高分子表面金属化技术
金属表面处理的新技术与新进展
金属表面处理的新技术与新进展金属表面处理技术是一门综合性学科，涉及到材料科学、化学、物理学等多个领域。
随着科技的进步和工业的发展，对金属表面处理技术的要求也越来越高。
本文将重点介绍近年来金属表面处理领域的新技术和进展。
1. 等离子体技术等离子体技术是在高温、高能量的条件下，通过电离气体产生等离子体，利用等离子体中的高能电子、离子和自由基等活性粒子对金属表面进行改性和处理的一种技术。
等离子体技术具有处理速度快、效果好、可控性强等优点，可以实现金属表面的清洁、刻蚀、氧化、涂层等处理。
2. 激光技术激光技术是利用高能量的激光束对金属表面进行处理的一种技术。
激光技术具有能量密度高、聚焦性好、加工精度高等优点，可以实现金属表面的精密加工和微结构制造。
近年来，激光技术的应用范围不断扩大，包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光雕刻等。
3. 电化学技术电化学技术是利用电解质溶液中的电场作用，使金属表面发生化学反应，实现金属表面的处理和改性。
电化学技术具有处理效果稳定、可控性强、环保等优点，广泛应用于金属的腐蚀防护、表面涂层、表面硬化等领域。
4. 纳米技术纳米技术是利用纳米材料的特殊性质，对金属表面进行处理和改性的一种技术。
纳米技术可以实现金属表面的纳米结构制造，具有提高金属表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等优点。
近年来，纳米技术在金属表面处理领域的应用得到了广泛的关注和研究。
5. 生物表面处理技术生物表面处理技术是利用生物体的特殊性质，对金属表面进行处理和改性的一种技术。
生物表面处理技术可以实现金属表面的生物功能化，具有提高金属表面的生物相容性、抗菌性等优点。
生物表面处理技术在医疗、生物制造等领域具有广泛的应用前景。
以上介绍了金属表面处理领域的一些新技术和新进展。
这些技术和进展为金属表面的处理提供了更多的选择和方法，也推动了金属表面处理技术的发展和创新。
后续内容将详细介绍每种技术的原理、应用实例和发展趋势等。
6. 紫外光固化技术紫外光固化技术是利用紫外光的能量，使金属表面的涂层材料在短时间内快速固化的一种技术。
高分子材料的表面改性
5.1 电晕放电处理
（4）润湿性 ❖ 经电晕放电处理后高分子材料表面引入了含
氧极性基团，使其表面润湿性得到改善。 ❖ 在电晕放电处理初期(几十秒内)，材料表面
与水的接触角迅速下降，此后，进一步延长 处理时间，由于表面引入的含氧极性基团逐 渐达到平衡，并向次表面层发展，故接触角 的变化逐渐趋缓。
5.3.1.1化学镀
❖ （2）使ABS表面的C=C饱和键被铬酸氧化成不饱和键 ，这样的不饱和结合使金属与塑料形成化学附着。
❖ 再如Gordhanbhai等将聚碳酸酯浸入到有机溶剂中来 溶胀表面，然后进行增强处理，用无机酸进行刻蚀 处理以达到增强结合力的目的。
❖ 粗化也可以通过等离子处理实现。利用等离子处理 方法对聚合物表面进行改性，可使表面引入亲水基 同时改善高分子材料表面与镀层结合力。
5.1 电晕放电处理
表5-2 LDPE 膜的表面自由能与辐射强度的关系
辐射强度/W 0
γLs(mJ﹒m-2) γsps(mJ﹒m-2) γs(mJ﹒m-2)
36.5
3.8
40.3
50
36.8
11.5
48.3
100
35.8
14.4
50.2
150
34.1
16.3
50.4
200
33.4
17.6
51.0
5.1 电晕放电处理
❖ 等离子体在气相中和聚合物表面上诱导发生各种化 学反应，使羰基、酮、醚、羧基及酯等化学基团以 化学键结合在聚合物表面上，从而提高了材料的表 面能，并最终改善了材料表面对印刷油墨、油漆、 黏合剂及各种其他涂料等的黏合性能。
5.1 电晕放电处理
电晕放电处理对高分子材料表面结构与性能的影响表现在：
高分子材料改性书中部分思考题参考答案
书中部分思考题参考答案第二章高分子材料共混改性1. 什么是相容性，以什么作为判断依据？是指共混无各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力，其一般以是否能够产生热力学相互溶解为判据。
