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材料表面的特殊性使材料表面性能的研究和改善成為當(dāng)今材料科學(xué)與工程領(lǐng)域內(nèi)一個極富活力、充滿希望的領(lǐng)域。材料表面改性后,由于表面發(fā)生變化,其吸附、潤濕、分散等一系列性質(zhì)都將發(fā)生變化,在涂料中,對確定的基料來說,分散體系的穩(wěn)定性(包括光化學(xué)穩(wěn)定性等)直接由分散粒子的表面性質(zhì)決定。在復(fù)合材料中,材料的復(fù)合是通過界面直接接觸實現(xiàn)的,因此,截面的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)將直接影響其結(jié)合力性質(zhì)、粘結(jié)強度和復(fù)合材料的力學(xué)性能以及物理功能。對材料表面改性的研究不僅具有學(xué)術(shù)意義,更有重要的使用價值。

高分子表面的基本性能包括表面極性、潤濕性和摩擦特性等。這些基本的物理化學(xué)性質(zhì)與材料表面的應(yīng)用特性如粘接性、印刷性、染色性、抗靜電性、防霧性、表面防護(hù)性等有密切關(guān)系。

等離子體法表面改性

等離子體是高度電離的氣體,它是由電子、離子、原子及分子組成混合氣體,整個體系的正負(fù)電荷相等而呈中性,具有與一般氣體不相同的性質(zhì),其內(nèi)部的電子、離子、甚至中性粒子一般都具有較高的能量。所進(jìn)行的各種化學(xué)反應(yīng),都是在激發(fā)態(tài)下進(jìn)行,完全不同于經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)。這樣使等離子體內(nèi)的原子或分子的本性通常都發(fā)生改變,如惰性氣體也會變得化學(xué)活潑性很強。

等離子體對材料表面的作用大致可分為4種情況:表面雜質(zhì)清除;表面刻蝕;表面交聯(lián)和形成具有新化學(xué)將結(jié)構(gòu)表面。

表面雜質(zhì)清除:

許多有機材料在生產(chǎn)加工過程中往往需要加入一定量的填充或助劑,這些物質(zhì)聚集于材料表面形成雜質(zhì)表面層。等離子體被視為有效的“干式”除雜方法,無廢水、廢物和環(huán)境污染。等離子體法已在金屬、無機材料上應(yīng)用多年。目前在有機材料和高分子材料上的應(yīng)用也日趨增多。

表面刻蝕:

刻蝕是更大程度上的等離子作用,往往將材料表面弱邊界大片除去,使材料表面產(chǎn)生起伏,變粗糙,并有鍵的斷裂,形成自由基。刻蝕對提高粘附性、吸濕性等作用均有明顯作用。但作用時間過長,會損傷材料基體的力學(xué)性能。

表面交聯(lián):

一般認(rèn)為,等離子體處理材料時,交聯(lián)主要發(fā)生在氦氣、氬氣作為工作氣體時。等離子體中的高能粒子包括電子、激發(fā)態(tài)粒子、自由基等通過轟擊或化學(xué)反應(yīng),使材料表面的C-H、C-C等鍵斷裂,形成自由基。在無其它反應(yīng)物質(zhì)的情況下,自由基之間會重新結(jié)合,在材料表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使材料的力學(xué)性質(zhì)、表面性能得到改善。

等離子體技術(shù)是一門新興的高新技術(shù),它涉及新能源、新工藝、新材料、環(huán)保、國防、生物醫(yī)學(xué)以及其它領(lǐng)域。等離子體處理能夠改善高分子材料的表面性能,包括潤濕性、染色性、印刷性、粘合性、防靜電性、表面固化等。