CN113999422B - 一种聚四氟乙烯表面改性方法及聚四氟乙烯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚四氟乙烯表面改性方法及聚四氟乙烯，包括，将聚四氟乙烯材料置于气态双氧水的氛围中进行电晕放电处理。本发明方法为在利用电晕放电极进行电晕处理的过程中，让极板之间充满气态的双氧水，经过本方法改性的聚四氟乙烯表面具有良好的浸润性能，接触角可小于60°。

Description

一种聚四氟乙烯表面改性方法及聚四氟乙烯
技术领域
本发明属于材料改性加工技术领域，具体涉及到一种聚四氟乙烯表面改性方法及聚四氟乙烯。
背景技术
聚四氟乙烯具有优异的耐化学腐蚀性、优良的电气绝缘性能，其耐温性能、润滑性能和力学性能也非常优异，因此聚四氟乙烯乙烯作为功能高分子材料在化学防腐、绝缘、润滑等领用有着广泛的应用。由于聚四氟乙烯材料化学惰性极强，表面浸润性能很差，在与其他材料进行接合时粘接牢度很差。
为了提高该材料的粘接性能，目前现有技术中常用的表面改性方法有萘-钠溶液法、等离子体法、辐射法等。在应用过程中，萘-钠溶液法由于在使用过程中存在较大的腐蚀性，毒性和易燃性，对人体也有很大的危害。等离子体法需要专用氧气、氮气、氦气等气体，为了保证气体纯度需要前期抽真空处理，实际使用过程中时效性较低，设备投入较大，也存在较大的安全隐患。辐射法作用效果较强，由于使用过程中要使用放射线，因此存在很大的人体安全风险，材料强度也可能存在较大的损伤。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的不足，为了更好的扩大聚四氟乙烯使用范围，本发明提供一种低成本，安全度高，对人体健康友好，处理效果和效率高的一种聚四氟乙烯表面改性方法。经过该方法处理的聚四氟乙烯表面浸润性能得到很大的改善，表面浸润性能的改善会提高聚四氟乙烯的粘结强度，其具有非常好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种聚四氟乙烯表面改性方法，包括，将聚四氟乙烯材料置于气态双氧水的氛围中进行电晕放电处理。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：所述气态双氧水为将液态双氧水溶液经雾化处理为气态双氧水溶液。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：所述液态双氧水溶液的浓度为21～26％。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：所述电晕放电处理，处理电流为1.5～3.5A，处理时间为30～60s。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：所述电晕放电处理，将聚四氟乙烯材料置于电晕放电的两电极之间，两电极之间的空间充满气态双氧水。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：电晕放电的所述两电极置于密闭腔室内，所述密闭腔室内充满气态双氧水。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：还包括，采用机械或物理或化学方法预先对所述聚四氟乙烯材料表面进行粗糙化处理。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：采用砂纸对所述聚四氟乙烯材料表面进行粗糙化处理。
作为本发明聚四氟乙烯表面改性方法的一种优选方案，其中：所述砂纸目数为80～800目。
本发明的另一个目的是提供如上述所述的聚四氟乙烯表面改性方法得到的聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的表面接触角小于60°。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明利用电晕放电极进行电晕处理的过程中，让极板之间充满气态的双氧水，双氧水在电晕处理过程中分解成水和氧气，没有环境污染和人体健康伤害的危险，多余的双氧水并可回收再利用，减少了材料的浪费；本发明方法所得的表面改性聚四氟乙烯材料表面具有优良的浸润性能，接触角可低至60°以下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明所采用的电晕放电处理装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1和对比例1、2的接触角测试照片；其中，(a)为实施例1的接触角测试照片；(b)为对比例1的接触角测试照片；(c)为对比例2的接触角测试照片。
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，下面结合说明书实施例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，但是本发明还可以采用其他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推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明所采用的电晕放电处理装置的结构如图1所示。电晕放电的两个电极401、402置于密闭腔室100内密封，密闭腔室100通过管路与加湿器200连通，加湿器200内注入双氧水溶液，利用加湿器200的雾化作用，将液态双氧水溶液雾化为气态双氧水溶液，并注入密闭腔室100内，使两个电极401、402之间充满气态双氧水氛围；将聚四氟乙烯材料500置于两个电极401、402之间，即可将聚四氟乙烯材料500置于气态双氧水的氛围中进行电晕放电处理；具体的，两个电极401、402呈上下对称布置，聚四氟乙烯材料500通过硅胶垫403置于电极401上。
