收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚醚醚酮及其碳纳米管复合材料表面金属化的研究

翟通  
【摘要】:聚醚醚酮(PEEK)的体积电阻率和表面电阻很高,尽管通过添加碳纳米管可以降低其体积电阻率和表面电阻,但是其体积电阻和表面电阻仍然远远高于金属材料,这限制了PEEK树脂及其碳纳米管复合材料在某些电子领域(比如电磁屏蔽)的应用。本文以PEEK树脂和聚醚醚酮/多壁碳纳米管(PEEK/MWCNT)复合材料为基体,通过环境友好的湿化学方法对材料表面进行预处理,采用三种不同的工艺方法,使Ni-P合金和Cu金属在PEEK树脂和PEEK/MWCNT复合材料表面自催化沉积,实现材料的表面金属化。本论文主要进行了以下几方面的工作:(1)贵金属Pd做催化剂引发Ni-P合金的自催化沉积。用硫酸溶胀PEEK/MWCNT复合材料,溶胀后所得材料的表面形貌对硫酸的浓度极为敏感,只有当硫酸浓度大于90wt%时,复合材料表面才能形成规则的贯通微孔结构,而溶胀时硫酸的温度、溶胀时间以及是否有超声辅助对PEEK/MWCNT复合材料的表面形貌没有明显的影响。半结晶PEEK和PEEK/MWCNT复合材料的溶胀度均随溶胀时间的增加而增大,然而对于溶胀同样的时间,PEEK/MWCNT复合材料的溶胀度明显低于PEEK。溶胀后,PEEK/MWCNT复合材料表面的平均粗糙度和均方根粗糙度明显增加。MnO2-NaH2PO4-H2SO4体系对PEEK/MWCNT复合材料表面的氧化刻蚀作用强于MnO2-H2SO4体系。用MnO2-NaH2PO4-H2SO4体系刻蚀溶胀表面,MWCNT逐渐暴露出来,随刻蚀时间的延长,表面的网孔结构逐渐被破坏。当MnO2-NaH2PO4-H2SO4体系刻蚀5min时,材料表面仍然保留有贯通微孔结构,且MWCNT逐渐暴露在贯通孔的孔壁,材料表面极性基团C=O和COOH增加。材料表面平均粗糙度和均方根粗糙度仅略有降低,但仍远大于原始表面。化学镀后,Ni-P合金填充进表面贯通孔中,形成“互穿锚固”结构,同时部分裸露的碳纳米管嵌入到化学镀层之中,复合材料表面形成一层致密的菜花状的Ni-P镀层。化学镀后,材料沿厚度方向的体积电阻率迅速降低,表面方阻随化学镀时间的增加而降低。按照标准ASTM D3359描述的划格剥离方法测量镀层的结合力,达到了最高的5B等级。(2)NaBH4直接引发Ni-P合金和Cu金属的自催化沉积。将溶胀的PEEK/MWCNT复合材料浸入到NaBH4-NaOH溶液中,取出后干燥,从而使材料表面附着上强还原性的Na BH4。当将附着有NaBH4的试样直接浸入到化学镀镍溶液中时,表面附着的NaBH4的还原性强于化学镀液中的NaH2PO2,NaBH4优先和镀液中的Ni2+发生反应,将Ni2+还原为单质态的Ni0。Ni0作为催化剂附着在贯通微孔表面,同时引发化学镀液中Ni2+和H2PO2-之间的氧化还原反应,使金属镍自发沉积在材料表面上。化学镀镍时,几乎观察不到诱导期,附着还原剂的PEEK/MWCNT一旦进入化学镀液,立刻引发金属在材料表面的自催化沉积。随反应温度的升高Ni-P合金的沉积速率也随之大幅度提高,材料的表面方阻降低。在相同的温度下,材料的表面方阻随化学镀时间的延长而降低。化学镀镍后,材料沿厚度方向的体积电阻率降低了6个数量级。由于镀层与溶胀表面贯通微孔的互穿锚固作用,镀层的结合力达到了5B等级(ASTM D3359)。当将附着有NaBH4的试样直接浸入到化学镀铜溶液中时,NaBH4优先和镀液中的Cu2+发生反应,将Cu2+还原为单质态的Cu0。Cu0作为催化剂附着在贯通微孔表面,同时引发化学镀液中Cu2+和甲醛之间的氧化还原反应,使金属铜自发沉积在材料表面上。材料的表面方阻随化学镀时间的延长而降低。化学镀铜后,材料沿厚度方向的体积电阻率降低了6个数量级。铜镀层的结合力达到了5B等级(ASTM D3359)。(3)Ni和Cu做催化剂分别引发Ni-P合金和Cu金属的自催化沉积。