2. 反应性共混体系的概念以及反应机理是什么？是指在不相容或相容性较差的共混体系中加入（或就地形成）反应性高分子材料，在混合过程中（例如挤出过程）与共混高分子材料的官能团之间在相界面上发生反应，使体系相容性得到改善，起到增容剂的作用。
3•高分子材料体系其相态行为有哪几种形式，各自有什么特点，并举例加以说明。
（1）具有上临界混溶温度UCST,超过此温度,体系完全相容,为热力学稳定的均相体系；低于此温度为部分相容，在一定的组成范围内产生相分离。
如:天然橡胶-丁苯橡胶。
（2）具有下临界混溶温度LCST，低于此温度，体系完全相容,高于此温度为部分相容。
如:聚苯乙烯-聚甲基乙烯基醚、聚己内酯-苯乙烯/丙烯腈共聚物。
（3）同时出现上临界混溶温度UCST和下临界混溶温度LCST，如苯乙烯/ 丙烯腈共聚物-丁腈橡胶等共混体系。
（4）UCST和LCST相互交叠，形成封闭的两相区（5）多重UCST 和LCST4. 什么是相逆转，它与旋节分离的区别表现在哪些方面？相逆转（高分子材料A或高分子材料B从分散相到连续相的转变称为相逆转）也可产生两相并连续的形态结构。
（1）SD起始于均相的、混溶的体系，经过冷却而进入旋节区而产生相分离，相逆转主要是在不混溶共混物体系中形态结构的变化。
（2）SD可发生于任意浓度，而相逆转仅限于较高的浓度范围（3）SD产生的相畴尺寸微细，而相逆转导致较粗大的相畴，5. 相容性的表征方法有哪些，试举例加以说明。
玻璃化转变法、红外光谱法、差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC）膨胀计法、介电松弛法、热重分析、热裂解气相色谱等。
玻璃化转变法：若两种高分子材料组分相容，共混物为均相体系就只有一个玻璃化温度，完全不溶，就有两个玻璃化温度，部分相容介于前两者之间。
金刚石表面特性及表面金属化
• 连生体进一步分成不规则连生体、平行连生体和双 晶(有连生双晶、穿插双晶、板状双晶等)。 • 多晶体有圆粒金刚石(波尔特型)、浅红金刚石和黑 金刚石等几种。 • 圆粒金刚石是由颗粒连生体和不规则连生体等微 晶形成的球状集合体，呈乳白色到钢灰色，常有裂 缝，硬度很大。 • 浅红金刚石是一种由中心向外放射状排列的微晶 金刚石组成的集合体，外形呈圆球状。这种多晶体 外壳坚硬，内核较软，硬度比圆粒金刚石和黑金刚 石低，强度比圆粒的高。 • 黑金刚石由更细金刚石组成的微密或多孔的集合 体，呈黑色、灰色或绿色，外形不规则。有的黑金 刚石表面有珐琅光泽，硬度略低于圆粒金刚石，但 韧性好。
金刚石表面特性及 表面金属化
—— 金刚石表面处理专题报告——
傅圣利
前 言
• 金刚石由于具有高硬度、低摩擦系数、高热导率、 低膨胀系数、低放射性等许多优异的物理特性， 在许多工业领域都得到应用。尤其是由金刚石和 金属、陶瓷或高分子树脂结合在一起做成的金刚 石工具，不仅被广泛用于民用建筑与土木工程、 石材加工业、汽车工业、交通工业、地勘与国防 工业等领域和其它现代高新技术领域，而且在宝 石、医疗器械、木材、玻璃钢、石材工艺品、陶 瓷、复合金属和硬脆材料等众多新领域不断出现， 社会对金刚石工具的需求也逐年增加。
3.1 基本原理
• 在金刚石表面镀覆或增加涂层以改变金刚 石表面粗糙镀对于树脂基金刚石工具也是 常用的变法，但其结合强度没有化学结合 显著。 • 金刚石表面金属化不仅能使金刚石与金属 粘接剂产生化学键合，而且能改变金刚石 表面形状，增加物理嵌合作用，提高金刚 石把持力，是金刚石最普遍采用的表面处 理方法。
• 空气中温度高于650℃时，-NO2、-NO3、 -SO3H基吸收带消失，桥接的含氧基吸收带强 度降低； • 用氢处理甚至在20℃时，呈现不同C-H基的 特征吸收带，同时-C=O、-COOH、-CHO和 -CO-O-OC-消失；900℃时用氢处理导致 -OH基脱除和C-H键含量增加。 • 化学改性处理对金刚石与水的表面接触角 影响很大（表3）：
高分子材料的表面改性
注入样品剂量：2×1016 ions／cm2
图3 氮离子注入后PTFE表面的EDX谱
1.2 离子注入改性的机理