进一步的，密闭腔室100通过管路连接有双氧水容器300，与加湿器200连通的管路外接风机600，当电晕处理结束后，通过风机向密闭腔室100内通入空气，将气态双氧水溶液通入双氧水容器300中进行回收利用。
实施例1
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数800#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)将加湿器中注入双氧水溶液，气化双氧水溶液，双氧水浓度26％，将气化的双氧水溶液通入电晕放电机的极板中；
(4)待气体充满极板后，利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理，处理电流1.5A，处理时间35秒；
(5)电晕处理结束后，向电晕机极板通入空气，将气化的双氧水通入收集装置中；
(6)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
实施例2
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数120#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)将加湿器中注入双氧水溶液，气化双氧水溶液，双氧水浓度23％，将气化的双氧水溶液通入电晕放电极的极板中；
(4)待气体充满极板后，利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理2.5A,处理38秒；
(5)电晕处理结束后，向电晕机极板通入空气，将气化的双氧水通入收集装置中；
(6)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
实施例3
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数80#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)将加湿器中注入双氧水溶液，气化双氧水溶液，双氧水浓度21％，将气化的双氧水溶液通入电晕放电极的极板中；
(4)待气体充满极板后，利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理3.5A,处理40秒；
(5)电晕处理结束后，向电晕机极板通入空气，将气化的双氧水通入收集装置中；
(6)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
对比例1
钠-萘溶液法处理聚四氟乙烯，具体方法为：
(1)对聚四氟乙烯板材表面利用丙酮进行清洗，去除表面油污和脏物；
(2)将清洁的聚四氟乙烯板材利用钠萘溶液进行表面刷涂，涂抹均匀后放置10min，钠萘溶液指的是萘和钠溶于四氢呋喃中形成的黑褐色的液体，配比为，萘128g:钠23g:四氢呋喃1000ml；
(3)再用温水清洗除去药品残留物，放置10min，待聚四氟乙烯表面呈深棕色，即为处理完毕，晾干得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
对比例2
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数800#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理，处理电流1.5A，处理时间35秒；
(4)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
对实施例1～3、对比例1～2得到的聚四氟乙烯板材以及未处理的聚四氟乙烯板材(空白组)进行接触角测试，测试结果如表1所示。
表1
项目 接触角/°
实施例1 38
实施例2 47
实施例3 58
对比例1 76
对比例2 72
空白组 121
实施例1和对比例1、2的接触角测试照片如图2所示，由图2可以看出，本发明方法所得的表面改性聚四氟乙烯板材(图2a)的表面具有优良的浸润性能。
实施例4
本实施例4的方法与实施例1基本相同，将待处理的聚四氟乙烯板材分隔成两半，一半未经砂纸打磨直接进行实施例1的步骤(2)～(6)，另一半采用如表2所示的砂纸目数进行打磨处理，后经实施例1的步骤(2)～(6)后获得的表面改性的聚四氟乙烯板材；其中，双氧水浓度25％，电流1.5A,处理时间40s。
对比同一块聚四氟乙烯板材未经打磨和经砂纸打磨的接触角，测试结果如表2所示。
表2
Figure SMS_1
从表2可以看出，砂纸打磨对接触角有一定的影响，砂纸打磨后，材料变得粗糙，比表面积加大，经过双氧水电晕处理后接触角比未用砂纸打磨的要略微小一些。从接触角降低的幅度来看，选择砂纸目数800#打磨处理的效果最佳。
实施例5
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数800#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)将加湿器中分别注入浓度为1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％双氧水溶液，气化双氧水溶液，将气化的双氧水溶液通入电晕放电机的极板中；
(4)待气体充满极板后，利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理，处理电流1.5A，处理时间40秒；
(5)电晕处理结束后，向电晕机极板通入空气，将气化的双氧水通入收集装置中；
(6)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
对得到的表面改性的聚四氟乙烯板材进行接触角测试，测试结果如表3所示。
表3
双氧水浓度/％ 1 5 10 15 20 25 30
接触角/° 68 64 62 61 47 44 48
从表3可以看出，在双氧水浓度较低时(1％～20％)，处理后接触角大于浓度20％～25％处理后的接触角；当双氧水浓度继续增加至30％，接触角不再继续减小。双氧水浓度低处理效果较弱，双氧水浓度高用量大成本高，综合考虑，合适的双氧水浓度在21％～26％左右。
