第七章高分子材料的表面改性PPT课件
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高分子材料改性技术
高分子材料的几种常用改性技术，如化学改性、共混改性、填充改性、纤维增强改性、表面改性技术。
化学改性是通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法。
如聚苯乙烯的硬链段刚性太强，可引进聚乙烯软链段，增加韧性；尼龙、聚酯等聚合物的端基(氨基、羧基、羟基等)，可用一元酸(苯甲酸或乙酸酐)、一元醇(环己醇、丁醇或苯甲醇等)进行端基封闭；由多元醇与多元酸缩聚而成的醇酸聚酯耐水性及韧性差，加入脂肪酸进行改性后可以显著提高它的耐湿性和耐水性，弹性也相应提高。
共混是指共同混合，是一种物理方法，使几种材料均匀混合，以提高材料性能的方法，工业上用炼胶机将不同橡胶或橡胶与塑料，均匀地混炼成胶料是典型的例子，也可以在聚合物中加入某些特殊性能的成分以改变聚合物的性能如导电性能等。
在塑料成型加工过程中加入无机或有机填料的过程称为填充改性。
是在塑料基体（母体）中加入模量高得多的非纤维类的材料（一般为微粒状）。
通常认为填充改性是为了降低成本而进行的，实际上很多塑料制品如果没有填充助剂的加入，很难得到符合满意的应用效果。
表面改性技术(PPT)
第二十九页，共一百二十页。
选择功率密度要根据零件尺寸及其淬火条件而定。 电流频率(pínlǜ)越低、零件直径越小及所要求的硬化 层深度越小，那么所选择的功率密度值应越大。
高频淬火常用于零件直径较小、硬化层深度较浅的场 合；
中频淬火常用在大直径工件和硬化层深度较深的 场合。
第三十页，共一百二十页。
二、火焰加热外表淬火 火焰加热外表淬火是应用氧一乙炔或其他可燃气体
实际上，感应加热外表淬火硬化层深度取决 于加热层深度、淬火加热温度、冷却速度和材料 本身淬透性等因素。
第二十七页，共一百二十页。
4．感应加热外表淬火后的组织和性能 感应加热外表淬火获得的外表组织呈细小隐
晶马氏体，碳化物呈弥散分布，外表硬度比普通 淬火的高2HRC—3HRC，耐磨性也提高，这是因快 速加热时在细小的奥氏体内有大量亚结构残留在 马氏体中所致。喷水冷却时，这种差异会更大。 表层因相变体积膨胀而产生压应力(yìnglì)，降低 缺口敏感性，大大提高疲劳强度。
第二十四页，共一百二十页。
1．感应加热的物理过程
将工件放在感应线圈中， 在高频交流磁场的作用下， 产生很大的感应电流(gǎnyìng diàn liú)，并由于集肤效应而 集中分布于工件外表，使 受热区迅速加热到钢的相 变临界温度Ac3或Accm之 上，然后在冷却介质中快 速冷却，使工件表层获得 马氏体。
第三十四页，共一百二十页。
(二)金属外表(wàibiǎo)化学热处理的目的
感应加热表面淬火 感应淬火机床
第二十二页，共一百二十页。
5、外表淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变电流在工件外表感应巨大 涡流(wōliú)，使工件外表迅速加热的方法。
第二十三页，共一百二十页。
一、感应加热外表淬火 (一)感应加热外表处理的根本原理(yuánlǐ)
选择功率密度要根据零件尺寸及其淬火条件而定。 电流频率(pínlǜ)越低、零件直径越小及所要求的硬化 层深度越小，那么所选择的功率密度值应越大。
高频淬火常用于零件直径较小、硬化层深度较浅的场 合；
中频淬火常用在大直径工件和硬化层深度较深的 场合。
第三十页，共一百二十页。
二、火焰加热外表淬火 火焰加热外表淬火是应用氧一乙炔或其他可燃气体
实际上，感应加热外表淬火硬化层深度取决 于加热层深度、淬火加热温度、冷却速度和材料 本身淬透性等因素。
第二十七页，共一百二十页。
4．感应加热外表淬火后的组织和性能 感应加热外表淬火获得的外表组织呈细小隐
晶马氏体，碳化物呈弥散分布，外表硬度比普通 淬火的高2HRC—3HRC，耐磨性也提高，这是因快 速加热时在细小的奥氏体内有大量亚结构残留在 马氏体中所致。喷水冷却时，这种差异会更大。 表层因相变体积膨胀而产生压应力(yìnglì)，降低 缺口敏感性，大大提高疲劳强度。
第二十四页，共一百二十页。
1．感应加热的物理过程
将工件放在感应线圈中， 在高频交流磁场的作用下， 产生很大的感应电流(gǎnyìng diàn liú)，并由于集肤效应而 集中分布于工件外表，使 受热区迅速加热到钢的相 变临界温度Ac3或Accm之 上，然后在冷却介质中快 速冷却，使工件表层获得 马氏体。
第三十四页，共一百二十页。
(二)金属外表(wàibiǎo)化学热处理的目的
感应加热表面淬火 感应淬火机床
第二十二页，共一百二十页。
5、外表淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变电流在工件外表感应巨大 涡流(wōliú)，使工件外表迅速加热的方法。
第二十三页，共一百二十页。
一、感应加热外表淬火 (一)感应加热外表处理的根本原理(yuánlǐ)
聚合物工艺学第七章_聚合物改性工艺
3. 乳液共混（胶乳混合法）
乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进行 共混，然后再经凝聚、分离、干燥而得到共混聚合物 的方法。与熔融混合法比较，此法在较低温度和低剪 切场下进行。凝聚后胶乳颗粒可以良好的混合。 在橡胶的共混改性中，可以采用两种胶乳进行共 混。如果共混产品以乳液的形式应用(如用作乳液型 涂料或粘合剂)，亦可考虑采用乳液共混的方法。
2. 溶液共混(溶液浇铸混合法)
与熔融共混不同，溶液共混主要应用于基础研究领域。
溶液共混是将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。该方法 具有简便易行、用料量少等特点，适用于数量少或不适于 加热熔融的聚合物的共混，特别适合于在实验室中进行的 某些基础研究工作。在实验室研究中，通常是将经溶液共 混的物料浇铸成薄膜，测定其形态和性能。需要指出的是， 经溶液共混制备的样品，其形态和性能与熔融共混的样品 是有较大差异的。另外，溶液共混法也可以用于工业上一 些溶液型涂料或粘合剂的制备。
