射頻-偏壓耦合筒狀聚合物內表面DLC膜沉積及阻隔性能研究.pdf

1、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚酯)啤酒瓶具有質量輕、使用安全、便于攜帶、運輸方便等一系列優(yōu)點，在飲料包裝領域已經(jīng)占有半壁江山。然而當它用于包裝啤酒等對外界環(huán)境因素非常敏感的產(chǎn)品時，PET自身的阻隔能力已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品包裝的要求。本文采用偏壓/射頻耦合等離子體增強化學氣相沉積(DC-RF-PECVD)技術在筒狀PET內壁制備了類金剛石薄膜來提高材料的阻隔性能。
　　采用Raman光譜，傅立葉變換紅外光譜分析了DLC薄膜的組成與結構

2、。采用表面輪廓儀分析了DLC薄膜的表面粗糙度。采用朗繆爾探針測量了不同參數(shù)下反應容器中軸向方向上離子密度分布情況，并且采用UV-visible測試分析了DLC薄膜在軸向方向的均勻性。采用拉伸、機械彎折、浸泡的方法研究了DLC薄膜的力學性能及穩(wěn)定性。采用壓力差法分析了DLC涂覆PET樣品的氧氣，二氧化碳透氣率。
　　拉曼光譜分析結果表明利用DC-RF-PECVD方法在PET聚酯瓶內壁沉積的膜層具有典型的類金剛石結構。經(jīng)過高斯擬合后對

3、Raman譜的D峰、G峰進行面積積分，通過計算得到了對應的峰強度ID/IG的值，結果表明100W時制備得到的ID/IG較大，為1.28。通過傅立葉紅外分析確定了薄膜中的碳氫基團種類：結合在膜中的碳原子與氫原子之間可形成sp3C-CH2、sp3C-CH1，其含量以sp3C-CH2基為主。表面粗糙度的結果表明，DLC薄膜沉積后使得基體的表面粗糙度降低，在射頻功率為50W時得到的薄膜的表面粗糙度最小。
　　朗謬爾探針檢測結果表明，隨著射

4、頻功率的增加，等離子體密度增加，真空反應腔體軸線方向的等離子體密度存在不均勻現(xiàn)象。通過提高反應氣體壓強，真空反應腔軸線方向上的等離子體密度分布均勻性得到改善。紫外/可見光分析結果表明不同射頻功率和直流偏壓對薄膜在軸向上的透光率分布影響不大，在乙炔沉積氣壓為25Pa時制備的薄膜軸向的透光率比較均勻，在大功率、高氣壓、負偏壓下可以獲得阻光率較高的DLC膜。
　　采用拉伸試驗和機械彎折試驗對薄膜的結合力進行表征，結果表明拉伸和彎折后薄膜

5、表面會出現(xiàn)裂紋。沉積成膜過程中，應選擇較低的氣壓、基板負偏壓、射頻功率來制備抗往復彎折的、耐失效性能優(yōu)越的膜層。通過浸泡實驗驗證了薄膜在溶液中的穩(wěn)定性，在直流偏壓為-70V、射頻功率為200W、沉積氣壓為25Pa工藝參數(shù)下制備的DLC膜經(jīng)過兩個月的浸泡后表面基本沒有裂紋出現(xiàn)。
　　氣體阻隔性試驗結果表明采用DC-RF-PECVD方法制備的DLC膜可以提高PET的氣體阻隔能力，通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化可以進一步實現(xiàn)膜層阻隔性能的提高。在