一种聚四氟乙烯材料表面金属化的方法技术

本发明专利技术公开了一种聚四氟乙烯表面金属化的方法，其目的在于通过首先在聚四氟乙烯表面预置一层氧化石墨烯薄膜，然后覆盖一层含有金属元素的薄膜，再通过激光处理和化学镀，实现聚四氟乙烯表面金属化，按照本发明专利技术的方法制备得到的聚四氟乙烯表面的金属镀层与基板之间的粘附性根据美国测试与材料学会标准D3359‑08中的方法B—胶带法进行测定，均可以达到最高级别5B，由此解决了现有技术聚四氟乙烯表面金属化镀层金属与聚四氟乙烯基材之间结合力不强以及采用化学粗化处理环境污染严重的技术问题。

Method for metallizing surface of polytetrafluoroethylene material

The invention discloses a method for PTFE surface metallization, the aim is first on the PTFE surface layer of preset graphene oxide film, and then covered with a layer of film containing metallic elements, and then through the laser processing and chemical plating, realize the PTFE surface metallization, the adhesion between the metal coating in accordance with the method the invention of the PTFE surface was obtained and the substrate were determined according to the method of American Society for testing and materials standard D3359 08 B - belt method can reach the highest level of 5B, which solves the existing technology of PTFE surface metal plating metal and PTFE substrate binding force is not strong and the chemical roughening treatment technology of serious environmental pollution problems.

【技术实现步骤摘要】
一种聚四氟乙烯材料表面金属化的方法
本专利技术属于高分子材料聚四氟乙烯材料表面金属化领域以及激光表面处理领域，更具体地，涉及一种聚四氟乙烯材料表面金属化的方法。
技术介绍
非金属材料表面的金属化技术是通过某种表面处理技术，在非金属材料表面形成一层金属层。非金属材料表面经过金属化，一方面可以在某些领域中替代金属，节约大量的金属，降低成本，提升非金属材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性等性能，同时还可以使非金属材料具有金属的光泽及导电、导磁等性能，从而赋予非金属材料一些新的性能；另一方面，它既具有非金属性质，又具有金属的性质，形成的复合材料有效地扩大了非金属材料的使用范围。非金属材料表面金属化技术有很多种，如真空蒸镀、离子镀、物理涂层法、化学镀和电镀等。聚四氟乙烯作为一种惰性高分子材料，具有耐高低温、耐酸碱腐蚀、耐氧化性、良好的自润性和良好的电绝缘性等诸多优点，使其在化工、石油、生物医学、电子、机械、航天航空和海洋作业等领域都有着广泛的应用，享有“塑料王”的美誉。但是由于其自身的表面能极低、润湿性差，直接在其表面金属化时，金属层与基材之间的结合力很差，很难满足工业化的实际应用。润湿是固体界面由固-气界面转变为固-液界面的过程，而润湿性是指一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性，固体的润湿性常用接触角θ来表示，一般θ＜90°代表液体可润湿固体，为亲水性材料，且θ越小，润湿性越好；θ＞90°代表液体不能润湿固体，为疏水性材料，且θ越大，润湿性越差。聚四氟乙烯材料因表面能极低，与水的接触角为114°左右，是一种典型的疏水性材料。因此，在聚四氟乙烯表面金属化前，对其表面进行改性显得尤为重要。目前，国内外改性聚四氟乙烯表面的方法很多，常见的有：化学处理方法、等离子体处理、高温熔融法和辐射接枝法等，但这些研究大部分集中在理论上，离实际应用还有一定的距离。