♦聚合物共混物中的“均相”概念: 在聚合物共混中形成的均相体系，不同于小分子混合 时可能达到的均相体系。在高分子领域，即使是在均聚物 中，亦会有非均相结构存在。对于聚合物共混物，不可能 实现绝对的“均相” 。 聚合物共混物的均相体系判定标准：
如果一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能， 这种共混物就可以认为是具有均相结构的共混物。
3. 增韧塑料 有些塑料如聚苯乙烯为脆性材料，抗冲性能较低， 为了增加韧性提高其抗冲强度，采用橡胶与之共混或共 聚的改性方法。橡胶改性塑料是橡胶相域分散在塑料母 体中的物料体系。橡胶相域的大小与混合方法有关。熔 融混合所得聚氯乙烯-丙烯酸酯橡胶共混聚合物的相域 约0.1μm、聚苯乙烯-聚丁二烯共混聚合物的相域尺寸 为1μm左右。相域时常是多相的，微小的塑料相域包埋 在橡胶相域内。其形态学与混合方法大有关系。 橡胶增韧塑料提高抗冲性能的原因在于它受到冲击 后，靠近橡胶颗粒赤道附近形成许多银纹，这些银纹增 长遇到障碍物(如橡胶颗粒)为止，并且使应力均匀分散 而达到提高抗冲性能的目的。
生物医用高分子材料的表面改性
物反应 。组织 相容 性 要求 材 料 无毒 、 不 损 伤生 物体 组 织、 没有 抗原性 和 致 癌性 等 。一 般 可通 过对 材料 的选
择和 改性来解 决组 织相 容性 问题 。
生物体器 官 、 细胞 器 、 组 织 细胞 及 生 物 大 分子 相 容 ， 无
毒性 、 无 热原反应 、 无致 癌 性 等 ， 对 生 物 体组 织 、 血液、
不引起凝 血 及 血 小 板 粘 着 凝 聚 ， 不 出现 溶 血 现象 。
当异体 与血 液相 接 触 ， 其表 面 很快 会 吸 附一层 蛋
白质Ｌ ８ ］ ， 一些 能促进 血小 板 粘 附 的蛋 白质 及 吸附 在异 体表 面的血 纤维蛋 白原 通过 作用将会 粘附和 活化 血小
由于高分 子 材料 和血 液 接 触 主 要 发 生 在 材 料 的 表 面
应， 以及 人体对 这 些 反应 的耐 受 程 度 。生 物相 容性 可
简单地 概括 为 ： 活 体与材 料之 间 的相 互关 系 ， 主要 涉及
血 液相容性 （ 抗凝 血性 ） 和组 织相容 性 ］ 。
１ ． １ 血 液相容性
２ ． 】 ． １ 表 面涂层
血 液相 容性 指生物 医用 高分 子材 料与血 液接触 时
摘 要 ： 生 物相 容 性 是 医 用 高 分 子材 料 应 用 中必 须 解 决 的 关键 问题 ， 通 过 表 面 改 性 以改善 生 物 医 用 高分 子 材 料 的 生
物 相 容性 的研 究备 受 关 注 。分 别 从 物 理 、 化 学、 仿 生 三 方 面对 生物 医用 高分 子 材 料 的 表 面 改 性 方 法及 进 展 进 行 了综述 。
用 高分子 材料具 备一 定 的 功 能特 性 显 得 至关 重 要 ， 与
择和 改性来解 决组 织相 容性 问题 。
生物体器 官 、 细胞 器 、 组 织 细胞 及 生 物 大 分子 相 容 ， 无
毒性 、 无 热原反应 、 无致 癌 性 等 ， 对 生 物 体组 织 、 血液、
不引起凝 血 及 血 小 板 粘 着 凝 聚 ， 不 出现 溶 血 现象 。
当异体 与血 液相 接 触 ， 其表 面 很快 会 吸 附一层 蛋
白质Ｌ ８ ］ ， 一些 能促进 血小 板 粘 附 的蛋 白质 及 吸附 在异 体表 面的血 纤维蛋 白原 通过 作用将会 粘附和 活化 血小
由于高分 子 材料 和血 液 接 触 主 要 发 生 在 材 料 的 表 面
应， 以及 人体对 这 些 反应 的耐 受 程 度 。生 物相 容性 可
简单地 概括 为 ： 活 体与材 料之 间 的相 互关 系 ， 主要 涉及
血 液相容性 （ 抗凝 血性 ） 和组 织相容 性 ］ 。
１ ． １ 血 液相容性
２ ． 】 ． １ 表 面涂层
血 液相 容性 指生物 医用 高分 子材 料与血 液接触 时
摘 要 ： 生 物相 容 性 是 医 用 高 分 子材 料 应 用 中必 须 解 决 的 关键 问题 ， 通 过 表 面 改 性 以改善 生 物 医 用 高分 子 材 料 的 生
物 相 容性 的研 究备 受 关 注 。分 别 从 物 理 、 化 学、 仿 生 三 方 面对 生物 医用 高分 子 材 料 的 表 面 改 性 方 法及 进 展 进 行 了综述 。
用 高分子 材料具 备一 定 的 功 能特 性 显 得 至关 重 要 ， 与
高分子材料的改性与改性实验
高分子材料的改性与 改性实验
,a click to unlimited possibilities
汇报人：
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
04
高分子材料改 性的实验流程
02
高分子材料改 性的重要性
05
高分子材料改 性实验的注意 事项
03
高分子材料改 性的方法
06
高分子材料改 性实验的应用 前景
实验材料：详细列出实验所需的材料和 设备
实验步骤：详细描述实验的操作步骤和 过程
实验分析：对实验结果进行分析和解释
实验结论：总结实验结果，提出结论和 建议
06
高分子材料改性实验的 应用前景
在工业生产中的应用
高分子材料改性实验在电子 工业中的应用
高分子材料改性实验在汽车 工业中的应用
高分子材料改性实验在建筑 材料工业中的应用
05
高分子材料改性实验的 注意事项
安全问题
实验过程中必须穿 戴防护设备，如手 套、口罩、护目镜 等
实验过程中应避免 接触高温、高压、 有毒有害物质
实验过程中应遵守 实验室安全规定， 如禁止吸烟、饮食 等
实验结束后应妥善 处理废弃物，避免 环境污染
实验设备与试剂管理
实验设备：选择合适的设备，如搅拌器、加热器等，确保实验顺利进行。 试剂管理：妥善保管各种试剂，避免污染和变质，确保实验结果的准确性。 实验环境：保持实验室清洁、通风，避免外界因素对实验结果的影响。 安全防护：遵守实验室安全规定，穿戴防护设备，确保实验人员的安全。
降低成本
改性可以使材料更加环保， 减少废弃物的产生，降低环 保成本
通过改性，可以提高材料的 性能，降低生产成本
改性可以使材料更加耐用， 减少维修和更换成本
