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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。