用剥离仪对粘接面进行抗拉测试，拉伸速率为200mm/min。

表2

试样	硅橡胶-不锈钢粘接件0	硅橡胶-不锈钢粘接件1	硅橡胶-不锈钢粘接件2
				断裂力/N	40.4	51.9	57.7
断裂强度/KPa	89.8	115.3	128.2

表2为各粘接件粘接面的断裂力和断裂强度数据。由表2可知，依据实施例2-3中方法所制备的硅橡胶-不锈钢粘接件，其粘接强度均有显著提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种硅橡胶的粘接方法，其特征在于，将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体包括第一气体，所述第一气体为碳原子数在1～6之间的烃。

2.根据权利要求1所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，所述等离子体表面处理过程中使用的介质气体还包括第二气体，所述第二气体选自氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气、氩气、和氦气中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，所述第一气体中的碳元素和所述第二气体中的氧元素的摩尔比在1:3到3:2之间。

4.根据权利要求1所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，所述第一气体选自乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、环丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、环丁烷、丁烯、丁二烯、和丁炔中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，所述粘接对象为硅橡胶件、玻璃件、金属件中的一种。

6.根据权利要求1所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，将硅橡胶件进行等离子体表面处理后，在24小时内与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合。

7.根据权利要求1所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，所述胶黏剂为硅系胶黏剂。

8.根据权利要求1所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，在硅橡胶件与粘接对象进行压合或通过胶黏剂黏合前，将粘结对象进行等离子体表面处理。

9.根据权利要求8所述的硅橡胶的粘接方法，其特征在于，当粘接对象为金属件时，将粘接对象进行等离子体表面处理过程中使用的介质气体选自氮气、氧气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。

10.一种硅橡胶粘接件，其特征在于，通过采用权利要求1-9任一所述粘接方法制备得到。