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04
高分子材料改 性的实验流程
02
高分子材料改 性的重要性
05
高分子材料改 性实验的注意 事项
03
高分子材料改 性的方法
06
高分子材料改 性实验的应用 前景
实验材料：详细列出实验所需的材料和 设备
实验步骤：详细描述实验的操作步骤和 过程
实验分析：对实验结果进行分析和解释
实验结论：总结实验结果，提出结论和 建议
06
高分子材料改性实验的 应用前景
在工业生产中的应用
高分子材料改性实验在电子 工业中的应用
高分子材料改性实验在汽车 工业中的应用
高分子材料改性实验在建筑 材料工业中的应用
05
高分子材料改性实验的 注意事项
安全问题
实验过程中必须穿 戴防护设备，如手 套、口罩、护目镜 等
实验过程中应避免 接触高温、高压、 有毒有害物质
实验过程中应遵守 实验室安全规定， 如禁止吸烟、饮食 等
实验结束后应妥善 处理废弃物，避免 环境污染
实验设备与试剂管理
实验设备：选择合适的设备，如搅拌器、加热器等，确保实验顺利进行。 试剂管理：妥善保管各种试剂，避免污染和变质，确保实验结果的准确性。 实验环境：保持实验室清洁、通风，避免外界因素对实验结果的影响。 安全防护：遵守实验室安全规定，穿戴防护设备，确保实验人员的安全。
降低成本
改性可以使材料更加环保， 减少废弃物的产生，降低环 保成本
通过改性，可以提高材料的 性能，降低生产成本
改性可以使材料更加耐用， 减少维修和更换成本
高分子物理化学全套PPT课件课件
通过深入研究高分子材料的微观结构和宏观性能之间的关系，为高分 子材料的设计和制备提供理论指导。
探索新型高分子材料的合成方法
发展新型的高分子合成方法，实现高效、环保、低成本的合成，提高 高分子材料的性能和功能。
拓展高分子材料的应用领域
将高分子材料应用于新能源、生物医学、环保等领域，开发具有创新 性和实用性的高分子材料。
高分子物理化学的发展历程
• 总结词：高分子物理化学的发展历程包括起步阶段、成长阶段和繁荣阶段，其 发展推动了人类社会的进步。
• 详细描述：高分子物理化学的发展历程可以追溯到20世纪初，当时科学家开 始对高分子物质进行研究，并发现了高分子化合物的长链结构和多分散性等特 点。随着研究的深入，人们逐渐认识到高分子物质的结构和性质在不同尺度上 存在差异，并开始从微观到宏观的不同尺度上进行研究。在成长阶段，高分子 物理化学的研究领域不断扩大，涉及的学科也越来越多，如物理学、化学、生 物学等。同时，人们开始将高分子物理化学应用于实际生产和生活中，推动了 相关产业的发展。进入21世纪后，随着科学技术的发展和人类对物质世界的 认识不断深入，高分子物理化学的研究进入繁荣阶段。人们开始深入研究高分 子物质的结构和性质，探索其在不同环境下的变化规律和机制，为解决实际问 题提供更加精准的理论支持。同时，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发 展，人们可以更加方便地模拟和预测高分子物质的行为和性能，进一步推动相 关领域的发展。总之，高分子物理化学的发展历程是一个不断创新和发展的过 程，其发展推动了人类社会的进步。
高分子物理化学全套 ppt课件
目录
• 高分子物理化学概述 • 高分子结构与性质 • 高分子合成与制备 • 高分子反应与改性 • 高分子材料性能与应用 • 高分子物理化学前沿研究
探索新型高分子材料的合成方法
发展新型的高分子合成方法，实现高效、环保、低成本的合成，提高 高分子材料的性能和功能。
拓展高分子材料的应用领域
将高分子材料应用于新能源、生物医学、环保等领域，开发具有创新 性和实用性的高分子材料。
高分子物理化学的发展历程
• 总结词：高分子物理化学的发展历程包括起步阶段、成长阶段和繁荣阶段，其 发展推动了人类社会的进步。
• 详细描述：高分子物理化学的发展历程可以追溯到20世纪初，当时科学家开 始对高分子物质进行研究，并发现了高分子化合物的长链结构和多分散性等特 点。随着研究的深入，人们逐渐认识到高分子物质的结构和性质在不同尺度上 存在差异，并开始从微观到宏观的不同尺度上进行研究。在成长阶段，高分子 物理化学的研究领域不断扩大，涉及的学科也越来越多，如物理学、化学、生 物学等。同时，人们开始将高分子物理化学应用于实际生产和生活中，推动了 相关产业的发展。进入21世纪后，随着科学技术的发展和人类对物质世界的 认识不断深入，高分子物理化学的研究进入繁荣阶段。人们开始深入研究高分 子物质的结构和性质，探索其在不同环境下的变化规律和机制，为解决实际问 题提供更加精准的理论支持。同时，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发 展，人们可以更加方便地模拟和预测高分子物质的行为和性能，进一步推动相 关领域的发展。总之，高分子物理化学的发展历程是一个不断创新和发展的过 程，其发展推动了人类社会的进步。
高分子物理化学全套 ppt课件
目录
• 高分子物理化学概述 • 高分子结构与性质 • 高分子合成与制备 • 高分子反应与改性 • 高分子材料性能与应用 • 高分子物理化学前沿研究
材料的表面改性技术
精确控制
激光参数（如功率、扫描速度等）可精确控制， 实现不同深度和宽度的表面改性。
离子束表面改性
01
02
03
离子注入
利用离子束将特定元素注 入材料表面，改变其化学 组成和物理性能。
剂量和能量可控
通过调整离子束的剂量和 能量，可实现不同深度和 分布的表面改性。
适用范围广
离子束表面改性适用于多 种材料，包括金属、陶瓷 和聚合物等。
污水处理
利用表面改性技术，可 以开发高效、低成本的 污水处理材料，提高污 水处理的效率和质量， 保护水资源和环境。
表面改性技术的发展趋势和前景
绿色环保
随着环保意识的提高，未来 表面改性技术的发展将更加 注重环保和可持续性，推动 绿色制造和清洁生产。
多功能化
表面改性技术将向多功能化 方向发展，实现材料表面的 多种功能集成，满足复杂应 用场景的需求。
03
高级阶段
近年来，随着纳米技术和生物技术的飞速发展，表面改性技术不断取得
新的突破，如纳米涂层、生物仿生等技术的出现，为材料表面改性提供
了更多的可能性和选择。
03
物理表面改性技术
激光表面改性
高能量密度
