聚甲醛（ Polyoxymethylene, POM ）是大分子链中含有氧化亚甲基重复结构单元的一类弱极性的高结晶性聚合物，熔点相对较高，它的分子结构式如图1所示。聚甲醛为白色半透明或淡黄色，制品表面光滑有光泽，具有优异的力学性能和耐疲劳性，抗冲击强度较高，自滑性、耐磨性、电绝缘性良好，化学性能也比较稳定，常常被称为“金属塑料”、“超钢”等。正是由于POM的这些特点，使它广泛应用在工业、机械业、汽车行业、日用品行业等领域。

图1 聚甲醛的分子结构式

聚合物材料存在着大量的界面和表面，特别是在涉及到吸附、摩擦、导电、表面硬度、粘结等场合时，聚合物材料的表面性能往往起到至关重要的作用。聚合物材料的表面存在弱边界层（Weak boundary layer），导致聚合物材料的表面能低、化学惰性等，这往往限制了聚合物材料在印刷、粘结等领域的应用。为了满足社会对聚合物材料性能的需求，解决其在印刷、粘结等领域存在的问题，常常需要对聚合物材料进行表面改性。

等离子体改性处理对聚甲醛（POM）粘接性能的影响

低温等离子体作用于高分子材料时主要产生四种效果：表面清洁、微蚀刻、交联和表面活化。这四种效应往往同时发生，其中一种或多种效应占据主导地位。然而，这些效应仅仅作用于高分子材料表面薄薄的一层（大约只有100埃），并不会改变高分子材料的外观及本体性能

在用等离子体处理POM表面时，等离子体中的电子、离子等高能粒子不断地撞击聚合物表面，在聚合物表面产生溅射侵蚀、化学侵蚀，使得聚合物表面产生纳米级别的凹凸、沟槽、微缝隙，增大了聚合物表面粗糙度，增加了比表面积，有效地改善了聚合物的润湿性、粘结性等性能。

图  2  聚甲醛表面的 AFM 图像：（ c ）未处理 POM ；（ d ）已处理POM 

图2显示了等离子体处理前后POM的AFM图像。未经处理的POM的表面相对光滑。然而，经过等离子体处理后POM的表面形态发生了变化，表面变得相对粗糙。而且，从图2可以清楚地看出，等离子体对POM的刻蚀效果非常显著。可以很明显的观察到处理过的POM表面产生很多均匀的凹凸、沟槽、微缝隙，刻蚀痕迹较为均匀，增大了材料的表面粗糙度，增加了比表面积。

聚合物表面粗糙度的增加使得焊接过程中上下层材料在熔融状态时易形成机械微铆接，且增大了彼此之间的相互接触反应面积，易形成范德华力或发生化学反应，这些对于聚甲醛粘接强度的提高都是有利的。等离子体处理后的聚合物表面粗糙度明显增大，这增强了聚合物之间的机械互锁，对聚合物粘结性能的提高起着重要的影响。

等离子体中存在多种活性粒子，这些粒子都具有较高的能量，在POM等离子体表面改性过程中，这些高能粒子不断轰击POM表面，能够将POM表面分子间的化学键打开，生成自由基。这些自由基在氧气气氛下，或当聚合物暴露在空气中时，就会结合其它的原子或分子，尤其是氧气，在POM表面引入大量的含氧基团，如-COOH，C-O，C=O，-OH等。

等离子体处理前后聚甲醛的全谱图如图3所示

图 3  POM表面XPS 能谱图

XPS结果表明，未处理之前的聚甲醛表面氧元素含量较低，而经过等离子体改性后的聚甲醛表面氧元素含量变高。这表明聚合物经过等离子体处理后会在其表面引入含氧基团。

综上所述：等离子体改性处理显著地提高了POM的表面自由能，提高了POM表面的润湿性。并且等离子体处理在改善聚甲醛粘接性能方面具有处理时间短、效果明显、环保无污染、不改变材料的外观及本体性能等一系列优点。