[发明专利]一种塑料基体表面形成非晶碳膜的方法

说明书

本发明公开了一种塑料基体表面形成非晶碳膜的方法。首先，采用氩气等离子体在电场作用下对塑料基体表面进行预处理，实现塑料基体表面活化，然后采用碳等离子体持续溅射轰击塑料基体表面，通过控制碳等离子体轰击时间，实现塑料表面的有机结构向无机结构逐渐转变，从而形成与基体具有良好结合力的非晶碳膜，提高了非晶碳膜对塑料基体的功能化防护应用。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，尤其涉及一种塑料基体表面形成非晶碳膜的方法。

背景技术

塑料因其取材丰富、种类多，具有密度小(仅为钢铁的1/7～1/8)、比强度大、电绝缘性优异、耐腐蚀性好、易于加工、生产成本小、用途广泛等优点，已成为人们日常生活中不可或缺的材料。然而，塑料又有其不可忽视的缺点，如：其耐磨性能差、易受环境老化、热稳定性能差、亲水性能差等，严重限制了其实际应用。

非晶碳(amorphous carbon，a-C)膜具有高的硬度、高导热率、优异的摩擦学性能、低介电常数、良好的光学透过性、良好的化学惰性以及优异的生物相容性，广泛应用于机械、电子、航空航天、生物医学、光学等领域。a-C膜可以沉积在金属、陶瓷等表面，对材料表面改性并延长服役寿命具有极高的潜力。

研究表明，在塑料表面沉积形成一层无机结构的非晶碳膜，可有效改善塑料的表面功能特性。但是，塑料质软有韧性，而非晶碳膜属于陶瓷材料，硬度大且较脆，两者在力学性能上有很大的差异，正是这种差异性，a-C膜沉积在塑料基体表面容易导致塑料表面和a-C膜两相结合力差，a-C膜容易产生裂纹从基体上剥落，在外力作用下a-C膜容易失效不能发挥其优异的防护性能。

因此，寻找一种在塑料表面制备无机非晶碳膜并实现膜层可控生长的制备技术，对塑料的工业化生产和应用具有重大的实践意义。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种在塑料表面形成非晶碳膜的方法，利用该方法形成的非晶碳膜与塑料基体具有良好的结合力。

为了实现上述技术目的，本发明通过大量实验探索后发现，在塑料基体表面沉积非晶碳膜时，首先采用氩气等离子体在电场作用下对塑料表面进行预处理，然后利用碳等离子体持续溅射轰击基体表面，能够在塑料基体表面实现如图1所示的自有机结构向无机结构逐渐转变的技术效果，提高所形成的非晶碳膜与塑料基体的结合力。

即，本发明提供的技术方案为：一种塑料基体表面形成非晶碳膜的方法，其特征是：首先，采用氩气等离子体在电场作用下对塑料基体表面进行预处理；然后，利用碳等离子体溅射轰击塑料基体表面形成非晶碳膜。

所述塑料基体材料不限，包括低密度聚乙烯(LDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)等。

作为优选，对所述塑料基体表面进行预处理之前对塑料基体进行清洗处理。

作为优选，塑料基体表面进行预处理之前，对腔体抽真空至真空度小于5.0×10^-3Pa。

作为一种实现方式，所述氩气等离子体是氩气在离子束和辉光放电作用下产生。作为优选，氩气流速为30～60sccm，阳极层离子束工作电压为500～1500V，偏压为300～1200V。

作为一种实现方式，所述碳等离子体是碳靶经辉光放电作用下产生。作为优选，碳等离子体磁控溅射电流为1.0～10.0A。

作为优选，碳等离子体持续轰击塑料基体过程中，偏压为0～300V。