激光束能量密度高，可在材料表面产生瞬间高温， 实现局部快速加热和冷却。
无接触加工
激光加工为非接触式，可避免对材料表面的机械 损伤和污染。
镀层厚度控制
通过调整反应条件，如温度、浓度和时间，可精确控制镀层厚度。
镀层均匀性
化学镀层技术可实现复杂形状工件表面的均匀镀层。
化学气相沉积技术
气相反应
在气态环境中，通过化学反应在材料表面沉积固态物质。
沉积温度
化学气相沉积通常在较高温度下进行，以获得良好的沉积效果。
激光参数（如功率、扫描速度等）可精确控制， 实现不同深度和宽度的表面改性。
离子束表面改性
01
02
03
离子注入
利用离子束将特定元素注 入材料表面，改变其化学 组成和物理性能。
剂量和能量可控
通过调整离子束的剂量和 能量，可实现不同深度和 分布的表面改性。
适用范围广
离子束表面改性适用于多 种材料，包括金属、陶瓷 和聚合物等。
污水处理
利用表面改性技术，可 以开发高效、低成本的 污水处理材料，提高污 水处理的效率和质量， 保护水资源和环境。
表面改性技术的发展趋势和前景
绿色环保
随着环保意识的提高，未来 表面改性技术的发展将更加 注重环保和可持续性，推动 绿色制造和清洁生产。
多功能化
表面改性技术将向多功能化 方向发展，实现材料表面的 多种功能集成，满足复杂应 用场景的需求。
03
高级阶段
近年来，随着纳米技术和生物技术的飞速发展，表面改性技术不断取得
新的突破，如纳米涂层、生物仿生等技术的出现，为材料表面改性提供
了更多的可能性和选择。
03
物理表面改性技术
激光表面改性
高能量密度
激光束能量密度高，可在材料表面产生瞬间高温， 实现局部快速加热和冷却。
无接触加工
激光加工为非接触式，可避免对材料表面的机械 损伤和污染。
镀层厚度控制
通过调整反应条件，如温度、浓度和时间，可精确控制镀层厚度。
镀层均匀性
化学镀层技术可实现复杂形状工件表面的均匀镀层。
化学气相沉积技术
气相反应
在气态环境中，通过化学反应在材料表面沉积固态物质。
沉积温度
化学气相沉积通常在较高温度下进行，以获得良好的沉积效果。
第7章光磁功能高分子
5 MeV 中能量EB 高能量EB
10 MeV
第一节 感光性高分子材料
电子束、热、紫外光固化的比较
第一节 感光性高分子材料
(3)光化学反应
a. 光分解反应 典型的光分解反应是重氮化合物、叠氮化合物、在紫外线辐射时发生。
b. 光降解反应 添加了光敏氧化降解剂的高分子可控制在户外的降解时间，从数周到数月。
聚双—2,6—吡啶基辛二腈—硫酸亚铁(PPH—FeSO4)
PPH—FeSO4是一种黑色固态磁性聚合物，质量轻、耐热性好，在空气中300℃ 不会分解，也不易溶于有机溶剂，是非常好的磁性材料。
第三节 磁功能高分子材料
(2) 复合型高分子磁性材料：在合成树树脂或橡胶中加入铁氧体或稀土类磁
粉即可制成复合型高分子磁性材料。 橡胶 铁氧体 塑料
BIPO在紫外光照或在100℃左右下可 聚合成单晶或多晶聚合物。
改变聚合条件可在广泛范围内改变磁 性，可以从超顺磁性至铁磁性。 聚BIPO单体的分子中具有两个可进行 聚合反应的叁键，以及两个哌啶环的 氮氧自由基(双自由基)。
制备这种材料的生产率是很低的，性 能尚不稳定。
第三节 磁功能高分子材料
b. 含金属原子的有机高分子磁性体
芳香族重氮化合物在光照作用下发生光分解，产物有自由基和离子两种形式。
例如：双重氮盐+聚乙烯醇感光树脂
这种感光树脂在光照射下其重氮盐分解成自由基
第一节 感光性高分子材料
分解出的自由基残基从聚乙烯醇上的羟基夺氢形成聚乙烯醇自由基。最后自由 基偶合，形成交联结构。
第一节 感光性高分子材料
d. 芳香族叠氮化合物+高分子
保留受光部分即成为浮雕型印刷版
第二节 感光性高分子材料的应用
《高分子材料的表面》课件
高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维等 领域，具有重要的工业价值。
表面对高分子材料的影响
1 表面特性的定义
高分子材料表面的化学、物理性质对整个材料的性能起到重要影响。
2 表面对高分子材料性质的影响
表面特性可以影响材料的力学性能、热性能、电性能等多个方面。
3 可能的表面问题
高分子材料的表面可能出现粗糙、污染等问题，影响材料的应用。
3
表面应用对高分子材料未来的影响
探讨表面应用对高分子材料未来发展的影响。
表面改性
1 表面改性的概述
介绍高分子材料表面改性的目的和原则。
2 常见的表面改性方法
介绍表面改性的多种方法，如物理方法、化 学方法等。
3 不同表面改性方法的优缺点。
4 表面改性的案例
介绍几个高分子材料表面改性的成功案例。
表面应用
高分子材料的表面应用 案例
表面分析技术
1 常见表面分析技术介 2 选择正确的表面分析 3 表面分析技术适用于
绍
技术的关键因素
高分子材料的案例
介绍常用的高分子材料表 面分析技术，如X射线光 电子能谱(XPS)、原子力显 微镜(AFM)等。
根据分析目的、样品性质 等因素选择适合的表面分 析技术。
介绍几个高分子材料表面 分析技术在实际应用中的 案例。
《高分子材料的表面》 PPT课件
高分子材料的表面是该领域中一个重要的研究方向。本课件将介绍高分子材 料概述、表面对高分子材料的影响、表面分析技术、表面改性、表面应用等 内容。
高分子材料概述
1 什么是高分子材料？
高分子材料是由大量重复单元组成的材料， 具有特定的物理、化学性质。
2 高分子材料的应用范围
介绍几个高分子材料表面应 用的成功案例。
表面对高分子材料的影响
1 表面特性的定义
高分子材料表面的化学、物理性质对整个材料的性能起到重要影响。
2 表面对高分子材料性质的影响
表面特性可以影响材料的力学性能、热性能、电性能等多个方面。
3 可能的表面问题
高分子材料的表面可能出现粗糙、污染等问题，影响材料的应用。
3
表面应用对高分子材料未来的影响
探讨表面应用对高分子材料未来发展的影响。
表面改性
1 表面改性的概述
介绍高分子材料表面改性的目的和原则。
2 常见的表面改性方法
介绍表面改性的多种方法，如物理方法、化 学方法等。
3 不同表面改性方法的优缺点。
4 表面改性的案例
介绍几个高分子材料表面改性的成功案例。
表面应用
高分子材料的表面应用 案例
表面分析技术
1 常见表面分析技术介 2 选择正确的表面分析 3 表面分析技术适用于
绍