专利文献CN103540980A公布了一种聚四氟乙烯材料表面镀铜的方法，即通过机械粗化和化学粗化的方法增加与金属镀层的接触面积，然后进行敏化、活化和还原，在进行化学镀时这些晶核成为催化中心，使化学镀顺利进行，化学镀层具有导电性，最后在化学镀层上进行电镀铜处理，使聚四氟乙烯电镀铜得以实现。该专利技术虽然可以实现在聚四氟乙烯材料表面镀不同厚度的铜，但因为需化学粗化处理，环境污染大，且柔性化程度低。专利文献CN101974741A也公开了一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法，它通过钴60-γ射线照射的方式对聚四氟乙烯薄膜进行预辐照处理，在接枝反应后将基体与多胺化合物反应，在薄膜表面自组装上胺基基团，利用胺基基团吸附金属催化剂，再通过化学镀的方法沉积得到金属膜。该专利技术需用钴60-γ射线辐射1～2h，表面接枝反应5～8h，工艺处理时间过长。专利文献CN1952209A还公开了一种将离子注入与化学镀相结合的技术，即将高分子聚合物放入离子注入机内，并在高分子聚合物上加上电极，打开离子注入机的能量注入开关，控制加速电压为10KV～45KV，控制注入剂量在2×10e17～5×10e17ions/cm2。该专利是在聚合物表面化学镀前的注入与化学镀层金属相同或者不同的金属离子，充分发挥了化学镀和离子注入两者的优势，但由于该专利方法不能使聚四氟乙烯表面粗化，因此化学镀后金属层与基材之间的结合力较差，同时，注入离子的成本高。专利文献CN101634018A公布了一种用于塑料基材的选择性化学镀方法，步骤为:先将基材进行前处理；然后在经过前处理后的基材上涂覆纳米金属浆料，干燥；再将所得的基材进行激光刻蚀，最后将基材清洗后进行化学镀，得到镀件。该专利技术在前处理时，是采用化学粗化法，环境污染严重。专利文献CN101979429A公开了一种聚四氟乙烯制品表面改性的方法，该方法首先在聚四氟乙烯制品表面涂覆聚乙二醇，然后采用等离子体处理方法，对所涂覆聚乙二醇的聚四氟乙烯制品进行表面改性，该专利在聚四氟乙烯表面引入聚乙二醇基元，能够有效地改善聚四氟乙烯制品的表面活性，降低表面水接触角，提高表面能，显著提高聚四氟乙烯制品的浸润性和粘接性。类似的技术还有专利文献CN202293551U通过在聚四氟乙烯上下表面各附有一层10nm～300nm厚的低温等离子亲水膜，来改善聚四氟乙烯的亲水性。还有专利文献CN102773026A通过使用等离子技术先对聚四氟乙烯膜表面进行活化，然后接着使用原子层沉积技术在分离膜孔道表面连续沉积氧化物薄层，实现了对分离膜孔径和表面性质的精密调控。这些专利技术都能有效的改性聚四乙烯表面的润湿性，但是都未涉及到将其表面金属化。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种聚四氟乙烯表面金属化的方法，其目的在于通过首先在聚四氟乙烯表面预置一层氧化石墨烯薄膜，然后覆盖一层含有金属元素的固态薄膜，再通过激光处理和化学镀，实现聚四氟乙烯表面金属化，由此解决现有技术聚四氟乙烯表面金属化镀层金属与聚四氟乙烯基材之间结合力不强以及采用化学粗化处理环境污染严重的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种聚四氟乙烯材料表面金属化的方法，包括如下步骤：(1)预置氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面，干燥后使聚四氟乙烯材料表面覆盖一层氧化石墨烯薄膜，获得表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料；(2)预置含有金属元素的薄膜：将含有金属离子或金属络离子的溶液预置在步骤(1)获得的表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料的表面，经过干燥，使所述表面再覆盖一层含有金属元素的固态薄膜，获得表面覆盖有金属元素固态薄膜的聚四氟乙烯材料；(3)激光加工处理：将步骤(2)获得的表面覆盖有金属元素固态薄膜的聚四氟乙烯材料进行激光加工处理，使得所述聚四氟乙烯材料表面粗糙化，从而获得激光加工处理后的聚四氟乙烯材料；(4)清洗：将步骤(3)获得的激光加工处理后的聚四氟乙烯材料进行清洗，用于将未经激光加工区域的活性种清洗掉，获得清洗后的聚四氟乙烯材料；(5)化学镀：将步骤(4)获得的清洗后的聚四氟乙烯材料进行金属的化学镀，使所述聚四氟乙烯材料表面金属化。优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯的乙醇溶液中氧化石墨烯的浓度为0.1～10g/L。优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯的乙醇溶液中氧化石墨烯的浓度为0.3～5g/L。