能產生等離子體的人工裝置有很多,例如日常裝飾用的霓虹燈,用於廢氣處理的等離子光解淨化器,用於金屬焊接切割的等離子弧焊機等等,這些與材料表面處理幾乎不沾邊。那麼,什麼樣的等離子體裝置才適合對材料進行改性呢?常見的有兩種,一種是低壓真空等離子表面處理設備,俗稱真空等離子清洗機;一種是常壓大氣等離子表面處理設備,具有代表性的是射流等離子清洗機。等離子體表面處理是利用氣體輝光或亞輝光放電的乾式處理新技術,既能改變材料表面結構,控制界面物性,也可以按需要進行表面塗覆,在金屬、陶瓷、塑膠、天然纖維、功能性高分子膜等表面處理方面有著巨大的應用前景。今天我們就來分享一下等離子體表面處理法的一些特點,看看你知道的有幾個。
1 等離子體表面處理是乾式處理,環保、無公害
等離子體表面處理用到的耗材大多是常見的氣體,包括壓縮空氣、氧氣、氬氣、氮氣等各種工業氣體,是一種乾式工藝,省去了溼法化學處理工藝中所不可缺少的烘乾、廢水處理等工序,因此具有節約能源、環保無公害等優點。
2 等離子體表面處理的厚度在納米級,不破壞材料特性
等離子體與射線、雷射、電子束、電暈處理等其他乾式工藝相比,其獨特之處在於等離子體表面處理的作用深度僅涉及基材表面非常薄的一層。根據化學分析用電子能譜(ESCA)及掃描電鏡(SEM)的觀測結果推斷,一般約在離表面幾十到數千埃範圍內,因此能使界面物性顯著改善而材料體相卻不受任何影響。
如果利用高能量的放射線或電子束作輻照處理時,不可能只對很薄的表面層進行改性,這是因為其作用效果也將涉及材料內部,以致連體相的特性也變掉了,從而使適用範圍受到很大限制;但對於那些需在相當厚的表面層內形成交聯結構的加工,如電線包層的硬化處理等卻比較適用。
3 等離子體表面處理比電暈處理更有效
我們很容易把等離子體放電和電暈放電搞混淆,兩者的區別此前文章已作介紹,這裡就不展開了。就電暈處理法而言,通常是在接近大氣壓條件下把空氣直接電離,當用來處理高分子材料時,表面數微米厚的一層將會分解消失。這樣處理薄膜,就會使膜層變薄甚至貫通開孔。因此用電暈法處理的膜厚一般得在25μm以上,而20μm以下的膜則應採用等離子體表面處理。
電暈法處理常規塑料薄膜效果還是不錯的,但像聚四氟乙烯、聚酯、聚醯亞胺之類的薄膜若用電暈法處理則粘合強度很弱,改用等離子體處理就能顯著增強粘合的強度,對塑料薄膜金屬化的前處理也是如此。此外,除了增強粘合強度外,等離子體處理效果的持續時間也更長,例如經電暈處理後的粘接一般需在處理後的一周內進行,而等離子體表面處理的效果則可維持幾個月之久。
另外,等離子體表面處理的成本比射線、電子束、雷射等方法都低;並且與材料表面的作用形式多樣,工藝具有廣適性,還可以連續性自動化生產。
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