激光表面改性惰性高分子材料聚苯硫醚的研究

摘要

聚苯硫醚（PPS）具有许多其他工程塑料无法比拟的优异性能，却因其表面润湿性差，与其他材料层之间的结合强度低，这在很大程度上限制了PPS在很多领域的应用。因此迫切需要对PPS表面进行改性以改善其润湿性和粘结性等。
　　本文利用波长为355nm的脉冲紫外激光和1064nm的脉冲红外光纤激光对PPS表面进行了刻蚀改性，并用扫描电子显微镜（SEM）、光电子能谱（XPS）、接触角测量仪等技术研究了两种激光能量密度和光斑搭接率对PPS表面微观形貌和化学成分的影响，进而探讨了其表面润湿性和粘结性的影响机理。
　　实验表明，两种激光在能量密度或光斑搭接率达到一定程度时，均能使 PPS表面微观形貌和粗糙度发生变化，并使其化学键断裂，与空气中的含氧物质发生反应，生成C=O、COO-、-SO、-SO2、-SO4等基团，从而使得PPS表面的各化学元素的相对含量发生了变化，其中C、O元素相对含量变化明显，S元素相对含量仅略有减少。随脉冲紫外激光能量密度的增加，其与PPS之间的相互作用由主要是光化学作用转变为光热协同作用，PPS表面微观形貌从周期性孔洞转变为熔融状结构，同时，表面粗糙度呈现先增加后减少然后持续增加的趋势；而随脉冲红外光纤激光能量密度的增加，光热作用一直占主导地位，表面形貌从周期性起伏结构也转变成熔融状结构，但因其光热作用更强，此时产生的熔融物表面还分布有少量熔化重凝的球状玻璃纤维，其表面粗糙度先变化不大然后持续增加。虽然两种激光作用后的PPS表面O/C元素含量百分比均随激光能量密度的增加而增加，但脉冲紫外激光与PPS相互作用时还存在光化学作用，因此其作用后的 PPS表面O/C元素含量百分比更高。另一方面，当光斑搭接大于0％时，两种激光光斑搭接率的增加均能显著增加余热累积，且作用后的PPS表面粗糙度均在搭接率小于0%时变化不大，而在光斑搭接率大于0%时持续增加；当光斑搭接率达到50%时，脉冲紫外激光作用后的PPS表面熔融物及O/C元素含量百分比大幅增加，而脉冲红外光纤激光作用后的PPS熔融物表面还出现了大量球状玻璃纤维，且因碳化而导致其表面O/C元素含量百分比减少。
　　PPS表面微观形貌及 O/C元素百分比对其润湿性存在重要影响，当两种激光作用于PPS表面的能量密度足够大时，均能使PPS表面获得超亲水性，且在一定脉冲红外光纤激光能量密度下（Q=15.70J/cm2），改变光斑搭接率能获得接近于超疏水的表面（水接触角约142°）；而一定深度的微观孔洞结构是保证PPS表面具有良好粘结性的主要因素，脉冲紫外激光在合适的激光能量密度范围内刻蚀PPS表面后能获得具有良好粘结性的表面。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 聚苯硫醚的表面或本体改性方法及研究进展

1.3 常用聚合物表面改性方法的原理及优缺点

1.4 本文主要研究内容及创新点

2 实验方法及理论基础

2.1 实验材料、设备、方法及测试表征

2.2 激光与聚合物相互作用理论基础

2.3 本章小结

3 脉冲紫外和脉冲红外光纤激光对PPS表面微观形貌的影响

3.1 前言

3.2 激光能量密度对PPS表面微观形貌的影响

3.3 激光光斑搭接率对PPS表面微观形貌的影响

3.4 本章小结

4 脉冲紫外和脉冲红外光纤激光对PPS表面化学成分的影响

4.1 前言

4.2 激光能量密度对刻蚀PPS表面化学成分的影响

4.3 激光光斑搭接率对刻蚀PPS表面化学成分的影响

4.4 本章小结

5 两种激光对PPS表面水润湿性及与金属铜层结合强度的影响

5.1 前言

5.2 两种激光对PPS表面水润湿性影响机理

5.3 PPS表面与金属铜层结合强度的影响机理

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 目前存在问题及展望

致谢

参考文献