硬度低、耐磨性能差等固有缺點(diǎn)已成為限制聚合物材料在一些苛刻環(huán)境中工業(yè)應(yīng)用的重要因素。為了改善表面硬度和耐磨性能,多種表面改性技術(shù)被用于聚合物材料的耐磨防護(hù),其中在聚合物材料表面制備一層非晶碳薄膜被認(rèn)為可有效提高材料表面硬度和耐磨性能。綜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進(jìn)展,分析了非晶碳基薄膜在聚合物材料表面膜基結(jié)合強(qiáng)度不足的本質(zhì)原因,聚合物材料與非晶碳薄膜兩種材料在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的不匹配使兩者之間的突變界面在載荷作用下極易發(fā)生失穩(wěn),造成了膜基結(jié)合強(qiáng)度的不足。探討和對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結(jié)合強(qiáng)度的改性技術(shù)。其中,利用等離子體對聚合物材料表面進(jìn)行處理,可以誘導(dǎo)材料表面有機(jī)碳質(zhì)結(jié)構(gòu)向無機(jī)碳質(zhì)結(jié)構(gòu)的逐漸轉(zhuǎn)變,使非晶碳薄膜在聚合物材料表面獲得可靠結(jié)合強(qiáng)度。利用等離子體處理法可以在聚合物基體表面構(gòu)建原位轉(zhuǎn)變層,原位轉(zhuǎn)變層通過化學(xué)鍵的形式,為非晶碳薄膜在基體表面獲得了可靠的膜基結(jié)合強(qiáng)度,有效提高了聚合物材料表面的硬度和減摩耐磨性能。

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圖4等離子體誘導(dǎo)聚合物材料表面原位生長非晶碳薄膜[52]

圖3利用離子輻射法誘導(dǎo)聚合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變制備碳基薄膜的示意圖[51]3結(jié)語與展望

圖1HNBR基體表面磨痕形貌和沉積DLC薄膜的樣品拉伸50%、卸載后的表面形貌圖[45-46]

近年來，有研究者發(fā)現(xiàn)通過氬等離子體和氫等離子體先后對表面進(jìn)行預(yù)處理，可在橡膠材料表面實(shí)現(xiàn)非晶碳薄膜生長，并獲得優(yōu)異的結(jié)合強(qiáng)度。Pei等[45-46]以氫化丁腈橡膠為聚合物基體材料，先用氬等離子體處理基體表面，然后通入氫氣作為活性等離子體源對基體表面進(jìn)行處理，再采用等離子體輔助化學(xué)....

圖2PET基體表面沉積類金剛石碳薄膜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[50]

此外，有研究報(bào)道，可以采用離子輻射的方式，誘使聚合物材料表面或近表面高分子鏈結(jié)構(gòu)重組，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷假|(zhì)結(jié)構(gòu)。Buchegger等[51]首先采用溶膠-凝膠法在硅片表面浸涂沉積一層厚度約為126nm的聚合物（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）薄膜，然后采用離子輻射法對聚合物薄膜表面進(jìn)行高....

圖3利用離子輻射法誘導(dǎo)聚合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變制備碳基薄膜的示意圖[51]

甚至有研究表明，采用等離子體處理法可誘導(dǎo)聚合物表面有機(jī)碳質(zhì)結(jié)構(gòu)向無機(jī)碳質(zhì)結(jié)構(gòu)的逐漸轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)非晶碳基薄膜在聚合物材料表面的原位生長，有效提高非晶碳基薄膜在聚合物材料表面的膜基結(jié)合強(qiáng)度。中科院寧波材料所王永欣研究員團(tuán)隊(duì)[52]提出“等離子體誘導(dǎo)原位生長法”，在聚合物表面制備非晶碳耐....

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