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聚甲醛（ Polyoxymethylene, POM ）是大分子鏈中含有氧化亞甲基重復結構單元的一類弱極性的高結晶性聚合物，熔點相對較高，它的分子結構式如圖1所示。聚甲醛為白色半透明或淡黃色，制品表面光滑有光澤，具有優(yōu)異的力學性能和耐疲勞性，抗沖擊強度較高，自滑性、耐磨性、電絕緣性良好，化學性能也比較穩(wěn)定，常常被稱為“金屬塑料”、“超鋼”等。正是由于POM的這些特點，使它廣泛應用在工業(yè)、機械業(yè)、汽車行業(yè)、日用品行業(yè)等領域。

圖1 聚甲醛的分子結構式

聚合物材料存在著大量的界面和表面，特別是在涉及到吸附、摩擦、導電、表面硬度、粘結等場合時，聚合物材料的表面性能往往起到至關重要的作用。聚合物材料的表面存在弱邊界層（Weak boundary layer），導致聚合物材料的表面能低、化學惰性等，這往往限制了聚合物材料在印刷、粘結等領域的應用。為了滿足社會對聚合物材料性能的需求，解決其在印刷、粘結等領域存在的問題，常常需要對聚合物材料進行表面改性。

等離子體改性處理對聚甲醛（POM）粘接性能的影響

低溫等離子體作用于高分子材料時主要產(chǎn)生四種效果：表面清潔、微蝕刻、交聯(lián)和表面活化。這四種效應往往同時發(fā)生，其中一種或多種效應占據(jù)主導地位。然而，這些效應僅僅作用于高分子材料表面薄薄的一層（大約只有100埃），并不會改變高分子材料的外觀及本體性能

在用等離子體處理POM表面時，等離子體中的電子、離子等高能粒子不斷地撞擊聚合物表面，在聚合物表面產(chǎn)生濺射侵蝕、化學侵蝕，使得聚合物表面產(chǎn)生納米級別的凹凸、溝槽、微縫隙，增大了聚合物表面粗糙度，增加了比表面積，有效地改善了聚合物的潤濕性、粘結性等性能。

圖  2  聚甲醛表面的 AFM 圖像：（ c ）未處理 POM ；（ d ）已處理POM 

圖2顯示了等離子體處理前后POM的AFM圖像。未經(jīng)處理的POM的表面相對光滑。然而，經(jīng)過等離子體處理后POM的表面形態(tài)發(fā)生了變化，表面變得相對粗糙。而且，從圖2可以清楚地看出，等離子體對POM的刻蝕效果非常顯著?？梢院苊黠@的觀察到處理過的POM表面產(chǎn)生很多均勻的凹凸、溝槽、微縫隙，刻蝕痕跡較為均勻，增大了材料的表面粗糙度，增加了比表面積。

聚合物表面粗糙度的增加使得焊接過程中上下層材料在熔融狀態(tài)時易形成機械微鉚接，且增大了彼此之間的相互接觸反應面積，易形成范德華力或發(fā)生化學反應，這些對于聚甲醛粘接強度的提高都是有利的。等離子體處理后的聚合物表面粗糙度明顯增大，這增強了聚合物之間的機械互鎖，對聚合物粘結性能的提高起著重要的影響。

等離子體中存在多種活性粒子，這些粒子都具有較高的能量，在POM等離子體表面改性過程中，這些高能粒子不斷轟擊POM表面，能夠?qū)OM表面分子間的化學鍵打開，生成自由基。這些自由基在氧氣氣氛下，或當聚合物暴露在空氣中時，就會結合其它的原子或分子，尤其是氧氣，在POM表面引入大量的含氧基團，如-COOH，C-O，C=O，-OH等。

等離子體處理前后聚甲醛的全譜圖如圖3所示

圖 3  POM表面XPS 能譜圖

XPS結果表明，未處理之前的聚甲醛表面氧元素含量較低，而經(jīng)過等離子體改性后的聚甲醛表面氧元素含量變高。這表明聚合物經(jīng)過等離子體處理后會在其表面引入含氧基團。

綜上所述：等離子體改性處理顯著地提高了POM的表面自由能，提高了POM表面的潤濕性。并且等離子體處理在改善聚甲醛粘接性能方面具有處理時間短、效果明顯、環(huán)保無污染、不改變材料的外觀及本體性能等一系列優(yōu)點。