为了防止NaBH4进入镀液中,保证镀液的稳定性,预先在试样表面附着引发化学镀的金属催化剂。PEEK和PEEK/MWCNT复合材料经过硫酸溶胀后,表面产生相互贯通的网孔结构,这些网孔的形状规则,尺寸约在微米级,材料的比表面积增加。将溶胀后的试样在蒸馏水中超声处理,表面强度较弱的PEEK被除去,表面规则的贯通微孔结构转变为不规则的微米/纳米复合贯通孔结构,材料的比表面积进一步增加。与原始表面相比,经过溶胀处理后,PEEK和PEEK/MWCNT复合材料表面的水接触角均有所增加,进行超声处理后,接触角更是明显增加(大于125°)。将超声处理后的PEEK和PEEK/MWCNT复合材料浸入到NaBH4-NaOH溶液中,取出后干燥,还原性的NaBH4可以牢固的附着在疏水表面上。附着有NaBH4的PEEK和PEEK/MWCNT浸入到NiSO4溶液时,硼氢化钠与溶液中的镍离子发生氧化还原反应,生成单质态的Ni0颗粒,并附着在材料的表面。“微米/纳米贯通网孔”的孔壁上产生的Ni0颗粒团簇的数量和尺寸大于溶胀表面上产生的Ni0颗粒团簇。经蒸馏水清洗后,将其置入化学镀溶液,表面的Ni0颗粒诱导金属在材料表面自催化沉积。Ni-P合金在超声处理所得表面上的沉积速率略大于在仅经溶胀处理所得表面上的沉积速率。对于同一种材料,Ni-P镀层与超声处理所得表面间的结合力比与溶胀表面间的结合力要高,可达4.3MPa。对于不同基体材料,随MWCNT含量的增加,镀层与基体材料间的结合力几乎没有变化,甚至有所降低。对于PEEK/MWCNT(7wt%)和PEEK/MWCNT(12wt%)复合材料,化学镀镍后,材料沿厚度方向的体积电阻率都降低了6个数量级。然而对于PEEK树脂,化学镀镍后,试样沿厚度方向的体积电阻率反而升高了一个数量级。当附着有NaBH4的PEEK/MWCNT浸入到CuSO4溶液时,NaBH4把溶液中的铜离子还原为单质态的Cu0颗粒,并附着在材料的表面。随还原溶液中NaBH4浓度的增加,表面上形成的Cu0颗粒逐渐从小颗粒长大为较大的球状颗粒,最终生长为多面体状的大颗粒,并且表面上单质态的铜的含量逐渐增加。在化学镀铜时,表面的Cu0颗粒诱导金属铜在材料表面自催化沉积。随还原溶液中NaBH4浓度的增加,化学镀铜的沉积速率也随之增加。化学镀时间相同的情况下,随还原溶液中NaBH4浓度的增加,材料的表面方阻降低。化学镀铜后,材料沿厚度方向上的体积电阻率均下降了6个数量级。由于镀层与表面微米/纳米贯通网孔结构的互穿锚固作用,镀层的结合力达到了5B等级(ASTM D3359)。(4)湿化学法对PEEK树脂表面形貌的影响。通过研究溶胀时硫酸的浓度、清洗温度、清洗剂的种类和浓度对PEEK进行表面处理,获得了不同的表面形貌。通过调节这些因素,可以控制PEEK表面是否形成通孔结构、表面孔的尺寸和密度、以及表面通孔的壁厚,这为进一步研究PEEK与金属层、骨组织以及胶黏剂等物质的结合提供了参考。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 栾维涛;;日本大赛璐-赢创和宝理塑料计划合作开发PEEK项目[J];工程塑料应用;2010年08期
2 王睦铿;;PEEK薄膜[J];化工新型材料;1991年10期
3 ;PEEK聚合物替代钢质灌装阀[J];国外塑料;2010年07期
4 刘承俊;;超高级工程塑料——PEEK[J];化工新型材料;1981年10期
5 李滨耀,李刚,张延,何天白,陈天禄,ALFONSO,G.C.;PEK-C/PEEK共混物的研究[J];高分子材料科学与工程;1991年02期
6 晶心;;三井东压化学推出PEEK超纯水管路系统[J];化工新型材料;1991年11期
7 张志毅;曾汉民;;PEEK/PES-C共混物的摩擦磨损特性[J];塑料;1993年02期
8 ;2018年全球PEEK市值将破8亿美元大关[J];塑料工业;2014年05期
