高分子表面金属化

合集下载

有机高分子材料与表面处理技术

有机高分子材料与表面处理技术摘要：目前有机高分子材料表面处理技术已经有长足的发展，针对不同有机高分子材料的表面处理都有相应的表面处理方法。

鉴于此，本文是对有机高分子材料与表面处理技术进行研究和分析，仅供参考。

关键词：有机高分子材料；表面处理；技术一、有机高分子材料的分类随着化工行业的发展，我国许多领域对有机高分子材料的需求也越来越高，为了明确不同种类有机高分子材料的性质，人们对有机高分子材料进行了科学的分类。

首先，根据有机高分子材料的来源分类可以将其分为三种类型，一是天然高分子化合物、二是合成高分子化合物、三是半合成高分子化合物；其次，按照合成反应特点分类可以将有机高分子材料分为聚合物、缩合物、一级开环聚合物等；最后根据理化性质和用途可以有机高分子材料分为塑料、橡胶、纤维等。

二、不同有机高分子材料的表面处理技术1、难粘高分子材料的表面处理技术（1）化学试剂处理法。

化学试剂处理法是以往对难粘高分子材料进行表面预处理的常用方法，在这里值得注意的是化学试剂处理法只是难粘高分子材料化学处理方法的一个总称，具体来说该方法还可以分为硫酸法、过硫酸法、自磷法、高锰酸钾法等。

对于化学试剂处理法来说，它主要是用于将难粘高分子材料表面进行氧化以及导入羧基、乙炔基、羟基等基团。

其主要目的是为了破坏难粘高分子材料的薄弱界面层从而增加难粘高分子材料表面的粗糙度，从而改善其粘附性。

而对于化学试剂处理法来说，影响其处理效果的因素主要分为四个方面：一是化学试剂的配方、二是表面处理的时间、三是进行处理时的温度、四是被处理材料的种类。

总的来说，运用该法对难粘高分子材料进行处理能够得到较好的处理结果，同时还具有不需要使用特殊设备的优点。

但由于该法在处理过程中容易导致制品着色、处理时间较长，以及污染严重等缺陷在目前的难粘高分子材料处理过程中已经逐渐被人们所遗弃。

（2）气体热氧化法。

通常情况下，难粘高分子材料可以通过空气、氧气、臭氧地等气体进行氧化，从而改善其粘附性。

高分子材料的表面改性.详解

XPS （X-ray photoelectron spectroscopy）
通过用X射线辐照样品，激发样品表面除 H、He以外所有元素
中至少一个内能级的
光电子发射，并对产生的光电子能量进行
分析，以研究样品表
面的元素和含量。
Ek为光电子动能；hν为激发光能量；
EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功
电晕放电处理方式
1. 在薄膜的生产线上进行，即通常所说的热膜处理。优点：处理效果好；限制性：适用于处理完就使用的场合，比如马上用于印刷、涂布或复合； 2. 在薄膜的再加工线上进行，及通常所说的冷膜处理。限制性：处理效果与薄膜存放时间有关。处理完后就应用。
3. 进行两次处理。
既在生产线上处理，又在再加工线上处理，为了保证使用前的表面质量
以等离子体存在的星系和星云
人造等离子体示例
地球上，等离子体的自然现象：如闪电、极光等；人造等离子体，如霓虹灯、电弧等。
PbPb N Ca Na Cl
Pb
500
400
300
200
100
0
Binding Energy (eV)
XPS analysis showed that the red pigment used on the mummy wrapping was Pb3O4 rather than Fe2O3
Analysis of Carbon Fiber- Polymer Composite Material by XPS
C/O比与电流强度的关系与上述表面张力和剥离力类似，可见 LDPE表
面张力的增大和剥离力的提高与表面含氧量的增加有密切的关系。
7.2 火焰处理和热处理
● 火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬间高

