聚碳酸酯透明件/有机硅涂层/TiO2薄膜的耐紫外老化性能研究

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聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)光学、力学性能优异,但易受到紫外辐照、摩擦磨损等服役环境的影响,引起使用性能降低,制约了PC制品的服役安全与使用寿命。在PC表面制备有机、无机及杂化膜层,能够在保持PC制品性能的前提下,赋予其新的功能,使PC制品能够满足日益复杂的服役环境,具有一定的学术意义与工程价值。本文借助短波紫外(UVC)对PC表面进行预处理,采用化学溶胶-凝胶法与物理磁控溅射技术相结合,在PC表面依次制备了有机硅涂层与无机TiO2薄膜,考察了UVC预处理对PC结构性能及PC/有机硅涂层附着性能的影响,并通过分析PC/有机硅涂层/TiO2薄膜体系在紫外辐照下的光降解与附着性能失效行为,重点研究了其耐紫外老化性能。主要工作包括:1.研究了UVC预处理对PC/有机硅涂层附着性能作用机理及影响规律。结果表明:随着UVC预处理时间的延长,附着性能呈现先增加后减小的趋势,原因在于预处理初期PC表面产生羟基、羧基等极性基团,增加了界面处基材与涂层间的化学键合,提升附着力;预处理时间进一步延长,PC表面产生低分子量降解薄层,易随有机硅涂层脱离PC基体致使附着性能下降。2.考察了PC/有机硅涂层的耐紫外老化性能。结果表明:有机硅涂层在紫外光辐照下不发生降解反应,且对PC基材的紫外老化行为没有明显的影响,归因于有机硅涂层中Si-O键能强,不易被破坏,且允许紫外光与氧分子通过。UVC预处理后,PC/有机硅涂层的耐紫外老化性能有略微提升,原因是UVC预处理后PC基材与有机硅涂层结合更加紧密,能够一定程度减少渗入界面处的氧气,延缓紫外老化进程,减少由于紫外老化产生的应力,延缓了附着失效。3.探讨了TiO2薄膜对PC/有机硅涂层耐紫外老化性能的影响。结果表明:无机TiO2薄膜结构致密,能够阻碍氧气的渗入,同时TiO2的紫外吸收能力可以减少作用于PC表面的紫外光,因此TiO2薄膜的引入能够较明显改善PC基材的耐紫外老化性能,延缓附着失效。有机硅涂层结构稳定,在紫外辐照下与无机TiO2薄膜接触不发生降解,作为中间层对PC基体进行防护的同时还能够对PC基材与无机TiO2薄膜间起到一定的力学过渡的作用。
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