关键字：低温等离子，附着力，表面清洗，表面刻蚀

 

 

什么是等离子体

等离子体是宇宙中物质存在的一种状态,是一种电离的气态物质, 称为物质第四态, 宇宙中99. 9 %的物质都处于等离子体态。它由带电的电子、离子和中性粒子组成,总体上是电中性的导电气体。

按物理性质,低温等离子体大致有三种:

(1) 热等离子体(或近局域热力学平衡等离子体)

(2) 冷等离子体(非平衡等离子体)

(3) 燃烧等离子体

目前在工业生产中用于提高材料附着力和表面清洗的等离子是“非平衡等离子体”，也即“低温等离子体”，其电子和离子各自分别处于平衡态,但电子温度可以很高,而离子和原子之类的重粒子温度却非常低。这意味着一方面电子具有足够高的能量使反应物分子激发、离解和电离,另一方面反应体系又得以保持低温,乃至接近室温。这样一来,不仅设备投资少,节省能源,并且容易实现。

等离子表面改性的原理

低温等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特，大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特)，完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键；但远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能。

处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高粒子的化学反应活性(大于热等离子体)，而中性粒子的温度接近室温，这些优点为热敏性高分子聚合物表面改性提供了适宜的条件。通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能分别得到改善，有利于粘结、涂覆和印刷等工艺。

 

 

优点 *  改性仅发生在材料的表面层(几个埃到微米级) ,因而不影响基体固有性能

*  作用时间短(几秒到几十秒) ,效率高

*  不产生污染,无需进行废液、废气的处理,因而节省能源、降低成本

*  工艺简单,操作方便

*  可处理形状复杂的材料，材料表面处理的均匀性好

如何提高材料亲水性

在对高分子聚合物进行喷涂、粘接、移印和喷码等工艺前，如果未对材料表面进行表面处理，则涂料、胶水或油墨会成“油珠”状散落在物件表面，这是因为材料是低能的聚合链并且没有极性基团，不亲水。

过往的技术手段是通过化学试剂、火焰处理或电晕处理来提高材料表面的亲水性，但这些处理成本高、效果不稳定或达因值不高。应用低温等离子技术对高分子聚合物表面进行处理后，其所带的离子和自由电子轰击材料聚合链，产生极性基团，其表面能足够高，水可以形象化的形容成“写毛笔字”一样平覆在物件表面，说明表面张力达到72达因/厘米以上，而水需要覆盖在物件上对表面能得要求要远高于涂料、胶水和油墨。

如何对材料进行表面刻蚀

等离子体产生刻蚀作用,往往将材料表面弱边界大片除去,使材料表面产生起伏,变粗糙,并有键的断裂,形成自由基。刻蚀对提高粘附性、吸湿性等均有明显作用。

等离子体表面刻蚀是用等离子发生装置对材料表面进行处理，利用非反应性气体的等离子体与之作用,使材料表面变粗糙,并引入活性基团。值得注意的是刻蚀作用时间过长,会损伤材料基体的力学性能。经等离子体表面刻蚀后材料表面性能的变化往往是不稳定的,随时间的推移而减弱,这种不稳定性的原因可能是多方面的,如极性基团和周围杂质反应失去活性,活性基团之间反应形成稳定网状结构,极性基团的转移等。

如何对材料进行表面清洗

物件在注塑成型中使用增塑剂、手工接触过程中沾染上表层油污，或表面吸附污浊微粒等都会导致进行下道工序时影响效果。利用低温等离子对材料表面进行处理，可以使物件表面的化学物质或有机污染物被分解，从而能够满足下道工序对材料最佳要求。因仅仅是对材料的表面起作用，而且不会改变材料自身的成份，还不受表面张力的限制。