混水等离子体射流聚合物表面改性及其应用

摘要

聚合物具有机械性能好、耐高温性能强、耐腐蚀性能强等优良特性，广泛应用于工业与医疗领域。然而连接分子间的范德华力较大使得聚合物表面存在润湿性差、抗粘结性差、加工性能差等缺点，限制了它的实际应用。因此，为解决聚合物表面存在的问题，并进一步拓展聚合物的表面应用，常对聚合物表面进行改性处理。等离子体是对聚合物改性的常用方法，但也受到活性粒子浓度低改性效率不足等问题的限制，混水等离子体射流对聚合物表面改性是通过混入水蒸气的方式提高射流中活性粒子浓度从而实现对聚合物表面快速长效改性的一种新型改性技术。 论文在分析多种聚合物改性方法的基础上，从混水等离子体射流产生机理入手，对混水等离子体射流的混水比例范围、放电参数、混水等离子体射流对聚合物表面润湿性与力学性能及润湿性时效性的影响效果及作用机理、混水等离子体射流辅助聚合物加工及血液亲和性改性进行了分析与研究。论文的主要工作如下： 为了研制出适用于聚合物表面改性的混水等离子体射流，使用自制的混水等离子体射流放电装置，探究混水比例对放电电压与电流及射流长度稳定性的影响。确定在大气压环境中，使用氮气作为主要工作气体，放电方式采用裸金属电极放电，放电电压U=1.64kV，混水比例在0%~2.5%之间，可获得放电均匀稳定且宏观长度适用于聚合物改性的混水等离子体射流。 为了研究混水等离子体射流对聚合物表面改性的影响效果及作用机理，使用混水比例0%/1%/2%三种混水等离子体射流分别对聚乙烯、聚四氟乙烯及聚醚醚酮进行亲水性改性及聚乙烯力学性能改性试验。试验结果显示，混水等离子体射流可迅速改善聚合物表面的润湿性及力学性能，在将表面改性成亲/超亲水状态的同时进一步降低材料的拉断力，使用高混水比例的等离子体射流改性时，通过对聚合物表面进行微刻蚀使改性后的材料表面具有长效的润湿性效果。 在混水等离子体射流改性基础上，进一步拓展混水等离子体射流对聚合物表面改性的应用。首先对混水等离子体射流血液亲和性改性聚醚醚酮效果进行试验研究，试验结果表明，混水等离子体射流可明显改善聚醚醚酮表面血液亲和性，使用混水比例2%的等离子体射流可明显延长血液亲和性的时效性；开展混水等离子体射流在不同切深下对聚合物进行辅助微铣削试验，试验结果表明，混水等离子体射流可有效降低加工过程中的切削力，并改善改性后表面的已加工表面质量。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景和研究意义

1.3 常见聚合物表面改性研究现状

1.3.1 化学处理法

1.3.2 共混改性法

1.3.3 表面改性法

1.4 等离子体射流改性聚合物表面

1.5 本文研究思路和方法

2 混水等离子体射流的产生原理及参数测试

2.1 混水等离子体射流产生原理

2.1.1 等离子体射流简介

2.1.2 混合等离子体射流简介

2.1.2 混水等离子体射流的机理及放电产生方法

2.2 混水等离子体射流发生装置及放电特性

2.2.1 混水等离子体射流产生及参数检测装置

2.2.2 不同混水比例浓度下的射流电压测试

2.2.3 不同混水比例下的射流长度测试

2.3 本章小结

3 聚合物表面的亲水化改性及其时效性能研究

3.1 混水等离子体射流对PE表面亲水化改性

3.1.1 混水比例与处理时间对聚乙烯表面润湿性的影响

3.1.2 混水比例对聚乙烯表面形貌的影响

3.1.3 混水比例对聚乙烯表面化学成分的影响

3.1.4 混水比例对聚乙烯力学性能的影响

3.2 聚乙烯表面亲水化改性的时效性

3.2.1 放置时间对表面水滴接触角影响

3.2.2 表面粗糙结构与化学成分对时效性的影响

3.3 混水等离子体射流对PTFE及PEEK表面亲水化改性

3.3.1 混水等离子体射流对PEEK表面亲水化改性

3.3.2 混水等离子体射流对PTFE 表面亲水化改性

3.4 本章小结

4 混水等离子体射流辅助聚合物改性的应用

4.1 混水等离子体射流对PEEK血液亲和性的影响

4.1.1 对血液接触角的影响

4.1.2 对PEEK血液亲和性改性的时效性

4.2 混水等离子体射流辅助聚合物加工

4.2.1 试验装置选择与加工参数确定

4.2.2 切削力

4.2.3 工件表面粗糙度分析

4.2.4 已加工表面微观形貌分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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