溫 惠 ， 程玲玲 ， 魏永飛 ， 侯景杰 ， 徐海濤

(1.河南駝人醫(yī)療器械研究院有限公司 ， 河南 長垣 453400 ； 2.河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應用重點試驗室 ， 河南 長垣 453400)

目前，國內(nèi)黏接技術(shù)是使用適當?shù)慕宇^形式和合理的黏接工藝而達到連接目的。近年來，黏接技術(shù)的應用已滲入到國民經(jīng)濟中的各個部門，成為工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)，在高技術(shù)領(lǐng)域中的應用也十分廣泛[1-2]。但是黏接效果依然會受到周圍極端環(huán)境的影響：①膠黏劑在暴露于高溫環(huán)境下，會發(fā)生某種程度的降解，力學性能降低，因此黏接強度會降低。②膠黏劑在濕熱環(huán)境下會水解而喪失強度和硬度，嚴重時甚至液化；水還會滲入膠層，取代黏接界面的膠黏劑，從而使黏接強度降低。③在超低溫條件下接頭內(nèi)會產(chǎn)生應力集中和應力梯度，從而影響接頭黏接效果[3-4]。

TPU管和ABS接頭的黏接效果同樣也受上述幾種環(huán)境因素影響，本文中的試驗為了增強TPU管和ABS接頭的黏接強度，減少外部環(huán)境對黏接效果的影響，采用等離子處理的方法，即對TPU管進行等離子處理，以增強TPU管的浸潤效果和親水性，從而增強TPU管和ABS接頭的黏接效果。

1 試驗部分

1.1 試驗對象

試驗材料：TPU管、ABS接頭。試驗儀器：等離子處理器、接觸角測量儀、伺服控制拉力試驗機、點光源固化機。試驗膠水：固化膠(GB101N)。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗步驟

①在未黏接前，將TPU管各取10根(共30根)分別進行等離子處理 60、120、240 s作為試驗組；再取10根TPU管不進行等離子處理作為對照組，然后分別測試試驗組和對照組的接觸角。②用GB101N固化膠對試驗組和對照組的TPU管和ABS接頭分別進行黏接，并使用點光源固化機對其進行固化，固化時間為20 s，固化結(jié)束后分別對試驗組和對照組進行斷裂力測試。

1.2.2接觸角測量法

將水滴滴到一平滑均勻的TPU管表面上，若不鋪展，將形成一平衡、靜態(tài)的液滴，其形狀由固液氣三相交界處所作氣液界面之切線經(jīng)液滴至固液界面所成之夾角決定，此角稱為水滴在TPU管表面上的接觸角，或稱潤濕角；接觸角常以θ表示，θ越小，潤濕過程越易進行。習慣上，θ>90°，為不潤濕；θ<90°，為潤濕[5]。

本次試驗中就是使用上述液滴法測量接觸角，在試驗中，選用基準線和圓形測量法測量TPU管的接觸角，圓弧切線與基準線的夾角為該時刻的接觸角，如圖1所示。

圖1 接觸角

2 結(jié)果與討論

2.1 黏接效果數(shù)據(jù)分析

2.1.1接觸角測試分析

對試驗組和對照組分別進行接觸角測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 接觸角測量數(shù)據(jù)

由表1可以看出，與對照組的情況相比，試驗組接觸角更小、更穩(wěn)定，說明試驗組潤濕過程更易進行。對比試驗組中處理60、120、240 s的三種情況，處理120 s的接觸角最小，最穩(wěn)定，且親水性明顯增強。由此表明，等離子處理可增強材料親水性，且處理120 s為最佳處理條件。

2.1.2斷裂力測試分析

對黏接后的試驗組和對照組進行斷裂力測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，與對照組的情況相比，試驗組的斷裂力明顯變大，說明試驗組的黏接效果更牢固。對比試驗組中處理60、120、240 s的三種情況，處理120 s的斷裂力最穩(wěn)定，由此表明，等離子處理可增強黏接強度，且處理120 s為最佳處理條件。

表2 斷裂力測試數(shù)據(jù)

2.2 平均值和標準差分析

2.2.1接觸角平均值和標準差分析

對TPU管接觸角測試數(shù)據(jù)進行平均值和標準差分析，結(jié)果如表3所示。

表3 接觸角平均值和標準差結(jié)果分析

由表3可知，對比試驗組和對照組的情況，接觸角的平均值分別為98.70°、28.09°、22.32°、20.23°，標準差分別為6.90°、9.27°、4.42°、7.63°；由此可見，處理后的浸潤效果更好，并且處理120 s為最佳條件。

由表3可知，當?shù)入x子體處理時間從0 s增加到240 s時，靜態(tài)水接觸角隨著處理時間的延長總體上可以分為兩個階段：第一階段(處理時間 0～120 s)，TPU管表面的接觸角呈現(xiàn)出銳減的趨勢，由0 s時的98.70°急劇下降到22.32°，TPU管表面的親水性大幅提高。第二階段(處理時間120～240 s)，TPU管表面的接觸角隨時間的繼續(xù)增加略有降低,基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。這可能是因為在整個改性過程的前120 s內(nèi)，隨著處理時間的增加，TPU管表面被活化,引入的親水性基團逐漸增多，同時刻蝕作用加強，TPU管表面的比表面積增大，從而導致TPU管表面的親水性不斷提高。隨著處理時間持續(xù)增大，TPU管表面含氧基團的植入率達到最大值以后便逐漸趨于穩(wěn)定，再延長處理時間對TPU管表面的親水性影響不大[6-7]。

2.2.2斷裂力平均值和標準差分析

對TPU管和ABS接頭黏接后斷裂力測試數(shù)據(jù)進行平均值和標準差分析，結(jié)果如表4所示。

表4 斷裂力平均值和標準差結(jié)果分析

由表4可知，對比試驗組和對照組的情況，斷裂力的平均值分別為15.59、22.32、21.71、13.98 N，標準差分別為1.68、4.87、3.53、3.23 N。試驗組比對照組的斷裂力更高、更穩(wěn)定，由此可見，處理后的黏接效果更好；在試驗組的三組中，處理120 s的斷裂力最高且穩(wěn)定，所以處理120 s為最佳條件。

3 結(jié)語

本文中將TPU管分別等離子處理60、120、240 s作為試驗組，未做等離子處理的TPU管作為對照組，分別進行接觸角測試。本文利用平均值和標準差對其測試數(shù)據(jù)進行分析，四組接觸角的平均值分別為98.70°、28.09°、22.32°、20.23°，標準差分別為6.90°、9.27°、4.42°、7.63°。結(jié)果表明，接觸角在處理120 s的情況下最小、最穩(wěn)定，由此可得，處理后的浸潤效果更好，且處理120 s為最佳處理時間。

將試驗組和對照組分別以相同的黏接工藝與ABS接頭黏接，然后分別進行斷裂力測試。利用試驗組和對照組的斷裂力的平均值和標準差對其測試數(shù)據(jù)進行分析，四組斷裂力的平均值分別為15.59、22.32、21.71、13.98 N，標準差分別為1.68、4.87、3.53、3.23 N。結(jié)果表明，在處理120 s的情況下斷裂力最大、最穩(wěn)定，由此可見，處理后的黏接效果更好，且處理120 s為最佳處理時間內(nèi)。

由上述結(jié)論可得，等離子處理可以增強TPU管和ABS接頭的黏接效果，且處理120 s黏接效果達到最佳狀態(tài)，因此處理120 s為最佳處理時間。