9 ;苏威公司加入全球PEEK大战[J];塑料工业;2006年11期
10 ;在重要应用中替代昂贵金属的PEEK[J];工业设计;2008年12期
11 ;PC—1500计算机野外数据采集程序清单[J];中州煤炭;1991年02期
12 ;新型高耐磨性PEEK[J];塑料工业;2014年05期
13 汪怀远;林珊;张帅;杨淑慧;朱艳吉;;仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能[J];材料工程;2014年06期
14 唐舜宾;;聚醚醚酮(PEEK)纤维[J];广东化纤技术通讯;1990年02期
15 吴忠文;;聚醚醚酮(PEEK)树脂的国内外研发进展与生产实践[J];玻璃钢;2014年02期
16 C. Mateus,C. Coddet;On Sliding Friction of PEEK Based Composite Coatings[J];材料热处理学报;2004年05期
17 林有希,高诚辉;PEEK的改性及应用[J];工程塑料应用;2005年09期
18 张晓明,刘其贤,张淑萍;PEEK流变特性及其流动性能改善研究[J];纤维复合材料;1998年03期
19 龙春光,张厚安;Ekonol/G/PEEK耐磨复合材料的研究[J];矿山机械;2003年10期
20 牛海涛,焦晓宁,程博闻;聚醚醚酮(PEEK)纤维的特性及其应用[J];北京纺织;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜振华;;PEEK在医疗领域的应用[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题L:高性能树脂[C];2013年
2 李健;章明秋;徐建军;;PEEK碳纤维增强复合材料的动态力学行为[A];内耗与超声衰减——第四次全国固体内耗与超声衰减学术会议论文集[C];1994年
3 赵新英;许忠斌;益小苏;;特种塑料PEEK螺杆挤出纤维实验[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
4 毕俊;付杜;李岩;高彦芳;谢续明;;PEEK/共聚氟树脂复合材料的制备及性能研究[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
5 王伟;来育梅;章刚;宋艳江;王晓东;黄培;;DSC法研究PEEK/PEI共混物的相容性和热性能[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
6 徐利敏;赵剑锋;雷玉平;郭文勇;;特种工程塑料PEEK的合成与表征[A];湖北省化学化工学会2006年年会暨循环经济专家论坛论文集[C];2006年
7 王齐华;刘维民;李同生;杨生荣;;石墨和纳米SiC填充PEEK磨损机理的研究[A];第十一次全国电子显微学会议论文集[C];2000年
8 Lu Cao;Ping-Guo Duan;Xi-Lei Li;Hui-Ren Wang;Wu Che;Jian Dong;Feng-Lai Yuan;Ming-Dong Zhao;Dong-Sheng Zhang;;The biomechanical stability of a novel totally bioabsorbable self-retaining PLA/nano-sizedβ-TCP cervical spine interbody fusion device in single level ACDF models[A];第二十届全国中西医结合骨伤科学术研讨会、第二届中国医师协会中西医结合医师分会骨伤科学术年会、第十九届浙江省中西医结合骨伤科专业委员会学术年会论文汇编[C];2013年
9 刘定富;王国海;;提高化学镀镍溶液使用寿命的务虚分析[A];2010’(贵阳)低碳环保表面工程学术论坛论文集[C];2010年