优选地，步骤(1)所述将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面的具体方法包括采用喷涂、刷涂或滴涂的方式将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面。优选地，步骤(2)所述金属离子或金属络离子的溶液为铜、镍、铝、铁、猛、锌、金、钨、钼、铑、钌、银中的一种或多种离子或其络离子组成的溶液，所述金属离子或金属络离子的浓度为0.02～3mol/L。优选地，步骤(2)所述金属离子或金属络离子的浓度为0.2～2mol/L。优选地，步骤(2)所述将含有金属离子或金属络离子的溶液预置在步骤(1)获得的表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料的表面的具体方式包括1)浸泡在含有金属离子或金属络离子的溶液中，或2)将含有金属离子或金属络离子的溶液采用刷涂、喷涂或滴涂的方式预置于所述表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料表面。优选地，步骤(3)所述激光加工处理的具体方法为：使用激光源为脉冲激光或连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚四氟乙烯材料表面金属化的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预置氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面，干燥后使聚四氟乙烯材料表面覆盖一层氧化石墨烯薄膜，获得表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料；(2)预置含有金属元素的薄膜：将含有金属离子或金属络离子的溶液预置在步骤(1)获得的表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料的表面，经过干燥，使所述表面再覆盖一层含有金属元素的固态薄膜，获得表面覆盖有金属元素固态薄膜的聚四氟乙烯材料；(3)激光加工处理：将步骤(2)获得的表面覆盖有金属元素固态薄膜的聚四氟乙烯材料进行激光加工处理，使得所述聚四氟乙烯材料表面粗糙化，从而获得激光加工处理后的聚四氟乙烯材料；(4)清洗：将步骤(3)获得的激光加工处理后的聚四氟乙烯材料进行清洗，用于将未经激光加工区域的活性种清洗掉，获得清洗后的聚四氟乙烯材料；(5)化学镀：将步骤(4)获得的清洗后的聚四氟乙烯材料进行金属的化学镀，使所述聚四氟乙烯材料表面金属化。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯材料表面金属化的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预置氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面，干燥后使聚四氟乙烯材料表面覆盖一层氧化石墨烯薄膜，获得表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料；(2)预置含有金属元素的薄膜：将含有金属离子或金属络离子的溶液预置在步骤(1)获得的表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的聚四氟乙烯材料的表面，经过干燥，使所述表面再覆盖一层含有金属元素的固态薄膜，获得表面覆盖有金属元素固态薄膜的聚四氟乙烯材料；(3)激光加工处理：将步骤(2)获得的表面覆盖有金属元素固态薄膜的聚四氟乙烯材料进行激光加工处理，使得所述聚四氟乙烯材料表面粗糙化，从而获得激光加工处理后的聚四氟乙烯材料；(4)清洗：将步骤(3)获得的激光加工处理后的聚四氟乙烯材料进行清洗，用于将未经激光加工区域的活性种清洗掉，获得清洗后的聚四氟乙烯材料；(5)化学镀：将步骤(4)获得的清洗后的聚四氟乙烯材料进行金属的化学镀，使所述聚四氟乙烯材料表面金属化。2.如权利要求1所述的表面金属化的方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯的乙醇溶液中氧化石墨烯的浓度为0.1～10g/L，优选为0.3～5g/L。3.如权利要求1所述的表面金属化的方法，其特征在于，步骤(1)所述将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面的具体方法包括采用喷涂、刷涂或滴涂的方式将氧化石墨烯的乙醇溶液预置在聚四氟乙烯材料表面。4.如权利要求1所述的表面金属化的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，秦中立，曾晓雁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42