技术的关键因素
高分子材料的案例
介绍常用的高分子材料表 面分析技术，如X射线光 电子能谱(XPS)、原子力显 微镜(AFM)等。
根据分析目的、样品性质 等因素选择适合的表面分 析技术。
介绍几个高分子材料表面 分析技术在实际应用中的 案例。
《高分子材料的表面》 PPT课件
高分子材料的表面是该领域中一个重要的研究方向。本课件将介绍高分子材 料概述、表面对高分子材料的影响、表面分析技术、表面改性、表面应用等 内容。
高分子材料概述
1 什么是高分子材料？
高分子材料是由大量重复单元组成的材料， 具有特定的物理、化学性质。
2 高分子材料的应用范围
介绍几个高分子材料表面应 用的成功案例。
《高分子材料改性》课件
讨论智能高分子材料的概念、应用和未来发展方向。
总结和展望
1 高分子材料改性的意 2 发展方向与未来展望 3 研究对策
义
展望高分子材料改性的未
提出进行ห้องสมุดไป่ตู้分子材料改性
总结高分子材料改性的重
来发展方向，如绿色高分
研究的对策和建议，如加
要性和对材料性能的提升
子材料、功能性改性材料
强合作、培养专业人才等。
作用。
等。
《高分子材料改性》PPT课件
高分子材料改性课件将探讨高分子材料的定义、改性方法、应用领域及发展 趋势，通过丰富的内容展示高分子材料改性的重要性和未来潜力。
什么是高分子材料？
高分子材料的定义
介绍高分子材料的特点和定义，包括大分子量、由重复单元组成等。
常见的高分子材料
列举并介绍一些常见的高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
为什么需要高分子材料改性？
1 高分子材料的局限性
解释高分子材料在某些方面的限制，如力学性能、耐候性、热稳定性等。
2 改性能够使高分子材料具备更好的性能和应用范围
介绍高分子材料改性的优势，如提高材料的强度、增加耐高温性能等。
改性的方法和技术
物理改性
说明物理改性的方法和技术，如 填充剂填充和压缩加工。
3 纳米复合材料
介绍高分子材料与纳米材 料结合的复合材料，如纳 米填充剂改性聚合物。
高分子材料改性的趋势和发展
生物可降解高分子材料的发展
探讨生物可降解高分子材料的重要性以及其发展趋势。
基于可持续发展目标的高分子材料改性
展示高分子材料改性与可持续发展目标的关系，以及相关研究和发展。
智能高分子材料的研究与发展
化学改性
总结和展望
1 高分子材料改性的意 2 发展方向与未来展望 3 研究对策
义
展望高分子材料改性的未
提出进行ห้องสมุดไป่ตู้分子材料改性
总结高分子材料改性的重
来发展方向，如绿色高分
研究的对策和建议，如加
要性和对材料性能的提升
子材料、功能性改性材料
强合作、培养专业人才等。
作用。
等。
《高分子材料改性》PPT课件
高分子材料改性课件将探讨高分子材料的定义、改性方法、应用领域及发展 趋势，通过丰富的内容展示高分子材料改性的重要性和未来潜力。
什么是高分子材料？
高分子材料的定义
介绍高分子材料的特点和定义，包括大分子量、由重复单元组成等。
常见的高分子材料
列举并介绍一些常见的高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
为什么需要高分子材料改性？
1 高分子材料的局限性
解释高分子材料在某些方面的限制，如力学性能、耐候性、热稳定性等。
2 改性能够使高分子材料具备更好的性能和应用范围
介绍高分子材料改性的优势，如提高材料的强度、增加耐高温性能等。
改性的方法和技术
物理改性
说明物理改性的方法和技术，如 填充剂填充和压缩加工。
3 纳米复合材料
介绍高分子材料与纳米材 料结合的复合材料，如纳 米填充剂改性聚合物。
高分子材料改性的趋势和发展
生物可降解高分子材料的发展
探讨生物可降解高分子材料的重要性以及其发展趋势。
基于可持续发展目标的高分子材料改性
展示高分子材料改性与可持续发展目标的关系，以及相关研究和发展。
智能高分子材料的研究与发展
化学改性
高分子材料改性原理绪论资料PPT课件
密封圈
V形密封圈
Y形密封圈 O形密封圈
合成纤维
中空纤维
多孔纤维（四 孔、七孔）
合成纤维吊装带
合成纤维丝
塑料制品
无油自润滑轴套
何谓材料？ 广义上讲：材料是人类可以利用的物质，一般指人造的固体 物质。 比较重要的材料—结构材料—可通过一定加工方式制备一定 形状 并且有一定强度的材料。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
在高分子材料中，作为结构材料使用的最多的是塑料。
塑料作为高分子材料中的一大类，必须加速发展， 才能适应飞速发展的科技社会需求。
本课程也主要针对塑料的改性加以介绍。
下面我们回顾一下塑料的优缺点：
塑料的优点：
(1)大多数塑料质轻，比强度高； (2)化学稳定性好，不易锈蚀； (3)具有一定的韧性，即耐冲击性好； (4)绝缘性好，导热性低； (5)容易加工，加工成本低。
由于具有电性能好、耐高温和尺寸稳定等特性，有的 还具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化学性和机械性 能，因此在电子电器、汽车、仪机电表、家电、航空、 涂料行业、石油化工以及火箭、宇航等尖端科技领域 具有越来越重要的应用。
（4）纳米复合技术将给改性塑料带来新机：聚合物纳米 复合材料的制造与应用是未来的一个重要课题。 （5）塑料改性要有环保意识：重复使用、保护环境的观 念将融入改性高分子设计与制造过程中。 （6）开发新型高效助剂也是改性塑料的重要发展方向： 改性塑料涉及的助剂除了塑料加工常用的助剂如热稳定 剂、抗氧剂、紫外吸收剂、成核剂、抗静电剂、分散剂 和阻燃剂等外，增韧剂、阻燃增效剂、合金相容剂（界 面相容剂）等对改性塑料也是非常关键的。
高分子材料改性PPT课件
第18页/共41页
交联
交联对高分子材料的影响
✓ 交联密度增加，抗拉强度也有 所增加，但达到一定交联程度 后下降。
✓ 随着交联密度的增加，伸长率 和溶胀度降低，模量、硬度及 玻璃化温度上升。
拉伸强度/MPa
30 25 20 15 10
5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
硅烷用量(g/100g)
