一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法与流程

1.本发明属于聚四氟乙烯的加工技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法。


背景技术：

2.聚四氟乙烯具有高度的化学稳定性和卓越的耐化学腐蚀能力，如耐强酸、强碱、强氧化剂等，有突出的耐热、耐寒及耐磨性，长期使用温度范围为
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200～ 250℃，还有优异的电绝缘性，且不受温度与频率的影响。但是其较差的表面粘结性极大的限制了其在高技术领域的应用。传统的聚四氟乙烯表面处理技术多以化学蚀刻方法进行，用药液(比如萘钠处理液)接触聚四氟乙烯制品表面，使聚四氟乙烯分子链脱氟并嫁接活性基团，实现表面活性化从而增加粘接性能。但该方法有废水排放、处理液回收、生产环境易燃易爆等问题，不符合日益严格的环境保护要求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法，安全环保且刻蚀后的聚四氟乙烯粘接性能良好。
4.本发明提供了一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法，包括以下步骤：将聚四氟乙烯表面进行激光蚀刻；
5.所述激光的波长为4～15μm。
6.优选的，所述激光的波长为6～10.6μm。
7.优选的，所述激光的输出功率为50w～200w。
8.优选的，所述激光的输出功率为80w～100w。
9.优选的，所述激光的扫描速度≤7000mm/s。
10.优选的，所述聚四氟乙烯表面在激光蚀刻前的翘曲度≤2mm。
11.优选的，所述激光蚀刻在激光发生器中进行，所述激光发生器为气体激光发生器，所述气体激光发生器的工作气体为二氧化碳、氮气和氦气的混合气体。
12.优选的，所述激光蚀刻的步骤包括：将聚四氟乙烯固定，调节聚四氟乙烯与激光发生器之间的距离，使聚四氟乙烯表面处于激光焦距处，设置激光输出功率和激光扫描速度，使激光对聚四氟乙烯表面实施扫射。
13.优选的，所述激光蚀刻前还包括对聚四氟乙烯进行清洁。
14.优选的，所述激光蚀刻后还包括对聚四氟乙烯进行冷却。
15.有益效果：
16.本发明提供了一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法，包括以下步骤：将聚四氟乙烯表面进行激光蚀刻；所述激光的波长为4～15μm。本发明采用激光对聚四氟乙烯表面进行蚀刻，克服了传统化学刻蚀技术所带来的环境污染等因素。本发明采用激光蚀刻的物理方法将聚四氟乙烯的表面刻蚀成微孔结构，增大了聚四氟乙烯与粘结剂接触的面积，并且粘接
剂进入微孔后会产生物理钩锁效果，同时聚四氟乙烯表面在激光蚀刻时发生了脱氟从而实现了表面的化学改性，两者的共同作用使聚四氟乙烯由不粘性变成能跟粘结剂粘接。在本发明中，4～15μm 的激光波长可以保证聚四氟乙烯对激光能量的高吸收率，若超出上述波长范围，会使聚四氟乙烯对激光能量吸收率变差从而导致激光无法对聚四氟乙烯产生蚀刻作用。实施例的结果表明，本发明的聚四氟乙烯经激光蚀刻后与粘接剂的剥离强度为48.5～59.2n/10mm，与现有技术中萘钠蚀刻的聚四氟乙烯与粘结剂的剥离强度相近。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为实施例3经过激光刻蚀后聚四氟乙烯表面的sem图；
19.图2为对比例1未处理的聚四氟乙烯表面的sem图；
20.图3为实施例3经过激光刻蚀后聚四氟乙烯表面在不同放大倍率下的sem 图，其中a为500x放大倍率下的sem图，b为1000x放大倍率下的sem图， c为2000x放大倍率下的sem图，d为5000x放大倍率下的sem图；
