從原理來了解等離子表面處理機的作用(用途)

有很多小伙伴在購買等離子表面處理機前,對于等離子表面處理機的作用不是很清楚,不明白這機器有什么用,今天作為等離子表面處理機源頭廠家,我將根據多年經驗結合客戶的需求點來分析,等離子表面處理機的作用。

為了理解等離子表面處理機的作用,首先我們應該了解等離子表面處理的原理,這對于我們更好的理解等離子表面處理機的作用,有很大幫助,下面簡單介紹一下等離子表面處理的原理。

等離子體表面處理是指非聚合性無機氣體如Ar、N2、O2、H2等等離子體對材料表面的物理或化學的作用過程。參與表面反應的有激發態分子、自由基和離子,也包括等離子體輻射紫外光的作用。等離子體的能量可以通過光輻射、中性分子流和離子流作用于材料表面,這些能量的消散過程就是材料表面獲得改性的過程。低溫等離子體能發出可見光、紫外光和紅外光,其中紫外光不僅能被材料強烈吸收,并能使表面產生自由基,所形成的活性位置就會繼續和等離子體中的氣體組分發生化學反應,引起一系列的表面改性。中性粒子通過自身的自由基離解能引起材料表面各種化學反應(脫氫、氧化、加成)。離子流與表面撞擊引起表面刻蝕和加熱,也會引起與中性流類似的反應。這三種作用共同組成低溫等離子體改性材料表面的原理。簡單點理解就是,氣體激發成等離子體與材料表面發生物理或化學反應。

接下來我們一起來了解下等離子表面處理機改性材料表面的4種主要方法:

(1)等離子體表面清潔

表面清潔是指從材料表面去除雜質和化合物,如油脂,氧化物等。在等離子體清洗過程中,污染物揮發和清除,而材料的整體性能保持不受影響。Ar是目前等離子體處理中最常用的惰性氣體,因為它燒蝕效率高,化學惰性大并且成本低廉。

(2)等離子體表面刻蝕

等離子體刻蝕是指通過物理刻蝕和表面的化學反應從材料表面去除表面物質,從而形成CO2等具有揮發性的產物,蝕刻表面也會把大分子鏈剪切成較低的分子量碎片。

(3)等離子體表面活化

表面活化是在處理過的表面引入新的官能團,通過改變其表面能使其具有特定的性質。等離子體活化是在不聚合的氣體中進行的,表面與活性等離子體的碰撞打破了共價鍵并在處理材料上產生了自由基。這些表面激進分子與活性等離子體物種在內材料表面形成各種活性化學官能團,如-COOH、羰基、-OH等,這種活化改變了表面的化學活性和特征。例如,氧等離子體導致接枝極性和親水性功能,增加材料表面能;另一方面,四氟甲烷(CF4)等離子體導致表面氟化并誘導抗粘附性能。

(4)等離子體聚合法

通過控制工藝條件,把有機化合物的氣體(CF4、CH4、C2H6等)形成等離子態,使其在材料表面形成一層薄的聚合物涂層,等離子體激活材料表面,產生自由基并引入活性基團,然后用接枝的方法在材料表面形成許多支鏈,形成新的表面層,從而對材料表面進行改性。

根據上述四種等離子表面處理機改性方法,等離子表面處理機分別具有以下幾種比較常見的作用,其他一些不常見的作用,就不一一列舉,基本上都是基于上述四種機理。

等離子表面處理機的常見作用如下:

改變塑料材料表面的親水性

等離子體氣體組分的不同會導致等離子體中含有不同的粒子種類,這些粒子與塑料材料表面產生改性作用,使其親水性或疏水性能發生變化。采用不同組分的氣體可以使等離子體產生不同的活性物種,如采用含氫、含氮或含氧組分作為等離子體氣體或將等離子體氣體載入飽和水蒸氣,則在空氣中對塑料材料進行處理時,就會在塑料表面產生大量的極性基團,如—NH2、—COOH及—OH等,進而改善塑料材料表面的親水性。當然改善親水性,不僅僅限于塑料,其他像金屬材料也是可以提高表面的浸潤性能的。

提高材料表面黏合度

塑料高分子材料的表面一般為非極性表面,經等離子體處理后,可在其表面引入大量基團,從而轉化為極性表面,有利于黏結劑和材料之間的相互作用,進而提高材料的黏結度。目前,對等離子體提高塑料黏合度的機理為:

對等離子體處理使表面具有更高的活性和更大的表面能;

表面引入的極性集團可與黏合劑形成化學鍵合作用;

由于等離子體中高能電子的轟擊作用,材料表面的粗糙度有所增加;

等離子體處理可以去除表面的弱邊界層,避免黏合后形成力學性能差的弱邊界層。

金屬表面去油及有機污染物清潔

金屬表面常常會有油脂、油污等有機物及氧化層,在進行濺射、油漆、粘合、健合、焊接、銅焊和涂覆前,需要用等離子處理來得到完全潔凈和無氧化層的表面。等離子去油在玻璃清洗行業也有大量應用,尤其是在蓋板玻璃行業,等離子清洗工藝幾乎是不可或缺的一到工藝。

氧化物去除

金屬氧化物會與處理氣體發生化學反應,這種處理要采用氫氣或者氫氣與氬氣的混合物。有時也采用兩步處理工藝。第一步先用氧氣氧化表面,第二步用氫氣和氬氣的混合物去除氧化層。

提高材料的生物相容性

近年來,生物醫用材料如人造血管、血液透析膜等材料的應用越來越廣泛。生命體對醫用材料的反映主要取決于材料表面的化學成分及其分子結構,因此,在要求生物醫學材料具有較好強度、柔韌性等要求的基礎上,還要求其具有良好的生物相容性,如親水性、透氣性和血溶性。等離子體技術具有殺菌消毒、處理快速、裝置簡單等優勢,逐漸應用在多種醫用材料表面改性技術中。

等離子表面處理機的主要作用,總結下來就是能夠有效的改善高分子材料的表面性能,包括潤濕性、粘合性、染色性、印刷性、防靜電性等、清洗材料表面有機污染物,清除表面氧化層,改善生物材料的生物相容性等等。等離子表面處理機的作用可以說非常廣泛,尤其是在新材料新工藝的開發上,有很大的發展空間。