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材料表面特性与气体包装容器内壁处理技术 金花子，吴杰，熊天英 (中国科学院金属研究所．辽宁沈阳110016) 摘要：改变同体材料的表面特性足气瓶内壁处理技术的重要措施．影响材料表面吸附的因素有：材料的表面能和材 料的表面积即表面糊糙度等。研究同体材料的表面特性对气瓶内壁处理技术有重要的指导意义． 关键词：表血特性：表面能：气体包装：内壁处理 气体包装容器内表面的处理方法很多ll。2】，其目的主要是减少气体在气瓶内表面的吸附。降低气瓶内 表面的表面能和表面粗糙度等。即在气瓶的内壁制备低表面能的涂层或内表面进行抛光。低表面能涂层是 指与基体接触时具有临界表面张力为25-30IIIN／m(接触角大于98-)的涂层，这种涂层是近年米快速发展的 一类表面涂层体系，通常由各种氟树脂、有机硅树脂、氟碳涂料、化学镀镍技术以及特种改性材料等构成 13I。另外就是改变气瓶内肇的微结构降低表面粗糙度，这类方法主要包括研磨与机械、化学和电化学法对 气瓶内肇进行抛光处理等。 1固体表面的特性 气体在同体表面的吸附与固体表面的物理和化学特征有直接的关系，固体的表面特征不仅能影响同体 内部的物理和化学性能，而且在固体与其环境中其它物质的相互作用中(这种作用主要发生在表面上)，起 决定性的冈索。固体表面有许多不同的特点：例如表面原子(或分子)通常是定位的，同一种I同体物质，如 果制备方法或加l：条件不同，也会有完全不同的表面性质。但Iilil体表面最突出的特点是其不均一性。宏观 光滑的硎体表面从原f的水平上米看，是凹凸不平的．而且实际品体的品面是不完整和：IF完关的。所以不 均一性来白品体的品格缺陷、空位、位错等等。许多实验结果证实不同类型的表面位置，化学活性也不同。 例如发生在不同位置的吸附，其吸附热不同，使某些化学键断裂的能力也不同。 喇体表面不均一性的另一个来源是存在着化学杂质。事实上，很难得到洁净的圃体表面，即使制备的 州体很纯，在表面上也是被“污染”了的。所有的同体表面上几乎总是吸附着外米物质。从气体分子运动 论可以估算山每秒钟从气相撞击到单位面积同体表面的气体分子数Z和其压力的关系。对_]i室温卜．的Nz， 在压力低剑4×107kPa(即约4×109arm)时z约为10哺个分子／cm：．S。由丁．在此乐力之下，表面原子浓度人 约为10m个分子／cm2，所以如果所有撞击分子都吸附在表面，则只要儿秒钟，这个同体表面就被单分子层 覆盖了。如果压力更高一些，则只要几分之儿秒就可覆盖上一层吸附分子。·般情况下所得到的表面都是 覆盖着接近一个单分子层的被吸附物质的，也就是说，物理吸附的表面温度并1卜要低剑冷凝的程度，表面 积越人吸附的气体就越多。当气体分子在刚体表面上化学吸附时，对丁．一些表面上存在着Ba、Sr、Ca、Mg、 Na、K等杂质原子，则吸附可能变的复杂。吸附物质的存在使表面化学性质发生了变化，冈为吸附原子可 以。oi据表面位置．也可以改变表面原子的氧化态，或者改变米剑表面的反应物质，中间产物或产物分子的 键合性质笆。． 2降低气瓶内壁的表面能 表面能是在恒温恒压条什卜．增加单位界面体系(或表面体系)内能的增鼙。也可以说由丁．表面层原子朝 外的键能没有得剑补偿，使得表面质点比体内质点具有额外的势能，称为表面能。表面能高的表面气体的吸 附容易脱附难：相反表面能低表面吸附雉脱附容易。一般的气瓶材料都属丁．高表面能的金属材料。通常接 触角都小T90。I州体表面自由能越低，附着力越小，尉体表面液体的接触角就越大。因此在这些材料的表 面涂覆含氟树脂可以有效地降低材料的表面能。含氟材料是自然界物质中表面能晟低的材料，典型的低表 面能材料是氟树脂以及其相应的改性树脂。 含氟树脂是指土链或侧链的碳原子上含有氟原子的合成高分子材料。从分子结构而言．由丁．氟原子电 负性人，原子半径小，卜F键短，键能高达500kJ／mor．而且由于相邻氟原子的相互排斥，使氟原子不 在同一平面内，而是沿碳链作螺旋分布，在全氟碳链中，两个氟原子的范德华?卜径之和为0．27nm，基本 上将C—c-一c键包同填充。这种儿乎无空隙的空问屏障使任何原子或基团都很难进入C-C键。冈此，含氟 树脂具有优异的化学惰性和疏水性能。 入含氟基团研制一些具有离子交换、催化、易交联、相容性好、附着力好等性能的新型氟树脂。含氟聚合 应足够人，以保证能覆盖极性基团及偶极子；(5)表面早交联状，使氟原子向定。由于氟树脂的优良特性， 它可以有效地降低气瓶内壁的表面能，减少