[发明专利]一种大气压低温等离子体沉积功能性涂层的方法

说明书

本发明公开了一种大气压低温等离子体沉积功能性涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)样品准备：选取橡胶材料，对所述橡胶材料进行预处理，制得样品；(2)搭建大气压等离子体射流沉积薄膜装置；(3)大气压等离子体射流沉积薄膜实验。该方法在大气压环境下进行，以含极性基团的化合物为反应前驱物，Ar为载气，在低温等离子体的作用下，前驱物在目标材料表面发生化学反应，在材料表面快速喷涂沉积生成含极性基团的功能性涂层。本发明可简单、快速的在橡胶材料表面沉积功能性涂层，并不影响材料本体的机械性能，具备成本低廉、装置简便、灵活高效等优点，适合投入大规模工业生产应用。

技术领域

本发明属于绝热材料表面处理技术领域，具体涉及一种大气压低温等离子体沉积功能性涂层的方法。

背景技术

绝热层是固体火箭发动机中的隔热材料，具有良好的耐烧蚀、耐热、抗冲刷等性能，其主要作用是确保发动机工作时将结构的温度限定在允许的范围内。橡胶(如丁腈橡胶、三元乙丙橡胶)是一种优良的绝热材料，但是其分子链中不存在极性基团，表面极性低且存在弱边界层，化学性质不活泼，从而导致其粘接性能很差，尤其是很难与金属粘接。绝热材料与燃烧室壳体的粘接效果严重影响着装药质激，若是粘接效果不好甚至导致试车失败。因此，橡胶绝缘材料在使用前需进行表面处理，加大表面的粗糙度，增大表面能，从而提高粘接性能。

目前，绝热材料的表面处理方法主要包括：辐射接枝、表面氧化、物理包覆、人工打磨等。在传统工艺中，使用人工砂纸打磨处理可提高其界面粘接性能，但这种手工打磨的方式处理存在诸如处理效果不均一、处理效率低等问题。其他方法在工程应用时也存在不同困难。公开号为CN108752609A的专利提出了利用一种氩气介质低温等离子体处理天然橡胶硫化胶提高粘接性能的方法。但这种方法只是利用等离子体处理表面，没有形成功能性涂层，处理后表面性能容易老化。并且此专利利用低气压氛围处理，装置复杂，不适合大规模工业应用。公开号为CN102958674B的专利介绍了一种处理包含橡胶材料的物体用于制造车辆轮胎工艺中的胶囊的表面的方法，目的为获得橡胶材料表面的排斥性质，粘接性能并无提升。

近年来发展起来的低温等离子体处理技术(LTP)由于具有快速、高效、清洁以及不伤害基体本身性能等优点，因而受到广泛关注。低温等离子体处理技术通过高压放电生成电离气体，其中存在大量活性粒子，这些活性粒子使材料表面发生刻蚀、活化、交联等反应，从而改变材料表面性能。该作用过程中仅涉及表面的纳米量级厚度，改善材料表面性能的同时并不影响整体的物理化学特性，近些年成为了低温等离子体和材料改性领域的研究热点。因此，研究等离子体改性技术提高橡胶绝热层界面的粘接性能具有重要的工程应用价值和可行性。

目前常用的表面处理方法比如人工打磨，虽然有一定的作用，但存在诸如处理效果不均一、处理效率低及有毒溶剂清洗带来的操作人员的健康等问题。其他表面处理方式需要的处理条件较为苛刻且时间长，效率低，不灵活，不适合大规模工业化应用。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种大气压低温等离子体沉积功能性涂层的方法；提高橡胶粘接性能。本发明的方法结合大气压等离子体增强气相沉积技术(PECVD)，利用含极性基团化合物作为前驱物，在橡胶材料表面喷涂沉积，引入大量的极性基团，形成稳定的功能性涂层，可有效提高橡胶表面的亲水性，使橡胶获得长时稳定的高强度粘接性能。该方法所用等离子沉积装置结构简单，操作方便，可在大气压条件下进行，且沉积时间短，有效降低处理成本，提高操作效率。通过控制气体流量、反应前驱物浓度、气隙距离和沉积时间等参数可优化和调控涂层的均匀性、致密性及厚度等。另外，该装置可扩展为多管阵列，对绝热材料进行大面积多角度喷涂沉积，适合投入大规模工业化生产应用。

一种大气压低温等离子体沉积功能性涂层的方法，通过等离子体沉积功能性涂层，引入极性基团，调控表面亲水性，提高橡胶材料表面粘接性能的方法。

采用的技术方案包含以下内容：

一种大气压低温等离子体沉积功能性涂层的方法，包括以下步骤：