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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今材料科學與工程領域內一個極富活力、充滿希望的領域。材料表面改性后,由于表面發生變化,其吸附、潤濕、分散等一系列性質都將發生變化,在涂料中,對確定的基料來說,分散體系的穩定性(包括光化學穩定性等)直接由分散粒子的表面性質決定。在復合材料中,材料的復合是通過界面直接接觸實現的,因此,截面的微觀結構和性質將直接影響其結合力性質、粘結強度和復合材料的力學性能以及物理功能。對材料表面改性的研究不僅具有學術意義,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性質與材料表面的應用特性如粘接性、印刷性、染色性、抗靜電性、防霧性、表面防護性等有密切關系。

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,整個體系的正負電荷相等而呈中性,具有與一般氣體不相同的性質,其內部的電子、離子、甚至中性粒子一般都具有較高的能量。所進行的各種化學反應,都是在激發態下進行,完全不同于經典的化學反應。這樣使等離子體內的原子或分子的本性通常都發生改變,如惰性氣體也會變得化學活潑性很強。

等離子體對材料表面的作用大致可分為4種情況:表面雜質清除;表面刻蝕;表面交聯和形成具有新化學將結構表面。

表面雜質清除:

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

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性能。

表面交聯:

一般認為,等離子體處理材料時,交聯主要發生在氦氣、氬氣作為工作氣體時。等離子體中的高能粒子包括電子、激發態粒子、自由基等通過轟擊或化學反應,使材料表面的C-H、C-C等鍵斷裂,形成自由基。在無其它反應物質的情況下,自由基之間會重新結合,在材料表面形成網狀結構,使材料的力學性質、表面性能得到改善。

等離子體技術是一門新興的高新技術,它涉及新能源、新工藝、新材料、環保、國防、生物醫學以及其它領域。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。