POM（聚甲醛，Polyoxymethylene）是一种高结晶度、高刚性的工程塑料，具有优异的机械性能、耐磨性和耐化学性，但表面能较低（约34-36 mN/m），且表面光滑、无极性基团，导致其在涂装、粘接、印刷等场景中存在附着力差的问题。因此，需通过针对性的表面处理工艺改善其表面特性，满足后续加工需求。以下从“工艺分类、核心工艺详解、工艺选择依据、注意事项”四个维度展开说明。
一、POM表面处理工艺分类
根据处理原理，POM表面处理工艺可分为物理改性、化学改性、等离子体改性三大类，各类工艺的核心目标均为“引入表面极性基团、增加表面粗糙度、提升表面能”，但适用场景和效果存在差异。
工艺类别 | 核心原理 | 典型工艺 | 优点 | 缺点 |
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物理改性 | 通过机械或物理作用改变表面形态（如粗糙度），不改变化学结构 | 机械打磨、喷砂、高压水射流 | 操作简单、成本低、无化学污染 | 表面粗糙度均匀性难控制；仅靠物理锚定，附着力提升有限；易损伤POM表面结构 |
化学改性 | 利用化学试剂（酸、碱、氧化剂等）与POM表面发生反应，引入羟基、羧基等极性基团，同时蚀刻表面 | 铬酸氧化、高锰酸钾氧化、硫酸-重铬酸钾氧化 | 极性基团引入稳定，附着力提升显著；工艺成熟，适合批量处理 | 化学试剂（如铬酸）有毒性、腐蚀性，需环保处理；易过度蚀刻导致POM力学性能下降 |
等离子体改性 | 利用低温等离子体（如氧气、氮气、氩气等离子）轰击POM表面，断裂C-H键、引入极性基团，同时微蚀刻表面 | 低温氧等离子体处理、氮等离子体处理 | 环保（无化学废液）、处理时间短（几秒至几分钟）；仅作用于表面（5-100nm），不损伤基材本体性能 | 设备成本高（需真空或常压等离子设备）；处理效果受等离子参数（功率、气体种类、时间）影响大，需精准控制 |
二、核心表面处理工艺详解
1. 物理改性工艺：机械打磨与喷砂
物理改性是最基础的预处理方式，主要用于提升POM表面粗糙度，为后续涂装/粘接提供“物理锚定位点”，常作为化学或等离子体处理的前置步骤。
（1）机械打磨
- 工艺流程：
1. 预处理：用无水乙醇或异丙醇擦拭POM表面，去除油污、灰尘等杂质；
2. 打磨：选用800-1200目砂纸（细砂纸可避免表面过度划痕），沿同一方向轻轻打磨，避免 circular 打磨导致的纹理杂乱；
3. 后处理：用压缩空气吹去表面磨屑，再用乙醇擦拭干净，防止磨屑残留影响后续工序。
- 关键参数：砂纸目数（800-1200目为佳，目数过低易留深痕，过高粗糙度不足）、打磨压力（轻柔，避免POM因受力变形）。
- 适用场景：小批量、不规则形状的POM零件，作为涂装或粘接的前置预处理（单独使用附着力提升有限，需搭配其他工艺）。
（2）喷砂
- 工艺原理：利用压缩空气将磨料（如石英砂、氧化铝砂）高速喷射到POM表面，通过磨料的冲击作用形成均匀的微观凹坑，提升表面粗糙度。
- 关键参数：
- 磨料选择：优先选用细粒度磨料（如100-200目氧化铝砂），避免粗磨料导致POM表面开裂；
- 喷砂压力：0.2-0.4MPa（压力过高易击穿POM，过低无法形成有效粗糙度）；
- 喷砂距离：100-150mm（距离过近表面损伤大，过远效果弱）。
- 优势：表面粗糙度均匀，适合批量处理规则形状零件（如板材、圆柱件）；
- 注意事项：喷砂后需立即进行后续处理（如涂装、粘接），避免表面吸附空气中的油污或水汽，降低处理效果。
2. 化学改性工艺：氧化处理（主流方案）
化学氧化是工业上提升POM附着力的成熟方案，核心是通过强氧化剂蚀刻表面并引入极性基团，常见工艺为铬酸氧化法和高锰酸钾氧化法。
（1）铬酸氧化法（效果最优，但需注意环保）
- 工艺原理：铬酸（H₂CrO₄）或重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）与硫酸（H₂SO₄）混合形成强氧化体系，与POM表面的C-H键反应，断裂生成羟基（-OH）、羧基（-COOH） 等极性基团，同时蚀刻表面形成微观凹坑，双重提升附着力。
- 典型配方（体积比）：重铬酸钾溶液（5%）: 浓硫酸 : 去离子水 = 1 : 3 : 6（或直接使用10%-15%铬酸溶液）。
- 工艺流程：
1. 预处理：POM零件用乙醇脱脂，干燥后浸入氧化液；
2. 氧化处理：温度25-40℃，浸泡时间5-15分钟（时间过长易导致表面脆化，需根据零件厚度调整）；
3. 后处理：取出零件，用去离子水反复冲洗（至少3次），去除残留的铬酸（避免后续腐蚀），最后在60-80℃烘箱中干燥1-2小时。
- 效果：表面能可提升至50-60 mN/m，涂装（如环氧树脂漆）附着力可从“易脱落”提升至“划格测试1级”（GB/T 9286标准）。
