激光表面改性对双酚A型聚碳酸酯材料表面性能的影响
热塑性高分子材料聚碳酸酯（PC）因具有许多优异的性能而成为一种重要的工程塑料，但也因其表面能低、表面呈化学惰性、表面的吸附性和粘接性低等，限制了其在某些领域的直接应用，因此需要通过相关的表面改性技术对其表面性能进行改善。 本论文提出了一种利用波长为355nm的纳秒脉冲紫外激光在薄层水膜中对双酚A型PC进行表面改性的方法，研究了相关的激光加工参数对PC表面性能的影响，表明激光能量密度和脉冲频率是两个较为重要的影响参数。通过扫描电镜、X射线光电子能谱等分析测试技术研究了PC表面激光改性前后的微观形貌、粗糙度、水接触角、润湿性、化学组成、表面能等的变化规律。结果表明，在每个特定的激光脉冲频率下，PC都存在一个特定的紫外激光刻蚀能量密度阈值Fth，当所用激光能量密度小于Fth时，改性后的PC表面水接触角有所减小，亲水性有所增加，表面的含氧极性基团C-O、C=O等的相对含量也有所增加，但粗糙度和微观形貌仅有非常轻微的变化，此时表面的润湿行为符合Wenzel模型；当激光能量密度大于 Fth时，表面会出现多孔的周期性的沟槽结构，表面粗糙度也有明显的增加，此时PC表面呈现疏水性，其润湿行为符合Cassie模型。利用van Oss酸碱理论，通过测试水、乙二醇和二碘甲烷在改性后PC表面的接触角，计算出了不同激光能量密度改性后PC材料的表面能，发现改性后的表面能得到较大提高，这利于PC表面吸附性和粘结性等的增强。 研究了改性后的PC表面对金属（络）离子的吸附情况，结果表明通过表面改性和合理的清洗工艺，能够使PC表面区域选择性地吸附上金属（络）离子，而激光改性使表面产生的多孔的周期性的沟槽微结构和相对多的含氧极性基团是保证离子吸附强度的主要因素。最后通过磁控溅射技术，在PC表面沉积金属铜层，测试表明其与PC基材的结合强度能够达到美国测试与材料学会标准D3359-08中测试方法B的最高级－5B级。可见这种表面刻蚀改性技术是切实可行和有前景的。
双酚A型聚碳酸酯;纳秒脉冲紫外激光;表面改性;离子吸附;性能分析
华中科技大学
硕士
物理电子学
刘建国
2014
中文
TQ576.12
74
2015-07-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）