低分子的表面改性剂和高分子的表面改性剂。
第27页/共41页
表面改性
第28页/共41页
一.偶联剂表面改性
表面改性
作用原理：偶联剂主要用作高分子共混、复合材料的助剂， 其分子两端含有化学性质不同的两类基团：一是亲水基团， 与极性物质具有良好的相容性或直接参与化学反应，另一类 是亲油基团，能与非极性物质例如大多数合成树脂或其他聚 合物发生相互缠结或生成氢键，因此偶联剂被称为分子桥。
反应机理
自由基共聚 离子聚合 配位聚合
CT络合物 弱电子受体 单体间离子对 配位催化剂
活性聚合 逐步聚合 扩链反应
无规共聚聚 丙
应用实例
烯(PP-R) 丁腈橡胶
苯乙烯-丙烯腈 交替共聚物
交替丁腈橡胶
EVA树脂
聚氨酯 丁苯橡胶 SBS
接枝共聚
(graft copolymerization)
引发剂法 链转移法 辐照聚合 机械法
少量聚烯烃或橡胶而制成的共混物。 1981年 成功制成苯乙烯-马来酸酐共混物与ABS共混物。 1986年 成功研制成PC/ABS共混物。
第4页/共41页
共混物的制备方法： ➢1. 物理共混法 ➢2. 共聚-共混法 ➢3. 互穿高分子网络法
共混改性
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混合原理
交联
交联对高分子材料的影响
✓ 交联密度增加，抗拉强度也有 所增加，但达到一定交联程度 后下降。
✓ 随着交联密度的增加，伸长率 和溶胀度降低，模量、硬度及 玻璃化温度上升。
拉伸强度/MPa
30 25 20 15 10
5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
硅烷用量(g/100g)
低分子的表面改性剂和高分子的表面改性剂。
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表面改性
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一.偶联剂表面改性
表面改性
作用原理：偶联剂主要用作高分子共混、复合材料的助剂， 其分子两端含有化学性质不同的两类基团：一是亲水基团， 与极性物质具有良好的相容性或直接参与化学反应，另一类 是亲油基团，能与非极性物质例如大多数合成树脂或其他聚 合物发生相互缠结或生成氢键，因此偶联剂被称为分子桥。
反应机理
自由基共聚 离子聚合 配位聚合
CT络合物 弱电子受体 单体间离子对 配位催化剂
活性聚合 逐步聚合 扩链反应
无规共聚聚 丙
应用实例
烯(PP-R) 丁腈橡胶
苯乙烯-丙烯腈 交替共聚物
交替丁腈橡胶
EVA树脂
聚氨酯 丁苯橡胶 SBS
接枝共聚
(graft copolymerization)
引发剂法 链转移法 辐照聚合 机械法
少量聚烯烃或橡胶而制成的共混物。 1981年 成功制成苯乙烯-马来酸酐共混物与ABS共混物。 1986年 成功研制成PC/ABS共混物。
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共混物的制备方法： ➢1. 物理共混法 ➢2. 共聚-共混法 ➢3. 互穿高分子网络法
共混改性
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混合原理
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概况三
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2
第7章 聚合物的表面改性
3
改性原因： 聚合物表面（1）表面能低（2）化学惰性（3）表面污染
及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘合。因此，常常要 对聚合物进行表面处理。
除了润湿和粘合性能，还包括:涂膜性、可染性、抗静电性、 印刷性、防雾滴性能、生物相容性等许多方面。
电晕的危害：1. 输电线上如果有电晕发生，则会有电晕电流，引起电力损耗； 2. 电晕放电具有脉冲的性质，会对广播电视产生干扰；3. 强的电磁场会对人体健 康产生影响，可能引起血压和脉搏的变动、心脏无节律波动、易于激动和疲劳等。
● 这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生 自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可 形成各种极性基团，因而改善了聚合物的粘接性和润 湿性。电晕处理可使薄膜的润湿性提高，对印刷油墨 的附着力显著改善。
13
14
15
16
17
7.2 火焰处理和热处理
● 火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬间高温燃 烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的。
可燃性气体通常采用焦炉煤气、甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例 的空气或氧气；
瞬间：0.01~0.1s内；高温：1000~2700 ℃； 氧化过程按自由基机理进行，表面可被氧化引入含氧基团，并随着发生 断链反应。
等等
10
7.1 电晕放电处理
● 聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃是非极性材料，有高度的结晶性，其表面的 印刷、粘接、涂层非常困难。电晕放电因简便易行，处理效果好，是 聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。
● 电晕放电装置示意图如图7-1。
11
当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正 离子、负离子。结果在阳极和阴极之间产生电晕。
计算：失水山梨醇单月桂酯（月桂酸为12C酸）的HLB值。 解1： 亲水基=3*0.5+1.3+6.8=9.6
憎水基=12-1+6=17 17*0.475=8.075 HLB=7+9.6-8.075=8.53
解2：亲水部分：