实施例6
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数800#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)将加湿器中注入双氧水溶液，气化双氧水溶液，双氧水浓度25％，将气化的双氧水溶液通入电晕放电机的极板中；
(4)待气体充满极板后，利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理，分别采用电流0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、3.5A、4A处理，处理时间40秒；
(5)电晕处理结束后，向电晕机极板通入空气，将气化的双氧水通入收集装置中；
(6)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
对得到的表面改性的聚四氟乙烯板材进行接触角测试，测试结果如表4所示。
表4
电流/A 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
接触角/° 70 65 46 48 50 53 56 65
从表4可以看出，当电流从0.5A逐渐增加至1.5A时，处理后的接触角逐渐减小，继续增加电流，处理后的接触角反而增加，这说明并不是电流越大处理效果越好，这可能是由于在高电流时，高电流对材料的热作用也越大，这促进材料表层内侧的分子链热运动到材料表层外侧，因此高电流处理效果并不理想，接触角偏大。从测试数据来看，合适的电流在1.5～3.5A之间。
实施例7
(1)将待处理的聚四氟乙烯板材表面用砂纸进行打磨，砂纸目数800#；
(2)将打磨好的聚四氟乙烯板材清洗干净，晾干后放入电晕放电机的极板中；
(3)将加湿器中注入双氧水溶液，气化双氧水溶液，双氧水浓度25％，将气化的双氧水溶液通入电晕放电机的极板中；
(4)待气体充满极板后，利用电晕放电对聚四氟乙烯材料进行处理，处理电流1.5A，分别处理10秒、20秒、30秒、40秒、50秒、60秒、70秒、80秒；
(5)电晕处理结束后，向电晕机极板通入空气，将气化的双氧水通入收集装置中；
(6)打开极板，得到表面改性的聚四氟乙烯板材。
对得到的表面改性的聚四氟乙烯板材进行接触角测试，测试结果如表5所示。
表5
时间/s 10 20 30 40 50 60 70 80
接触角/° 71 59 47 46 48 49 52 54
从表5可以看出，当处理时间从10s逐渐增加至40s时，处理后的接触角逐渐减小，继续增加电流，处理后的接触角反而增加，这说明并不是处理时间越长处理效果越好。从测试数据来看，合适的处理时间在30～60s之间。
本发明利用加湿器的雾化作用，将液态双氧水溶液，雾化为气态双氧水溶液，双氧水本身具有强的氧化性能，同时在受热过程中会产生氧气，增加电晕放电极板之间的氧气含量，又不至于浓度过高引起危险，在电晕极板电场的强力放电作用下，材料表面空间的含有气态双氧水和水的空气被电离，在双氧水的氧化作用，双氧水分解的氧气及空气中的氧气的变成臭氧的氧化作用，以及电离的各种带电离子的高速冲击作用下，材料表面形貌发生一定的改变，表面变得粗糙，比表面积增大，材料表面有大量的活性基团，加之砂纸的打磨，材料表面的粗糙度提高增加了比表面积，综合的作用使得通过本文提出的这种方式能够获得更好的比现有聚四氟处理技术(化学腐蚀法“萘钠溶液法”)表面处理效果更好的处理效果。
本发明在利用电晕放电极进行电晕处理的过程中，让极板之间充满气态的双氧水，双氧水在电晕处理过程中分解成水和氧气，没有环境污染和人体健康伤害的危险，多余的双氧水并可回收再利用，减少了材料的浪费。经过本方法改性的聚四氟乙烯表面具有良好的浸润性能，接触角可小到60°以下。
本发明的材料改性方法无需专业设备，对先用相关设备进行简单的组合和简易改动即可进行工作，所用材料简单、费用低廉，操作简单易行，处理过程绿色环保无毒无污染。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：包括，将聚四氟乙烯材料置于气态双氧水的氛围中进行电晕放电处理；
所述气态双氧水为将液态双氧水溶液经雾化处理为气态双氧水溶液，所述液态双氧水溶液的浓度为21~26%；
所述聚四氟乙烯材料为聚四氟乙烯板材。
2.如权利要求1所述的聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：所述电晕放电处理，处理电流为1.5～3.5A，处理时间为30~60s。
3.如权利要求2所述的聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：所述电晕放电处理，将聚四氟乙烯材料置于电晕放电的两电极之间，两电极之间的空间充满气态双氧水。
4.如权利要求3所述的聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：电晕放电的所述两电极置于密闭腔室内，所述密闭腔室内充满气态双氧水。
5.如权利要求1~4中任一项所述的聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：还包括，采用机械或物理或化学方法预先对所述聚四氟乙烯材料表面进行粗糙化处理。
6.如权利要求5所述的聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：采用砂纸对所述聚四氟乙烯材料表面进行粗糙化处理。
7.如权利要求6所述的聚四氟乙烯表面改性方法，其特征在于：所述砂纸目数为80～800目。
8.如权利要求1~7中任一项所述的聚四氟乙烯表面改性方法得到的聚四氟乙烯，其特征在于：所述聚四氟乙烯的表面接触角小于60°。
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