- 环保风险：铬酸（六价铬）为有毒物质，属于重金属污染物，需严格按照环保法规处理废液（如还原为三价铬后沉淀去除），目前部分地区已限制使用，优先推荐无铬工艺。
（2）高锰酸钾氧化法（环保替代方案）
- 工艺原理：高锰酸钾（KMnO₄）在碱性或酸性条件下具有强氧化性，可氧化POM表面生成极性基团，蚀刻效果较铬酸温和，无六价铬污染。
- 典型配方：1%-3%高锰酸钾溶液 + 0.5%-1%氢氧化钠（碱性体系，提升氧化效率）。
- 工艺流程：
1. 脱脂：乙醇擦拭后干燥；
2. 氧化：30-50℃下浸泡10-20分钟；
3. 后处理：用稀盐酸（1%）中和残留的高锰酸钾（去除表面褐色MnO₂沉淀），再用去离子水冲洗，最后干燥。
- 优势：环保、废液处理简单；
- 不足：附着力提升效果略逊于铬酸法，需适当延长处理时间或调整浓度。
3. 等离子体改性工艺（环保高效，主流发展方向）
等离子体改性是目前最先进的POM表面处理技术，尤其适合对环保要求高、精度要求高的场景（如电子零件、医疗器件）。
（1）核心原理
低温等离子体（如氧气等离子）在电场作用下产生高能电子、离子、自由基等活性粒子，轰击POM表面时：
- 断裂表面C-H键，生成自由基位点；
- 自由基与等离子体中的氧气反应，引入羟基（-OH）、羧基（-COOH）、羰基（C=O）等极性基团；
- 同时，高能粒子的冲击作用形成纳米级微观凹坑，进一步提升表面粗糙度。
（2）主流工艺：低温氧等离子体处理
- 设备类型：
- 真空等离子设备：需将POM零件放入真空腔体，通入氧气（纯度≥99.99%），抽真空至10-100Pa，适合精密、小批量零件；
- 常压等离子设备：无需真空，直接在大气环境下用等离子喷枪喷射，适合大面积、连续化生产（如POM板材、卷材）。
- 关键参数：
- 功率：50-200W（功率过低效果不足，过高易导致表面碳化）；
- 气体流量：氧气5-20sccm（真空）或10-50L/min（常压）；
- 处理时间：5-60秒（根据零件需求调整，通常10-30秒即可达到理想效果）。
- 效果：表面能可快速提升至60-70 mN/m，粘接强度（如与环氧树脂胶）可提升2-3倍，且效果稳定（常温下可保持1-3个月，若后续立即加工可长期稳定）。
- 优势：
- 环保：无化学废液、废气（仅需处理少量未反应气体）；
- 精准：仅作用于表面5-100nm，不影响POM本体的机械性能（如拉伸强度、冲击韧性）；
- 高效：处理时间短，可集成到自动化生产线。
三、工艺选择依据
选择POM表面处理工艺需结合成本、环保要求、后续工序、批量规模四大因素，具体参考如下：
需求场景 | 推荐工艺 | 理由 |
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小批量、低成本、对环保要求低（如普通机械零件涂装） | 机械打磨+高锰酸钾氧化 | 设备投入少，工艺简单，成本可控 |
中批量、高附着力要求、可处理环保废液（如工业配件粘接） | 铬酸氧化法 | 附着力最优，工艺成熟，适合批量处理 |
大批量、环保要求高、连续化生产（如POM板材印刷） | 常压氧等离子体处理 | 无需废液处理，可集成自动化线，效率高 |
精密零件、医疗/电子领域（如POM传感器外壳粘接） | 真空氧等离子体处理 | 处理精度高，不损伤零件，无污染物残留 |
四、关键注意事项
1. 预处理必须彻底：无论采用何种工艺，POM表面的油污、灰尘会直接影响处理效果，需先用乙醇、异丙醇等挥发性溶剂脱脂，避免使用肥皂水（易残留）。
2. 避免过度处理：
- 化学氧化：过长时间或过高浓度会导致POM表面脆化、开裂，降低力学性能；
- 等离子体：过高功率或过长时间会导致表面碳化（呈现黑色斑点），反而降低附着力。
3. 后处理及时：处理后的POM表面活性高，易吸附空气中的油污、水汽，需在12小时内进行后续工序（涂装、粘接、印刷），若无法及时加工，需密封保存（如放入干燥的真空袋）。
4. 兼容性测试：不同POM牌号（如均聚POM、共聚POM）的结晶度不同，对处理工艺的响应存在差异，批量生产前需先进行小样品测试（如附着力划格测试、粘接强度测试），优化参数。
五、延伸：常见问题与解决方案
- 问题1：处理后POM涂装仍易脱落？
解决方案：检查预处理是否彻底（是否有油污残留）；若为物理改性，需搭配化学或等离子体处理；若为化学氧化，调整氧化液浓度或处理时间。
- 问题2：等离子体处理后效果随时间衰减？
解决方案：处理后立即进行后续加工；若需存放，可在表面涂覆一层低粘度的附着力促进剂（如硅烷偶联剂KH-550），延长活性保持时间。
- 问题3：化学氧化后POM表面出现白斑？
解决方案：白斑为残留的化学试剂（如铬酸盐、高锰酸盐），需加强后处理冲洗步骤，必要时增加中和工序（如用稀酸中和碱性氧化液）。
通过合理选择和控制表面处理工艺，可有效解决POM的附着力难题，满足不同领域的应用需求，其中等离子体改性因环保、高效的优势，已成为未来POM表面处理的主流方向。