图2表明，氮离子注入后PTFE表面有新键产生 （678cm-1）,图3表明，氮离子注入后的样品，表现 出脱氟和氧化现象。 （4）离子注入不只产生断链和交联，而且产生导致 新化学键形成的微合金。X射线衍射分析表明，离子 束合金导致化学交联，未饱和的强共价结合和随机 分布类金刚石四方结合，导致产生坚固表面的三维 刚性梯状结构。
2.1 等离子体作用原理
反应气氛 反应气体 非反应气体
氧气、氮气
Ar、He
a.与原子氧反应：
2.1 等离子体作用原理
b.与分子氧反应：
c.与过氧化自由基反应：
可见，等离子体表面氧化反应是自由基连锁反应， 反应不仅引入了大量的含氧基团，如羰基及羟基， 而且对材料表面有刻蚀作用。
2.1 等离子体作用原理
化学健的键
C=O 8.0
2.1 等离子体作用原理
等离子体对高分子材料表面的作用有许多理论 解释，如表面分子链降解理论、氧化理论、氢键理 论、交联理论、臭氧化理论以及表面介电体理论等， 但其对聚合物表面发生反应机理可概括为三步。
自由基 表层形成致密的交联层
高压电场
高动能
空气中电子
加速 撞击分子
激态分子
1.1
离子注入的特点
(6)离子注入功率消耗低，以表面合金代替整体合金， 节约大量稀缺金属和贵重金属，而且没有毒性，利 于环保。 (7)离子注入工艺的缺点是设备一次性投资大，注入 时间长、注入深度浅、视线加工等缺点，不适合复 杂形态构件改性。
高分子材料表面界面改性研究
高分子材料表面界面改性研究高分子材料是现代材料科学中的热门和重要研究领域之一，是指其分子量可在数十万到数百万之间的材料。
由于高分子材料的优良特性，其广泛应用于医药、食品、电子、建筑、汽车等方面。
但高分子材料表面的性质和特性限制了其应用的范围和效果。
因此，人们对高分子材料表面界面改性的研究日益引起了关注。
高分子材料的表面性质与其它材料不同。
它的表面能较低，比如对于聚合物材料，它的表面能通常只有25-40mJ/m2，比水和玻璃低得多。
这使得其表面易於被污染和附着不易去除的污垢，从而影响材料的物化状态。
通过改善材料表面的可湿性和润湿性，可以提高材料的性能和降低使用过程中的故障率。
高分子材料表面界面改性涉及很多方面。
其中一种方法是物理方法，如可高能离子轰击和激光辐照。
这些方法可提高表面能，增加表面活性，改变材料表面形貌以及介电性和机械性能。
另一种比较重要的方法是应用化学方法，包括化学沉积、电沉积、离子交换以及化学修饰等。
化学修饰是一种采用化学方法改变材料表面的化学性质的方法。
通过表面处理或修饰，可以形成新的化学键，改变其表面化学性质，从而实现高分子材料的表面性能的控制和调整。
这些表面修饰分为随机修饰和定向修饰两种。
随机修饰方法是改变表面化学性质的最基本方法之一。
他们通过改变材料表面的化学特性，来自地址材料的特殊要求。
通常采用的方法包括辐射接枝、等离子体聚合、交联及改性等技术，这些技术可形成随即的化学功能分子，本质上是将化学功能分子或聚合物链接到基体材料表面。
一种比较典型的随机修饰方法是离子交换。
离子交换材料（IEM）是具有正离子交换组分的高分子材料，其中的正离子置换了材料的原子基。
离子交换的机理是通过离子与基体中的离子进行交换，从而改变表面性质。
例如，切尔西蓝（chelseablue）离子能够与聚乙烯亚胺（PEI）的氮原子进行电荷转移，产生基础上的化学反应，并与PEI交换，从而改变了材料的表面性质。
定向修饰方法是一种更为高级的表面修饰方法，通过修饰材料表面的化学键制备定向功能材料。
高分子材料的界面改性及应用研究
高分子材料的界面改性及应用研究一、介绍高分子材料是一种重要的工程材料，在工业生产、医疗卫生、能源领域等方面都有广泛的应用。
然而，由于高分子材料表面的缺陷和自由基等缺陷，使其在使用过程中容易出现劣化、老化以及化学反应等问题。
所以界面改性技术的应用升级已变得越发重要。
二、高分子材料界面改性的方法界面改性技术是通过在高分子材料表面附加一种或多种化学物质的方式，改变高分子材料表面的化学和物理性质以及结构，从而达到优化物体性能的目的。
界面改性主要有以下几种方法：1.表面包覆法表面包覆法是在高分子粒子表面生成一层包裹。
主要应用于高分子材料的稳定性和物理力学性能的提高以及抗氧化性能的改善。
常见的包覆材料有硅酸盐、钛酸盐等。
2.气相沉积法气相沉积法是把目标材料的气体原子或分子通过蒸发、溅射等方式冲击到高分子材料表面上去。