高分子材料的表面改性

图5-4 LDPE电晕放电前后的接触角的变化
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。

高分子材料的金属化

２１年１月０１１
电镀与环保
第３卷第６（１期总第１２８期）
・５・
高分子材料的金属化
ＭｅａｌｚｔｏｏｆＰｏｙｅａｅｉｌｔｌｉａｉｎｌｍｒＭｔｒａｓ
谢菁琛。李丽波。杨秀春（尔滨理工大学化学与环境工程学院，黑龙江哈尔滨１０４）哈５０Ｏ
ａｐｉａｉｎｆｅｃｒｃｓｒｒｓｎｅ．Ｂｃｕｅｏｔｉｌｒｃｓｎｔｏｇａｈｓｏｅｗｅｎｃａｉｇａｄｓｂｔａｅｐｌｔｏｓｏａｈｐｏｅｓａｅｐｅｅｔｄｃｅａｓｆｉｓｍｐｅｐｏｅｓａｄｓｒｎｄｅｉｎｂｔｅｏｔｎｕｓｒｔ，ｓｎ
接，以代替金属制品，低成本；可降同时由于高分子
ＸＩｉｇｃｅＥＪｎ－ｈｎ，ＬＩＬｉｏＹＡＮＧｕｃｕ－，ｂＸｉ－ｈｎ（ｃｏｌｏｅｉａｎｖｒｎｎａｎｉｅｒｇ，ＨａｂｎＵｎｖｒｉｙｏｃｅｃＳｈｏｆＣｈｍｃｌｄＥｎｉｏｍｅｔｌＥｇｎｅｉａｎｒｉｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙｎｃｎｌｇ，Ｈａｂｎ１０４，Ｃｈｎ）ｒｉ５００ｉａ
ｃｅｉａｅｕｔｎｍｅｈｄｈｓｂｅｒｎｒｏｃｒｅｎｌｂｈｉｓｒａｉｏｙｒｍｅａｌａｉｎｈｍｃｌｄｃｉｔｏａｅｎｍｏｅａｄｍｏｅｃｎｅｎｄａｄｗｉｅｔｅｍａｎｔｅｍｎｐｌｍｅｔｌｚｔ．ｒｏｌｉｏＫｅｒｓｙｗｏｄ：ｐｌｍｅｔｒａｓｏｙｒｍａｅｉｌ；ｍｅａｌａｉｎｈｍｉａｅｕｔｎｔｌｚｔ；ｃｅｃｌｒｄｃｉｉｏｏ

导电高分子

（1）碳黑填充型导电高分子是一种最常见的材料，是因为其碳黑价格低廉且导电性稳定持久。导电碳黑的主要品种有乙炔碳黑、导电炉黑、超导电炉黑和特导电炉黑等。碳黑型导电高分子材料已广泛应用于很多领域：电视膜制唱片；导电泡沫、导电薄膜、导电高分子多孔体、静电显影粉可用于集成电路、场效应管、晶体管电子原器件的静电防护；在高压电缆、通讯电缆领域可用于半导体层，以缓和导线表面的电位梯度，防止静电。
中文名称：导电高分子英文名称：conductive polymer 定义：主链具有共轭主电子体系，可通过掺杂达到导电态，电导率达103 S/cm 以上的高分子材料。
艾伦· 马白川 G· 克迪尔米英树德
艾伦· 黑 J· 格
2000年10月10日瑞典皇家科学院将化学最高荣誉授予美国加利福尼亚大学物理学家艾伦· 黑 J· 格，宾夕法尼亚大学化学家艾伦· 马克迪尔米 G· 德和日本筑波大学化学家Hideki shirakawa（白川英树）
塑胶片材
固态电容器
防腐涂料吸波涂料防静电涂料
导电膜
Hale Waihona Puke 导电高分子的分类
自1977年第一个导电高分子聚乙炔(PAC)发现以来，在导电聚合物的合成、结构、导电机理、性能、应用等方面已取得很大进展。从导电机理的角度看，导电高分子大致可分为两大类：（1）复合型导电高分子材料
（2）结构型导电高分子材料
复合型导电高分子材料
复合型导电高分子材料是指在高分子基体中添加导电型物质（碳黑、碳纤维、金属粉末、薄片、金属丝、涂金属的玻璃球和丝）通过分散复合、层集复合等方式制成，其制造容易，现已商品化。

