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塑料表面改性对其摩擦学性能影响

时间:2019-12-21 18:43:10  来源:  作者:  浏览量: 1
简介: 4种聚合物离子注入处理后的耐磨性也有所提高,随着注入剂量增加,主要磨损机制由粘着磨损和磨粒磨损转变为表面疲劳。在最佳注入剂量下注入处理后的PS和PES经过10 000次滑动循

4种聚合物离子注入处理后的耐磨性也有所提高,随着注入剂量增加,主要磨损机制由粘着磨损和磨粒磨损转变为表面疲劳。在最佳注入剂量下注入处理后的PS和PES经过10 000次滑动循环(1冲程3瓜瓜,100min球盘接触)后几乎不发生磨损。采用2MeV的E+和O+分别注入聚碳酸酯(PC,商品名Lexan),测试结果表明:离子注入后PC表面硬度比非离子注入PC提高,0+离子注入比B离子注入提高幅度略大。离子注入后PC的耐磨性有所提高,特别是大剂量注入时耐磨性提高明显。离子注入处理后PC表面硬度和摩擦学性能的变化与线性能量转换机制有关。高能离子撞击材料时,能量会以电离(非弹性碰撞)反弹(原子核碰撞)及声子等形式损失掉,电离作用加速聚合物交联,从而改善材料性质;而反弹促使聚合物分子断链,而分子断链对聚合物改性不利。也就是说,电离作用越大,反弹作用越小,材料表面改性越明显,这个过程与聚合物结构、注入离子种类以及离子能量有关。E+较0+轻,可以更深地穿入材料内部;计算结果表明,0+电离能量转换值大于E+,所以0+离子注入对PC的表面改性效果优于E+.比较表明,高能离子注入处理后的改性层更厚、更硬、更耐磨且交联作用更强,因此,高能离子注入改性的效果更好。E+注入处理PC硬度随注入剂量和能量的变化曲线如所示。PS,PEEK和PI分别经1MeV的He+注入处理后再经1MeV的Aif(剂量3<入处理a,测试结果表明双重离子注入样品的硬度和耐磨性有较大的提高(如所示),这是由于He+能产生较深的注入层而Ar+导致表层高度交联所致。双重离子注入后的PS和PEEK的硬度达22GPa.经1MeV的Ar+(剂量5<1014ions/cm2,10<理后的PS和PEEK在微摩擦试验仪上表现出粘滑行为,而未注入材料不存在这种行为。这种粘滑行为与离子注入后材料表面形成的三维交联结构有关。宏观摩擦磨损试验结果表明:经10<剂量注入后,2种材料经过10 000次滑动循环几乎无磨损,此时PEEK的摩擦系数最低,而PS的摩擦系数最高。乙烯四氟乙烯共聚物同时注入400keV的量3<1tf5ions/cm2)后表面硬度提高60多倍,注入层的TEM明场像呈现出明显的亮暗补丁区对比,EELS表明TEM像亮区碳(非晶碳)浓度较高,富碳r区平均尺寸约。40严m,富碳区由于存在四面体键而比周围区域硬度高。指出,表面硬度随着电子阻止本领(电子能量损失)的增加而增加,随着核阻止本领的增加而降低,具有较高电子阻止本领的离子可更好地提高塑料表面的硬度和耐磨性(如所示)。论述了离子注入改性层表面硬度的测试方法及影响因素,文中测试材料为PI和蓝宝石基体上浇铸PAA(1MeVAr+注入,剂量4.7<1015ions/cm2);米用纳米压痕硬度计测量塑料离子注入改性层表面硬度,硬度值与压痕深度有关,随着压痕深度增加而降低;硬度值还与基体、加/卸载速率等因素有关。由于各种因素对100nm深度处硬度值影响最小,所以选用100nm深度处硬度值作为比较值,以上提到的硬度值均按该法测量。PEI和PC分别注入155keV的Ti离子(4  假肢关节材料)中注入N+和Ar+,发现离子注入后PE的磨损率显著下降,PE对水的润湿性增加,这与PE表面极性增加有关。ATRIR谱分析检测到羧基的存在,ESR分析显示有自由基形成,ESCA测试表明表面氧含量和氮含量增加。Ochsner等用120keV的N和Fe+分别对PI薄膜进行了离子注入处理,考察了注入前后PI与钢对摩时的摩擦磨损性能。他们发现,这2种离子注入都可以降低PI与钢对摩时的摩擦系数和磨损率,而且高剂量(1016ions/cm2量级)离子注入的效果比低剂量(1014ions/cm2量级)的好,尤以3< 1016ions/cm的Fe注入改性效果最好。

  2气相沉积入使渺和妒―度提高了」倍多1Efec离子注入趾杵bookmark1 8等认为,离子束辅助沉积和离子束混合均可提高PESPEI及碳纤维增强环氧树脂(CFK)表面Cu膜的附着力,结合力的提高与基体聚合物的化学性质有关,结合力由大到小顺序为PES>PEI>CFK.在离子束作用下Cu和聚合物基体之间形成化物的结合力提高。Takano等用普通气相沉积和离子束辅助沉积两种方法在PE,PP,尼龙(PA6),PTFE,聚氯乙烯(PVC),聚甲醛(POM),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),酚醛树脂(PF),PI及PC上沉积Q5Mm厚的CuAl及Ti膜,并研究了聚合物基体的热变形温度对结合力的影响,结果发现离子束辅助沉积提高了金属膜与聚合物基体的结合力,相应的薄膜的磨损率明显比普通气相沉积薄膜的低,其中Ti膜的结合力最强。

  利用射频气体等离子发生装置(该装置可以沉积10cdK17cm的大面积Cu膜)产生直径12cm的Cu离子束,并在聚晶玻璃Al23和Zr2表面上沉积Cu薄膜研究了Cu膜的沉积参数微观结构以及导电性。Kalbe发明了一种新型低成本的薄膜沉积技术,该技术基于反应气流溅射,真空室的压力在Q 1~1.Ombar范围内,由于不需要高真空设备,所以成本低,并且沉积速率大于磁控溅射,已经成功地用以在PA和PEEK表面沉积TiCr及其氧化物、氮化物和碳化物薄膜。Ahern等利用磁控溅射技术在PC表面沉积厚卟m的Ti/T遇薄膜,并研究了沉积参数对结合力、应力裂纹、沉积温度及膜外观的影响,发现提高沉积压力和降低沉积功率可减小TiN的内应力,而沉积TiN薄膜可提高PC的耐磨性并改善其外观。Grimberg等采用等离子体辅助磁控溅射方法在金属化ABS塑料表面(在ABS表面先电镀Ni和Cu过渡层以提高结合力)沉积厚0.7Mm和5Mm的TiN薄膜,研究了TiN的显微结构、成分、界面形貌择优取向及内应变。结果表明:TiN结构不均匀,靠近界面取向明显,而靠近表面取向随机,TiN的择优取向是(1 11)和(422),膜内压应变值分别为5<1CF3和2

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