O C H 2 C H -C H 2-O H
H O -C H C H -O H CH
68.0
20s
36.6
7.7
44.3
70.2
60s
33.8
13.4
47.2
69.8
90s
34.9
14.5
49.4
71.1
120s
34.4
15.9
50.3
71.1
18
7.3 化学改性
● 化学处理是使用化学试剂浸渍聚合物，使其表面发生化学的和物理的 变化。
7.3.1 含氟聚合物 含氟聚合物，具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气
的穿透性能，在化学、电子工业和医学方面有广泛应用。但含氟聚合物 的表面能很低，是润湿性最差粘结最难的聚合物，使其应用受到限制。 因此必须表面改性。
对含氟聚合物表面进行化学处理，广泛使用的是钠萘或钠氨溶液， 可提高其表面张力和可润湿性，改善其与其他材料的粘结性。
19
表4-1 钠－萘处理FEP的表面性能
表面张力/(mN/m)
粘附功
σd
σp
σ
（×10-7J/cm2)
FEP（未处理） 19.6
0.4
20.0
48.4
处理后
10S
35.4
5.3
40.7
12
电晕放电处理方式
1. 在薄膜的生产线上进行，即通常所说的热膜处理。 优点：处理效果好； 限制性：适用于处理完就使用的场合，比如马上用于印刷、 涂布或复合；
2. 在薄膜的再加工线上进行，及通常所说的冷膜处理。 限制性：处理效果与薄膜存放时间有关。处理完后就应用。
3. 进行两次处理。 既在生产线上处理，又在再加工线上处理，为了保证使用前 的表面质量
EkhEB
Ek为光电子动能；hν为激发光能量； EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功
7
内能级结合能及其强度（谱峰面积）可分别作为元素 识别和原子相对浓度的测定。
C1s=~285eV; N1s=399~400eV; O1s=~533.0eV
单色化AlKα射线激发的聚苯氧基膦嗪的XPS谱来
自《聚合物表面分析》，[英]，D 布里格斯 著
一般，讨论聚合物的表面改性，往往涉及表面能增大方面。 但事实上，也还有从表面能减小的方向进行改性，以达到具有 防污性的目的。
4
前保险杆
汽车的前后保险杆
后保险杆
聚乙烯手提袋的印刷
5
聚合物在表面改性后，其表面化学、物理结构发生了变化， 表面改性的效果往往由材料使用性能评估。
● 表面物理性能：接触角，表面张力的测试； ● 表面形貌：电子显微镜观察； ● 表面化学组成：X射线光电子谱（XPS, X-ray
O -C -C 11H 23 O
失水山梨醇：C6H11O4，分子量： 72+11+64=147； 整个分子量： C6H11O4 +C12H23O2=147+144+23+32=346 HLB=147/346*100/5=8.50
1
整体概述
概况一
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概况二
8
9
● 电晕放电处理: 氧化
● 火焰处理: 氧化
表
● 化学改性: 氧化, 粗糙化表面
面
● 等离子体改性: 交联,引入官能团等
改
● 辐照改性: 引入不同的聚合物链
性 的
● 光化学改性: 引入不同的聚合物链
方
● 力化学改性: 引入不同基团或聚合物链
法
● 偶联剂改性: 引入不同基团
● 溶剂洗涤: 清洁, 粗糙化表面
● 聚原理：火焰中含有许多激活的自由基、离子、电子和中子， 如处于激发态的O、NO、OH和NH等。这些基团能夺取聚合物表面 的氢，随后按自由基机理进行表面氧化反应，使聚合物表面生成羰 基、羧基、羟基等含氧活性基团和不饱和双键，从而提高聚合物的 表面活性。
Photoelectron Spectroscopy，ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）； ● 表面处理效果：性能的改进（粘结强度，印刷性、染色性 等）
6
XPS简单介绍：
通过用X射线辐照样品，激发样品表面除H、He以 外所有元素中至少一个内能级的光电子发射，并对产生 的光电子能量进行分析，以研究样品表面的元素和含量。
概况三
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第7章 聚合物的表面改性
3
改性原因： 聚合物表面（1）表面能低（2）化学惰性（3）表面污染
及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘合。因此，常常要 对聚合物进行表面处理。
除了润湿和粘合性能，还包括:涂膜性、可染性、抗静电性、 印刷性、防雾滴性能、生物相容性等许多方面。
电晕的危害：1. 输电线上如果有电晕发生，则会有电晕电流，引起电力损耗； 2. 电晕放电具有脉冲的性质，会对广播电视产生干扰；3. 强的电磁场会对人体健 康产生影响，可能引起血压和脉搏的变动、心脏无节律波动、易于激动和疲劳等。
● 这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生 自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可 形成各种极性基团，因而改善了聚合物的粘接性和润 湿性。电晕处理可使薄膜的润湿性提高，对印刷油墨 的附着力显著改善。
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7.2 火焰处理和热处理
● 火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬间高温燃 烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的。
可燃性气体通常采用焦炉煤气、甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例 的空气或氧气；
瞬间：0.01~0.1s内；高温：1000~2700 ℃； 氧化过程按自由基机理进行，表面可被氧化引入含氧基团，并随着发生 断链反应。
等等
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7.1 电晕放电处理