它可用于制备高分子涂层、表面修饰。
3.表面活性改性法表面活性改性法是通过在高分子材料表面改变表面活性基团的方式，从而改变其物理和化学性质的方法。
常见的表面活性基团有羟基、胺基、羰基等。
4.离子注入法离子注入法是利用加速器将目标离子加速到高速度，在高分子材料表面形成一层薄层，从而实现界面改性的方法。
常见的离子有氮、氩等。
三、高分子材料界面改性的应用研究界面改性技术对高分子材料性质的改善，使其在各种领域得到广泛应用。
下面以几个示例介绍其应用研究：1.在医疗方面，通过界面改性技术，增加了不同颜色的荧光纳米包被物质的吸附能力，使比色比荧光更具选择性信号，有望在癌症早期筛查和诊断中得到广泛应用。
2.在电力行业，通过界面改性技术，制备出耐高温、防辐照的电线、电缆等，提升了电线电缆的使用寿命。
3.在机械工程方面，通过界面改性技术，可以制备出具有耐磨、耐冲击、抗静电等特性的高分子材料，从而提高机械设备的使用寿命和安全性。
四、结论高分子材料界面改性技术作为先进的表面改性技术，在材料科学与技术领域具有重要的应用前景。
高分子材料加工及表面改性技术
高分子材料加工及表面改性技术高分子材料，其实就是具有很高分子量的化合物。
这种材料具有比较高的强度和韧性，可以应用在很多领域中，例如工业、医学、电子等等方面，而高分子材料加工及表面改性技术，则是围绕着这种材料的处理技术而展开的研究和实践。
在这篇文章中，我将针对高分子材料的加工和表面改性技术进行探讨。
一、高分子材料加工技术高分子材料的加工技术，主要包括成型加工、加工工艺以及加工装备等三个方面。
1. 成型加工成型加工，是指将高分子材料加工成所需形状和尺寸的工艺过程。
其中，最常见的成型加工方法，便是注塑成型。
注塑成型是一种通过芯棒将熔化的高分子塑料注入模具中冷却成型的方法。
该方法在整个加工处理过程中，需要用到注塑机、机械手等设备。
此外，还有挤出成型、吹塑成型、压缩成型等不同的成型加工方法。
这些方法，适用于不同的高分子材料以及不同的加工需求。
2. 加工工艺加工工艺，则是指通过调节加工参数，使高分子材料达到最佳加工状态。
对于不同的高分子材料，其加工参数也会有所不同。
举例来说，在进行注塑加工处理时，需要考虑高分子材料的注塑温度、注塑压力、注塑速度、模具温度等因素。
3. 加工装备高分子材料加工中，加工装备则是重要的辅助性因素。
相应的，加工装备的维护保养，以及开展相应的技术培训，也是加工成功的关键之一。
二、高分子材料表面改性技术除了高分子材料加工技术以外，改善高分子材料表面性能的技术也受到了广泛的关注。
表面改性技术，可以通过物理、化学、生物等多种途径，将高分子材料的表面性能得到改进。
1. 物理方法物理方法，指的是通过物理手段来进行表面改性。
例如，通过使用阳极氧化、喷砂处理以及激光加工等方法，对高分子材料的表面进行改良。
在这些方法中，激光加工则属于一种比较高效的表面处理技术。
通过使用激光加工设备，可以在材料表面形成微米级别的表面结构和纳米级别的结晶区域，从而达到更好的表面改性。
2. 化学方法化学方法，指的是在高分子材料表面添加化学物质，从而起到改性的作用。
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高分子表面金属化是利用物理或化学手段使高分子表面性质发生变化，呈现出金属的某些性能，如导电性，磁性，有光泽性等，其主要作用使赋予高分子材料以适应环境要求的特有性能，如电磁、光学、光电子学、热学和美学等与表层相关的功能特性。
迄今为止，使高分子表面金属化的方法由三种：1、湿浸涂镀，即化学镀膜；2、干法涂镀，即真空沉积、溅射等；3、使用金属涂料涂层。
由于这些方法存在金属层对高分子表面附着力差，膜层容易脱落，耐久性不好；镀膜设备造价高，工艺复杂；受高分子材料尺寸限制等问题，在一定程度上影响这些技术的广泛应用，有的仅局限于某些高、精、尖元器件的金属镀层。
高分子表面金属化新技术不但使廉价的高分子材料在性能和效益上升格，而且作为研制新型涂层和薄膜材料的手段日益受到重视。
目前尽管上述三种高分子表面金属化方法占有重要地位，但在国外尤其使日本正在研究和利用新技术使高分子表面层造价大为降低，工艺极其简单，具有很好的推广应用前景。