硅橡胶(silicone rubber,SR)作为一种特种橡胶,它的应用领域大到国防尖端科技、航空航天、交通运输等,小到医疗用品、母婴用品、儿童玩具等,应用领域非常的广泛。目前随着硅橡胶的应用领域越来越广泛,对硅橡胶的性能也提出了越来越多的要求,例如在航空航天领域,硅橡胶作为一种密封材料除了要考虑它的耐高低温性能,同时也要考虑它与基材的粘结性能,因此对硅橡胶提出了新的考验,需要其既能做到与基材之间有很好的附着,又能维持较好的机械性能以及较强的耐高低温性能,但是众所周知,硅橡胶它的分子结构极性很低,材料的表面活性也很低,与很多的材料在不经任何处理的情况下,都很难做到粘结,为此当下有一部分研究想到通过对硅橡胶的被粘表面进行一定的处理,以此来提高材料与基材的附着效果。

等离子体作为物质存在的第四态。用等离子体来进行表面改性具有简捷、高效、环保等特点,可以广泛地应用于各类高分子材料,可通过氧等离子体处理在硅橡胶表面引入大量极性硅醇(Si-OH)基团,使材料表面由疏水性转化为亲水性，改善硅橡胶表面的粘接性能。

O2等离子体处理对硅橡胶表面亲水粘接性能的影响

表面接触角分析

静态接触角法是评估样品表面亲水性的重要方法,其与水的接触角越小,亲水性就越好,接触角越大,则亲水性越差。通过测定接触角法评价不同功率下O2等离子体处理表面活化程度,如图1所示:随着处理功率的增加,静态接触角呈先下降后上升趋势,当功率为200W时,静态接触角最小。

图1 不同等离子功率处理硅橡胶表面接触角

等离子体处理后硅橡胶表面粗糙度

采用白光干涉对O2等离子体预处理硅橡胶表面形貌变化进行检测,测定预处理后硅橡胶表面粗糙度,测试面积为25μm×25μm。图2为白光干涉法测定的样品表面形貌,图2(a)是未处理硅橡胶表面形貌,其表面平整,粗糙度为267nm;图2(b)是预处理后的硅橡胶表面形貌,其表面比未处理样品表面粗糙度增大,预处理后样品表面粗糙度为373nm。数据表明:经等离子体对硅橡胶表面预处理后,硅橡胶材料表面粗糙度增加,且等离子体对材料刻蚀作用。而且粗糙度的增加提高了粘接剂与基体间的接触面积,从而提高粘接剂与基体之间的结合力。经过等离子体处理后的高分子材料,表面粗糙度均有不同程度的增加,是由于等离子体对材料表面有刻蚀作用,进而影响液体在表面的吸附作用,最终使表面润湿性改变。

图2 等离子体处理前后硅橡胶的表面形貌

红外光谱分析

通常情况下,高分子材料经过Ar、O₂、N₂等气体等离子体处理后,会在表面引COOH、C=O、NH₂等基团,增加表面亲水性。通过对O2等离子体硅橡胶样品做红外分析,由红外谱图分析知:由图3知:3000cm^-1为C-H振动吸收峰,1280cm^-1为Si-CH3振动吸收峰,1100cm^-1为Si-O-Si振动吸收峰,750cm^-1为Si-CH₃吸收峰。在1636cm^-1处有C=O键吸收峰,另外在1419cm^-1处有羧酸的O-H弯曲振动吸收峰。所以O₂等离子体处理过样品由于生成羰基和羧基,使得硅橡胶样品的亲水性增加。

图3 等离子体处理硅橡胶红外光谱分析

综上所述：硅橡胶经低温等离子体预处理后表面活性增加,水接触角降低,表面能增加,从而提高接头胶接强度。同时表面粗糙度的增加，有利于增强粘接的机械啮合程度。