21.图4为实施例3激光处理前的聚四氟乙烯表面元素分析图谱，其中a为图谱1～2的位置，b和c分别为图谱1～2的元素分析图谱；
22.图5为实施例3激光处理后的聚四氟乙烯表面进行元素图谱，其中ⅰ为图谱1～5的位置，ⅱ～
ⅴ
分别为图谱1～5的元素分析图谱；
23.图6为对实施例1～3及对比例1～2中的聚四氟乙烯进行粘接力测试完的实物照片。
具体实施方式
24.本发明提供了一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法，包括以下步骤：将聚四氟乙烯表面进行激光蚀刻；
25.所述激光的波长为4～15μm。
26.在本发明中，所述激光波长为4～15μm，优选为6～10.6μm，更优选为7～8μm；本发明采用上述波长的激光可以保证聚四氟乙烯对激光能量的高吸收率，若超出上述波长范围，会使聚四氟乙烯对激光能量吸收率变差从而导致激光无法对聚四氟乙烯产生蚀刻作用。
27.在本发明中，所述激光的功率优选为50w～200w，更优选为80w～100w，进一步优选为85～95w。所述激光的扫描速度优选≤7000mm/s，更优选为 3000mm/s～5000mm/s，进一步优选为3500～4500mm/s。本发明控制激光输出功率和激光扫描速度在上述范围，保证了单位面积上接受的激光能量在合适范围，既能防止能量过大聚四氟乙烯表面被完全破坏，又能防止能量过小没法形成较好的微观构造和无法进行脱氟改性，导致粘接性下降。
28.在本发明中，所述聚四氟乙烯表面的翘曲度优选≤2mm。翘曲度保持在上述范围可以保证聚四氟乙烯待处理面处于激光的焦距范围，能接收最大的激光能量从而实现对表面
的蚀刻。
29.在本发明中，所述激光蚀刻优选在激光发生器中进行；所述激光发生器优选为气体激光发生器；所述气体激光发生器的工作气体优选为二氧化碳、氮气和氦气的混合气体。在本发明的实施例中，所述激光发生器具体为新锐ti100型激光发生器。
30.在本发明中，所述激光刻蚀前优选还包括对聚四氟乙烯进行清洁，本发明对所述清洁的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的清洁方式即可。
31.在本发明中，所述激光蚀刻的步骤优选包括：将聚四氟乙烯固定，调节聚四氟乙烯与激光发生器之间的距离，使聚四氟乙烯表面处于激光焦距处，设置激光输出功率和激光扫描速度，使激光对聚四氟乙烯表面实施扫射。本发明对所述聚四氟乙烯与激光发生器之间的距离没有特殊限定，使聚四氟乙烯激光焦距处即可，本领域技术人员可根据不同的激光发生器将聚四氟乙烯调整至激光焦距处。
32.在本发明中，所述激光刻蚀后优选还包括将刻蚀后的聚四氟乙烯进行冷却。本发明对所述冷却的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可，具体的如吹气冷却。在本发明中，所述冷却的作用是降低聚四氟乙烯的温度，防止烫伤。
33.在本发明中，经过激光蚀刻后的聚四氟乙烯表面由平整状态变为了多孔结构，这增大了聚四氟乙烯与粘结剂接触的面积，并且粘接剂进入微孔后会产生物理钩锁效果，同时聚四氟乙烯表面在激光蚀刻时发生了脱氟从而实现了表面的化学改性，两者的共同作用使聚四氟乙烯由不粘性变成能跟粘结剂粘接，提高了粘接效果。
34.为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种聚四氟乙烯表面的蚀刻方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
35.以下实施例中采用的激光发生器为新锐ti100型激光发生器，工作气体为二氧化碳、氮气和氦气的混合气体，其中二氧化碳的体积含量为4.5～16％，氮气的体积含量为5.5～55％。控制系统使用北京金橙子软件进行设定。以下实施例和对比例所用聚四氟乙烯材料的表面翘曲度≤2mm。