涂层材料表面改性技术及其在高分子材料中的应用

涂层材料表面改性技术及其在高分子材料中的应用随着科技的发展和人们对生活品质的不断提高，人们开始对涂层材料进行更多的探索和改造。

涂层材料表面改性技术作为近年来新兴的材料改性技术，得到了越来越多的关注。

涂层材料表面改性技术可以改变涂层材料的表面性质，使其具有很好的抗酸碱、耐高温、耐磨损等特性，提高其使用寿命及使用效率。

本文将着重探讨涂层材料表面改性技术及其在高分子材料中的应用。

一、表面改性技术表面改性技术是指对材料表面进行一系列处理，如物理、化学、生物学等方法，以获得所需要的表面性质。

常用的表面改性方法包括溶液法、等离子体处理、离子注入、真空蒸发、溅射法、化学气相沉积等。

其中，溶液法是衣物染色工艺的一种，它可以给涂层表面提供很好的耐高温、耐酸碱、抗腐蚀等特性。

等离子体处理则是将涂层材料置于低压放电等离子体之中，通过碰撞分子的电离而改变表面状态。

离子注入法是最早采用的表面改性技术之一，它可将高能离子注入涂层表面，因此能显著改善涂层材料的耐磨损性。

真空蒸发法指的是利用真空蒸气在涂层材料上形成薄膜，主要改善表面硬度、透光率等方面。

溅射技术是在高温、高真空的条件下，利用离子轰击打掉炭凝物，将溅射出的原子沉积在物品表面。

化学气相沉积则是指利用半导体工艺原理，在反应室中将反应气体置于高真空下进行反应，最后形成覆盖物。

这些表面改性技术均最终实现了改善涂层材料的表面性质，提高了其使用寿命和效率。

二、高分子材料中的应用高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料等行业。

高分子材料的分子量大、降解缓慢、强度高、使用寿命长等特点，使它成为现代工业中不可或缺的材料之一。

然而，高分子材料因其表面活性差、粘附性弱等缺陷，常常限制了其应用和发展。

因此，将表面改性技术应用于高分子材料的研究和开发，对改进这些物质的缺陷和提高其性能，具有重要的意义。

1. 亲水性改性高分子材料的亲水性是指其表面的接触角可以小于90度，即水在其表面是可以自由流动的。

高分子材料金属化

随着高分子材料技术的发展，塑料代替金属在很多领域的应用，不能替代的是金属让人喜爱的质感。

如何让塑料拥有金属材料的外观，替代金属材料，将两者优点结合起来，这一直是高分子研究的课题。

到目前为止，研究人员已经能够设法在塑料的表面镀敷一层金属来改善塑料的性能，产生了一些展现金属质感外观的塑料制品，这都归功于塑料表面金属化工艺。

什么是高分子材料金属化?高分子材料金属化是利用物理或化学手段在高分子材料表面镀上一层金属，使其表面呈现出金属的某些性质，如导电性、磁性、导热性等。

金属化后的高分子材料具有金属外观，镀层硬度高，便于焊接，可以代替金属制品，降低成本;同时由于高分子材料一般具有高韧性，耐热性，耐蚀性等，使得金属化的高分子材料比普通金属材料性能更好。

随着技术的发展，现在在塑料树脂中添加金属粉等，同样能够制备出金属化材料。

塑料金属化工艺有哪些?塑料金属化基本分为两大类，一是塑料表面金属化，另一个是塑料整体金属化。

前者又分为干法和湿法等。

干法主要包括物理气相沉积和化学气相沉积等;湿法主要包括化学镀、电镀以及化学还原等。

一、干法镀膜1、真空蒸发法是指在真空环境下加热镀膜材料，使其在极短时间内蒸发，沉积在塑料表面上形成镀层。

优点：此法成膜速率快、效率高，但薄膜与基体结合较差。

为此，人们将等离子刻蚀和真空蒸发法结合起来以提高结合力(离子镀)。

缺点：只能蒸发像铝这种低熔点的金属。

应用：镀铝膜，复合材料包装制品2、磁控溅射法是用高能离子轰击靶材，使靶材表面原子获得足够能量脱离母材，并按相应的溅射方向飞跃出来，沉积在塑料表面的方法。

优点：与真空蒸发法相比，磁控溅射法不需要预处理，结合力较强，且能沉积多种金属。

应用：汽车隔热防爆膜，其中金属隔热层由在PET膜上通过真空蒸镀或真空磁控溅射金属铝、银、镍等而成。

3、化学气相沉积(CVD)指把含有沉积元素的反应气体引入反应室，在基体表面发生化学反应，并把固体产物沉积到基体表面的过程。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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，其主要作用是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有三种：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。