10 刘青松;刘朝阳;;化学镀镍液的处理及其老化液中镍盐的回收[A];2000年晋冀鲁豫鄂蒙六省区机械工程学会学术研讨会论文集(河南分册)[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 翟通;聚醚醚酮及其碳纳米管复合材料表面金属化的研究[D];天津大学;2016年
2 王勇;基于聚多巴胺辅助表面沉积含银涂层的聚醚醚酮的制备及抗菌性能与生物相容性研究[D];苏州大学;2016年
3 黄伟敏;PEEK棒杂交手术治疗腰椎退行性疾病的三维有限元分析和临床研究[D];第二军医大学;2017年
4 陈建兵;三元高性能工程塑料合金PEEK/PEI/PES结构与性能研究[D];上海大学;2013年
5 祝世洋;聚醚醚酮基高性能涂料的制备及性能研究[D];吉林大学;2014年
6 周兵;CaCO_3/PEEK复合材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2004年
7 易义武;石墨烯/碳纳米管复合粉体的制备及应用研究[D];南昌大学;2017年
8 刘金涛;基于纳米材料的活性粉末混凝土及其基本力学性能研究[D];浙江大学;2016年
9 崔国峰;化学镀镍磷合金过程中磷的析出及其对镀层性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 黄金田;木材化学镀镍及木质电磁屏蔽材料的制备[D];北京林业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵伟高;磁性多壁碳纳米管的制备及其吸附性能研究[D];天津大学;2016年
2 靳秀静;不锈钢和PEEK贮存的效应及机理[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 傅徽波;PEEK厚壁管注塑成型缺陷分析及解决对策[D];大连理工大学;2015年
4 邵伟薇;生物玻璃(BG)/聚醚醚酮(PEEK)人工螺钉治疗骨折的实验研究[D];浙江中医药大学;2016年
5 陈艳;(HA-CF)/PEEK多层复合材料的制备与力学性能研究[D];安徽理工大学;2016年
6 甘抗;聚醚醚酮植入材料表面改性的实验研究[D];吉林大学;2016年
7 吴凤群;多孔n-HA/PEEK/CS和n-HA/PEEK/C_8-HPCS复合材料的制备及性能研究[D];深圳大学;2016年
8 段理想;钛板表面处理工艺对Ti/PEEK界面湿热耐久性能的研究[D];南京航空航天大学;2016年
9 张照;碳纤维织物增强聚醚醚酮基(CFF/PEEK)航空复合材料的制备及其界面改性[D];东华大学;2017年
10 孙芳芳;熔渗PEEK对铁基烧结材料摩擦磨损性能的影响[D];合肥工业大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张忠辉;PEEK应用开发进入实质性阶段[N];中国化工报;2006年
2 李琮;PEEK喷涂设备将超越搪玻璃釜[N];中国化工报;2008年
3 肖化;赢创工业将扩大中国PEEK产能[N];中国化工报;2011年
4 钱伯章;吉大德固赛PEEK上市在即[N];中国化工报;2006年
5 张忠辉;PEEK复合材料开发又有突破[N];中国化工报;2006年
6 金陵;国外行业垄断 国内依赖进口[N];中国化工报;2002年
7 记者 李闻芝;我PEEK生产应用将步入快车道[N];中国化工报;2005年
8 记者 李闻芝;我国PEEK产业化待加快[N];中国化工报;2005年
9 白杉 周洁;聚醚醚酮性能优异前景广[N];中国化工报;2003年
10 金山;国产聚醚醚酮还得更上一层楼[N];中国化工报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978