36.实施例1
37.1)将平整且干净的聚四氟乙烯材料放置在激光发生器的承载物上固定；
38.2)调节聚四氟乙烯与激光发生器之间的距离，使需要蚀刻的聚四氟乙烯表面处于激光焦距处；
39.3)设置激光功率为100w，蚀刻速度为3000m/s，激光波长为10.6μm，使激光对聚四氟乙烯表面实施扫射；
40.4)扫描结束后取下聚四氟乙烯材料，吹气冷却。
41.实施例2
42.激光功率为100w，蚀刻速度为2000m/s，其余与实施例1相同。
43.实施例3
44.激光功率为80w，蚀刻速度为3500m/s，其余与实施例1相同。
45.对比例1
46.以未处理的聚四氟乙烯作为对比例1。
47.对比例2
48.以萘钠蚀刻的聚四氟乙烯作为对比例2。
49.对比例3
50.激光功率为30w，蚀刻速度为3500m/s，其余与实施例1相同。
51.对比例4
52.蚀刻速度为10000m/s，其余与实施例1相同。
53.对比例5
54.采用波长为2.8μm的光纤激光，功率为80w。其余与实施例1相同。
55.对比例6
56.采用波长为1.064μm，蚀刻速度：3000mm/s，功率：80w。其余与实施例1 相同。
57.剥离实验
58.选用台湾施敏打硬股份有限公司的575h产品作测试，粘接条件及方法采用的是粘接剂厂家提供的技术标准。每个实施例和对比例均制作5个样品，粘接完成后，使用拉伸机进行180
°
剥离测试，拉伸速度200mm/min。测试结果如表 1所示，测试完的实物照片如图6所示。
59.表1实施例和对比例的剥离测试结果
[0060][0061]
由表1可知，聚四氟乙烯通过本发明的激光蚀刻处理能大大提高与粘接剂的剥离强度，且与现在常规的萘钠蚀刻结果相近。
[0062]
对实施例3中激光刻蚀后的聚四氟乙烯表面进行扫描电镜观察，结果如图1 所示。由图1可知，经过激光蚀刻后的聚四氟乙烯表面为多孔结构。
[0063]
对对比例1中的聚四氟乙烯表面进行扫描电镜观察，结果如图2所示。由图2可知，未刻蚀的聚四氟乙烯表面呈平整状态。
[0064]
对实施例3中经过激光刻蚀后聚四氟乙烯表面在不同放大倍率下进行扫描电镜观察，结果如图3所示。
[0065]
由图2和图3可知，经过激光蚀刻后的聚四氟乙烯表面由平整状态变为了多孔结构。
[0066]
对实施例3中激光处理前聚四氟乙烯表面进行元素图谱分析，结果如表2 及图4所示；
[0067]
对实施例3中激光处理后的聚四氟乙烯表面进行元素图谱分析，结果如表3 及图5所示。
[0068]
表2激光处理前元素分析图谱结果
[0069][0070]
表3激光处理后元素分析图谱结果
[0071]
[0072][0073]
由表2～3及图4～5可知，本发明中经过激光蚀刻的聚四氟乙烯表面f元素的原子百分比由处理前的62.35～64.40％降低到34.82～50.46％，说明部分c-f 键被打断，产生了脱氟的效果，并且和空气中的氮结合生成了c-n键。
[0074]
对比例3得到的聚四氟乙烯表面目测，未看到有明显的蚀刻现象，并且涂完粘接剂后用手可以毫不费力把聚四氟乙烯板剥离下来，粘接性能差。
[0075]
对比例4得到的聚四氟乙烯表面目测，有明显的未处理到的区域，不符合要求。
[0076]
对比例5聚四氟乙烯表面目测，没有蚀刻效果。
[0077]
对比例6得到的聚四氟乙烯用手触摸材料表面，发现材料温度无任何变化，肉眼也看不到表面有任何变化，推测材料对该波长激光的吸收非常差。做涂胶测试发现无法粘接，在粘接性方面与未处理的ptfe没有区别。
[0078]
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。