聚合物材料表面耐磨性能提升用非晶碳基薄膜的研究进展

发布时间：2024-04-07 05:01

　　硬度低、耐磨性能差等固有缺点已成为限制聚合物材料在一些苛刻环境中工业应用的重要因素。为了改善表面硬度和耐磨性能,多种表面改性技术被用于聚合物材料的耐磨防护,其中在聚合物材料表面制备一层非晶碳薄膜被认为可有效提高材料表面硬度和耐磨性能。综述了聚合物材料表面耐磨性能提升用非晶碳基薄膜的研究进展,分析了非晶碳基薄膜在聚合物材料表面膜基结合强度不足的本质原因,聚合物材料与非晶碳薄膜两种材料在结构和性质上的不匹配使两者之间的突变界面在载荷作用下极易发生失稳,造成了膜基结合强度的不足。探讨和对比了目前常用于改善非晶碳基薄膜在聚合物材料表面膜基结合强度的改性技术。其中,利用等离子体对聚合物材料表面进行处理,可以诱导材料表面有机碳质结构向无机碳质结构的逐渐转变,使非晶碳薄膜在聚合物材料表面获得可靠结合强度。利用等离子体处理法可以在聚合物基体表面构建原位转变层,原位转变层通过化学键的形式,为非晶碳薄膜在基体表面获得了可靠的膜基结合强度,有效提高了聚合物材料表面的硬度和减摩耐磨性能。

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【部分图文】：

图4等离子体诱导聚合物材料表面原位生长非晶碳薄膜[52]

图3利用离子辐射法诱导聚合物结构转变制备碳基薄膜的示意图[51]3结语与展望

图1HNBR基体表面磨痕形貌和沉积DLC薄膜的样品拉伸50%、卸载后的表面形貌图[45-46]

近年来，有研究者发现通过氩等离子体和氢等离子体先后对表面进行预处理，可在橡胶材料表面实现非晶碳薄膜生长，并获得优异的结合强度。Pei等[45-46]以氢化丁腈橡胶为聚合物基体材料，先用氩等离子体处理基体表面，然后通入氢气作为活性等离子体源对基体表面进行处理，再采用等离子体辅助化学....

图2PET基体表面沉积类金刚石碳薄膜的结构转变[50]

此外，有研究报道，可以采用离子辐射的方式，诱使聚合物材料表面或近表面高分子链结构重组，逐渐转变为非晶碳质结构。Buchegger等[51]首先采用溶胶-凝胶法在硅片表面浸涂沉积一层厚度约为126nm的聚合物（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）薄膜，然后采用离子辐射法对聚合物薄膜表面进行高....

图3利用离子辐射法诱导聚合物结构转变制备碳基薄膜的示意图[51]

甚至有研究表明，采用等离子体处理法可诱导聚合物表面有机碳质结构向无机碳质结构的逐渐转变，实现非晶碳基薄膜在聚合物材料表面的原位生长，有效提高非晶碳基薄膜在聚合物材料表面的膜基结合强度。中科院宁波材料所王永欣研究员团队[52]提出“等离子体诱导原位生长法”，在聚合物表面制备非晶碳耐....

本文编号：3947715