ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2012, том 46, № 3, с. 263-264
УДК 541.64:547.673.5+621.384.5
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ ПЛАЗМОХИМИЯ
многослойный композиционныи материал на основе
модифицированных в плазме пленок птфэ © 2012 г. М. Ю. Яблоков, А. Б. Гильман, А. С. Кечекьян, А. А. Кузнецов
Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук
117393, Москва, ул. Профсоюзная, 70 E-mail: plasma@ispm.ru Поступила в редакцию 19.10.2011 г. В окончательном виде 08.11.2011 г.
Известно, что поверхность ПТФЭ является наиболее гидрофобной среди полимерных материалов [1]. Величина краевого угла смачивания (по воде) составляет >120° [2], однако воздействие низкотемпературной плазмы позволяет существенно изменять его контактные свойства [3, 4]. Ранее нами были проведены исследования процесса модифицирования поверхности пленок ПТФЭ в разряде постоянного тока [2] и показано, что такая обработка позволяет получить значения краевых углов смачивания (9) существенно более низкие, а работы адгезии и поверхностной энергии более высокие, чем иные известные методы модификации данного полимера. Так, величина 9 (по воде) после модифицирования на аноде составляла 33°, на катоде — 49°, а значения полной поверхностной энергии возрастали от 13.18 мДж/м2 до 61.5 мДж/м2 и 50.7 мДж/м2 соответственно. Полученные результаты дают возможность решить важную в практическом отношении для электротехники и электроники задачу — получение многослойных композиционных материа-
лов, включающих нанослои металла и тонкие пленки ПТФЭ.
Использовали пленки ПТФЭ толщиной 50 мкм (ГОСТ 24222-80, партия № 300878). Методика модифицирования пленок в разряде постоянного тока подробно описана в [5], образцы размером 40 х 120 мм помещали на аноде и попеременно обрабатывали с двух сторон. Процесс проводили в проточном режиме при давлении рабочего газа (воздух) ~20 Па и токе разряда 50 мА в течение 60 с. Для получения многослойного композиционного материала слои алюминия (толщиной 100 нм) наносили методом термического распыления в вакууме на установке ВУП-4 на модифицированную в плазме поверхность пленки ПТФЭ с двух сторон согласно схеме, представленной на рисунке. Полоску алюминиевой фольги массой 0.25 г помещали на молибденовую проволоку d = 1.5 мм и пропускали ток 50 А, до полного расплавления навески и превращения ее в каплю жидкого металла образец пленки ПТФЭ закрывали специальной шторкой. Толщину нанесенного покрытия регулировали временем напы-
Схема образца для измерения адгезии (вид сверху): 1, 2 — слои Al, нанесенные методом термического напыления в вакууме, 3 — пленка ПТФЭ, модифицированная в разряде постоянного тока на аноде, 4 — Scotch® 810.
264
ЯБЛОКОВ и др.
Сопротивление отслаиванию (А) для образцов многослойного нанокомпозиционного материала 100 нм А1 (слой 1) / ПТФЭ/100 нм А1 (слой 2)
Серия Измеряемый А, Н/м
контакт (1)-(4)* (2)-(4)* (3)-(4)*
I Слой 1/ПТФЭ 312 ± 8 304 ± 6 188 ± 6
ПТФЭ/Слой 2 390 ± 9 384 ± 9 243 ± 5
II Слой 1/ПТФЭ 315 ± 5 321 ± 8 190 ± 5
ПТФЭ/Слой 2 380 ± 6 370 ± 11 208 ± 5
III Слой 1/ПТФЭ 294 ± 11 306 ± 5 198 ± 8
ПТФЭ/Слой 2 363 ± 7 368 ± 8 271 ± 9
* Контакты согласно рисунку.
ления, калибровочную кривую для определения толщины слоя Al получали гониометрическим методом с помощью микроинтерферометра МИИ-4.
Для количественной характеристики адгезионных свойств пленок, модифицированных в плазме, нами была разработана методика измерения сопротивления отслаиванию (А) — Т-тест с использованием липкой ленты Scotch®810 [6]. Испытание на отслаивание полученных образцов композитов проводили с помощью универсальной машины Autograph AGS 10 KNG фирмы "Shi-madzu" со скоростью 100 мм/мин. В результате экспериментов получали кривую, отражающую изменение сопротивления отслаиванию (А) по длине образца. Сначала проводили отслаивание на одной стороне композиционного материала (слой 1/ПТФЭ), затем на другой (ПТФЭ/слой 2). Экспериментальные результаты усреднены по 3 сериям из 5 образцов каждая, полученные данные представлены в таблице.
Видно, что при первом отслаивании (слой 1/ПТФЭ) величина А меньше, чем при втором (ПТФЭ/слой 2), и значения А, усредненные по всем экспериментам 3-х серий, составляют 308 ± 12 и 377 ± 13 Н/м соответственно.
Однако, согласно представлениям о механике разрушения адгезионного слоя [7], сопротивле-
ние отслаиванию в первом и втором случаях должно быть одинаковым, несмотря на то, что в первом случае Scotch® 810 (толщина 55 мкм) отслаивается от композита ПТФЭ/ Scotch®810 (толщина 105 мкм), а во втором — от пленки ПТФЭ (толщина 50 мкм). Причина того, что сопротивление отслаиванию должно быть одинаковым в обоих случаях, заключается в одинаковой толщине слоя адгезива. Полученные нами результаты могут быть связаны, по-видимому, с различиями в геометрии разрушения адгезионного контакта при отслаивании второго слоя "ПТФЭ/слой 2" [8].
Таким образом, показано, что последовательная двухсторонняя обработка пленки ПТФЭ в плазме тлеющего разряда постоянного тока на аноде позволяет получить композиционные металл-полимерные материалы с высокой межслоевой адгезией.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации НШ-4371.2010.3 и Госконтракта № 02.740.11.0143.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фторполимеры / Под ред. Кнунянца И.Л. М.: Мир, 1975.
2. Пискарев М.С., Гильман А.Б., Шмакова Н.А., Кузнецов А.А. // Химия высоких энергий. 2008. Т. 42. № 2. С. 169.
3. Гильман А.Б. // Химия высоких энергий. 2003. Т. 37. № 1. С. 22.
4. Vandencasteele N., Reniers F. // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2010. V. 178-179. P. 394.
5. Гильман А.Б., Драчев А.И., Кузнецов А.А., Лопухова Г.В., Потапов В.К. // Химия высоких энергий. 1997. Т. 31. № 2. С. 141.
6. Яблоков М.Ю., Кечекьян А.С., Баженов С.Л., Гильман А.Б., Пискарев М.С., Кузнецов А.А. // Химия высоких энергий. 2009. Т. 43. № 6. С. 569.
7. Баженов С.Л., Берлин А.А., Кульков А.А., Ошмян В.Г. Механические свойства и технология композиционных материалов. М.: Интеллект, 2009.
8. Поциус А. Клеи, адгезия, технология склеивания. СПб.: Профессия, 2007.
ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ том 46 № 3 2012
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.