● 聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃是非极性材料，有高度的结晶性，其表面的 印刷、粘接、涂层非常困难。电晕放电因简便易行，处理效果好，是 聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。
● 电晕放电装置示意图如图7-1。
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当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正 离子、负离子。结果在阳极和阴极之间产生电晕。
计算：失水山梨醇单月桂酯（月桂酸为12C酸）的HLB值。 解1： 亲水基=3*0.5+1.3+6.8=9.6
憎水基=12-1+6=17 17*0.475=8.075 HLB=7+9.6-8.075=8.53
解2：亲水部分：
O C H 2 C H -C H 2-O H
H O -C H C H -O H CH
68.0
20s
36.6
7.7
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49.4
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120s
34.4
15.9
50.3
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7.3 化学改性
● 化学处理是使用化学试剂浸渍聚合物，使其表面发生化学的和物理的 变化。
7.3.1 含氟聚合物 含氟聚合物，具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气
的穿透性能，在化学、电子工业和医学方面有广泛应用。但含氟聚合物 的表面能很低，是润湿性最差粘结最难的聚合物，使其应用受到限制。 因此必须表面改性。
对含氟聚合物表面进行化学处理，广泛使用的是钠萘或钠氨溶液， 可提高其表面张力和可润湿性，改善其与其他材料的粘结性。
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表4-1 钠－萘处理FEP的表面性能
表面张力/(mN/m)
粘附功
σd
σp
σ
（×10-7J/cm2)
FEP（未处理） 19.6
0.4
20.0
48.4
处理后
10S
35.4
5.3
40.7
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电晕放电处理方式
1. 在薄膜的生产线上进行，即通常所说的热膜处理。 优点：处理效果好； 限制性：适用于处理完就使用的场合，比如马上用于印刷、 涂布或复合；
2. 在薄膜的再加工线上进行，及通常所说的冷膜处理。 限制性：处理效果与薄膜存放时间有关。处理完后就应用。
3. 进行两次处理。 既在生产线上处理，又在再加工线上处理，为了保证使用前 的表面质量
EkhEB
Ek为光电子动能；hν为激发光能量； EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功
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内能级结合能及其强度（谱峰面积）可分别作为元素 识别和原子相对浓度的测定。
C1s=~285eV; N1s=399~400eV; O1s=~533.0eV
单色化AlKα射线激发的聚苯氧基膦嗪的XPS谱来
自《聚合物表面分析》，[英]，D 布里格斯 著
一般，讨论聚合物的表面改性，往往涉及表面能增大方面。 但事实上，也还有从表面能减小的方向进行改性，以达到具有 防污性的目的。
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前保险杆
汽车的前后保险杆
后保险杆
聚乙烯手提袋的印刷
5
聚合物在表面改性后，其表面化学、物理结构发生了变化， 表面改性的效果往往由材料使用性能评估。
● 表面物理性能：接触角，表面张力的测试； ● 表面形貌：电子显微镜观察； ● 表面化学组成：X射线光电子谱（XPS, X-ray
O -C -C 11H 23 O
失水山梨醇：C6H11O4，分子量： 72+11+64=147； 整个分子量： C6H11O4 +C12H23O2=147+144+23+32=346 HLB=147/346*100/5=8.50
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整体概述
概况一
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概况二
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● 电晕放电处理: 氧化
● 火焰处理: 氧化
表
● 化学改性: 氧化, 粗糙化表面
面
● 等离子体改性: 交联,引入官能团等
改
● 辐照改性: 引入不同的聚合物链
性 的
● 光化学改性: 引入不同的聚合物链
方
● 力化学改性: 引入不同基团或聚合物链
法
● 偶联剂改性: 引入不同基团
● 溶剂洗涤: 清洁, 粗糙化表面
● 聚原理：火焰中含有许多激活的自由基、离子、电子和中子， 如处于激发态的O、NO、OH和NH等。这些基团能夺取聚合物表面 的氢，随后按自由基机理进行表面氧化反应，使聚合物表面生成羰 基、羧基、羟基等含氧活性基团和不饱和双键，从而提高聚合物的 表面活性。
Photoelectron Spectroscopy，ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）； ● 表面处理效果：性能的改进（粘结强度，印刷性、染色性 等）
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XPS简单介绍：
通过用X射线辐照样品，激发样品表面除H、He以 外所有元素中至少一个内能级的光电子发射，并对产生 的光电子能量进行分析，以研究样品表面的元素和含量。