尼龍附著接合：接觸角與表面性質

聚醯胺尼龍的附著接合、接觸角與表面性質

聚醯胺（俗稱尼龍）是耐化學性優異的高性能塑膠。尼龍具吸濕性，會從空氣中吸收水分，而水分本身即會造成附著問題。尼龍為疏水性材料，表面潤濕性偏低。問題來了——尼龍究竟是疏水性、親水性，還是兩者兼具？

聚醯胺是含有重複醯胺（–CO-NH–）鍵結的聚合物。不同類型聚醯胺的製造方式依其單體單元而異，可分為脂肪族、半芳香族與芳香族（aramids）。依結晶度則可分為非晶性、半結晶性或結晶性。尼龍類聚合物本質上難以黏接，因為它們具疏水性與化學惰性，且表面潤濕性不佳（即表面能偏低）。此外，尼龍具吸濕性，會從大氣中吸收超過自身質量 3% 的水分，而水分本身即會造成附著問題。

等一下，上述說法看似彼此矛盾。尼龍到底是疏水性還是親水性？這個表面上的悖論，只要認清尼龍的疏水行為屬於表面性質、親水行為屬於本體性質，便可迎刃而解。聚醯亞胺也具有相同的行為。

檢視聚合物重複單元的化學結構——例如帶甲基（CH3）的疏水性聚烯烴，或帶醯胺基的親水性尼龍——是判斷其為親水或疏水的簡便方法。而判定聚合物表面性質最簡單的方法，則是進行水接觸角量測，包含靜態接觸角與動態接觸角。

重點摘要

• 尼龍在表面呈疏水性、在本體呈親水性——這個看似矛盾之處，正是理解尼龍的關鍵。
• 尼龍會從大氣中吸收超過自身質量 3% 的水分，而水分本身即會造成附著問題。
• 醯胺鍵結會吸引水分子，主導本體行為；表面則維持低表面能且不易潤濕。
• 聚醯亞胺的行為相同，因此此一原則可推廣至聚醯胺以外的材料。

尼龍與多數聚合物一樣，表面能偏低，這源自聚合物的表面化學與表面物理特性。一般認為，接觸角同時受表面化學變化與表面形貌變化的影響。當液滴附著於固體表面，並將該固體表面傾斜時，液滴會向前推進並向下滑動，所形成的角度分別稱為前進角（Advancing Angle）與後退角（Receding Angle）。ASTM D724 規範了以進階儀器（光學表面張力儀與接觸角量角儀）量測動態接觸角（DCA）的方法，藉由液滴形狀分析與質量來解析前進與後退接觸角。

前進接觸角對基材表面上低表面能（未改質）的成分最為敏感；後退角則對表面前處理所導入的高表面能氧化官能基較為敏感。因此，後退角才是最能代表前處理後表面改質成分的量測值。所以，對所有經表面改質的材料，同時量測前進接觸角與後退接觸角至關重要。

Scott R. Sabreen 是 The Sabreen Group, Inc. 的創辦人暨總裁，該公司為專精於塑膠二次加工製程的工程顧問公司，業務涵蓋表面前處理、黏接、裝飾與表面加工、雷射打標與產品安全。他投入新技術開發與製造問題解決已逾 30 年。如需聯絡 Sabreen，請撥 972.820.6777，或造訪 www.sabreen.com 或 www.adhesionbonding.com。

常見問題

尼龍是疏水性還是親水性？

兩者皆是，而這並不矛盾。尼龍的疏水行為屬於表面性質，親水行為則屬於本體性質。表面抗潤濕且表面能偏低；分子鏈中的醯胺基則會吸引水分，因此本體極易吸收水分。

尼龍會吸收多少水分？

會從大氣中吸收超過自身質量 3% 的水分。水分本身即會造成附著問題，因此成型前的充分乾燥，對加工製程與後續任何黏接步驟的表現都至關重要。

如何判斷聚合物是親水性還是疏水性？

檢視其化學結構的重複單元。如聚烯烴中的甲基，代表疏水行為；如尼龍中的醯胺基，則代表親水行為。這是進行任何表面測試之前，快速的一階判斷方式。

尼龍為何難以黏接？

因為尼龍具疏水性與化學惰性，且表面能低導致表面潤濕性不佳。黏著劑無法充分潤濕表面，因此通常必須先進行前處理，以提高表面能並導入極性化學官能基。

聚醯亞胺的行為與尼龍相同嗎？

是的。聚醯亞胺同樣呈現表面疏水、本體親水的分野，因此適用相同的乾燥管理與前處理邏輯。

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