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低廉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，新技术使高分子表面金属层造价大为降低，工艺及其监督，具有良好的推广应用前景
一、高分子表面金属化新技术的主要工艺及特点
1、基本原理和工艺过程
高分子表面金属化新技术表面涂层一般以高分子材料如聚乙烯醇、聚丙烯腈等为主要原料
加入某些无机金属盐，如NiCl2、AgNO、等，充分搅拌
2、高分子表面金属化新技术的特点
电镀、化学镀、真空镀等表面技术的发展历史悠久。

用这些方法对材料表面进行金属化时需要先进行一系列表面处理，如机械粗加工、化学处理、浸蚀加工、敏化、激活等。

而高分子表面金属化新技术与原方法相比有以下优点：
1、操作简单、设备造价低。

工艺过程简单。

2、高分子表面金属层的耐久性好，不易脱落
3、改变聚合物与金属盐的配比可获得不同性质的高分子表面金属层。

例如，同时加入NiCl2、CoCl2的聚丙烯腈共混物，被还原之后的金属层有一定的磁性能。

4、不收高分子材料尺寸的限制
二、应用与前景
1、导电性高分子
2、表面金属化纤维
3、磁性材料
4、高分子表面新技术在电子、航空、计算机和日常生活等方面的应用前景
1、利用高分子表面金属层的导电性能，可以做成发热板（或膜）、电路板、电磁波屏蔽板、导电性纤维等
2、利用高分子表面金属层的反射性能，可制备可见光或反射光的反射体、装饰材料等
3、利用高分子表面金属层的磁性能，可制成磁带、磁盘和磁卡等
4、高分子材料可作为轻质导电材料用于输电线、电池的电极、通信用波导管、变压器铁芯等
5、高分子材料科作为功能材料，用于传感器、存储用硬盘、透明导电膜等
已表面金属化的金刚石晶体，从内向外，第一层是生成碳化物层，一般厚度在几百至上千Å，它牢固地附着在金刚石表面上，这层的结构是金刚石表面金属化的关键和核心，第二层为合金化层，是针对生成碳化物层特点而设计，它对所生成的碳化物有极好的粘结性，可以选取Ni、Co、Cu等合金，合金化层的形成，使金刚石表面呈现完美的金属特性：可导电性、可焊接性、可烧结性，中层合金化层的厚度可以是几微米，第三层是电镀层，主要是考虑到金刚石工具中合金胎体与金刚石线膨胀系数的极大差异而设计，热压后含金刚石固块在冷却中会产生很大的内应力，为了使内应力得到一定程度的缓解，对于刚性较大的胎体，增加几十微米厚的电镀层是非常有益的
金刚石表面金属化有以下的作用
1 提高结合剂对金刚石的粘结能力，镀层在两者之间起结合桥的作用，将金刚石与结合剂牢固结合起来，提高磨料与结合剂之间的结合强度
2、提高磨料的颗粒强度，镀层起补强、增韧作用，金刚石内部缺陷、微裂纹、微小孔洞可通过充填碳化物膜得到弥补，强度提高
3隔离保护作用，在高温烧结和高温磨削时，镀层可以隔离保护金刚石不发生石墨化、氧化及其它化学反应的侵蚀。

常用镀覆技术
目前金刚石表面金属化的常用途径有：化学镀加电镀；真空蒸镀；等离子溅射，磁控溅射，化学气相沉积；机械包覆等。

化学镀后再电镀
化学镀是在不通电流的情况下通过自催化过程的氧化-还原反应在金刚石表面沉积金属。

金刚石是绝缘体不能进行电镀，但经过敏化、活化和化学镀后，其表面具有金属性，可以继续电镀，获得所需的镀层品种及厚度，其工艺流程如图所示。