等離子表面活化
使用等離子表面活化可以使材料表面更好地涂漆、粘接、印刷或鍵合
等離子體表面活化是通過將改性氣體引入等離子體設備中對待改性表面進行改性的技術?？梢杂行У馗淖兯芰稀⒔饘?、紡織品、玻璃、再生和復合材料的表面特性。利用電能將氣體電離成高活性化學物質的混合物，包括自由基、電子、離子和亞穩(wěn)態(tài)活性物質。這些活性物質可以破壞聚合物材料表面的化學鍵，并用其他所需要的化學基團來取代原先的化學鍵。不同的氣體電離得到的官能團不同，一般有羧基、羥基、羰基、和胺基。由此可以通過改變工作氣體在材料表面引入不同的官能團。
表面具有良好的潤濕性，是確保在涂漆、粘接、印刷或者鍵合時與結合配偶體粘附的前提條件。不僅含油和油脂的污染物會對潤濕造成妨礙，而且諸多材料的潔凈表面也無法與各種液體、粘合劑和顏料充分潤濕。液體滴落，即使經(jīng)過固化或干燥處理后，其也無法粘附在表面上。原因在于，基材的表面能較低。表面能較低的材料能夠潤濕表面能較高的材料，但是反之不可。所涂抹液體的表面能，在液體中也稱之為表面張力，在任何情況下都必須低于基材的表面能。
等離子表面活化原理
等離子體中除了氣體分子、離子和電子外,還存在受電場作用處于激發(fā)態(tài)的原子或原子團自由基,以及等離子體發(fā)射出的光線。等離子體中的各激發(fā)態(tài)粒子或自由基在傳遞能量的同時,與待清洗物體表面污染物間產(chǎn)生活化反應。
原子團自由基的活化作用
原子團自由基的作用主要表現(xiàn)在化學反應過程中能量傳遞的活化作用,處于激發(fā)狀態(tài)的自由基具有較高的能量,因此容易和物體表面污染物分子結合生成新的自由基,新形成的自由基同樣處于不穩(wěn)定的高能量狀態(tài),易發(fā)生分解反應,在變成較小分子的同時生成新的自由基。上述反應持續(xù)進行直至污染物大分子分解成揮發(fā)性的簡單小分子。此外,自由基與污染物分子結合時,會釋放出大量的結合能,這種能量又成為引發(fā)新的活化反應推動力,從而導致污染物在等離子體活化反應作用下而被清除。
電子的活化作用
一方面電子對待清洗物體表面的撞擊作用,可促使吸附在物體表面的污染物分子發(fā)生分解或解析,另一方面大量的電子撞擊有利于引發(fā)激發(fā)態(tài)離子或原子團自由基與污染物分子的化學反應。由于電子質量極小,因此比離子的移動速度要快得多,當進行等離子體清洗時,電子要比其它粒子更早到達物體表面,并使該表面帶有負電荷,從而有利于引發(fā)進一步活化反應。
離子的活化作用
通常指的是帶正電荷的工作氣體陽離子的作用,陽離子在電場作用下有加速沖向帶負電荷物體表面的傾向。此時,待清洗物體表面獲得相當大的動能,足以撞擊去除表面上附著的顆粒性物質。而通過陽離子的沖擊作用可極大促進物體表面活化反應發(fā)生的幾率。
發(fā)射光線的活化作用
等離子體中的發(fā)射光線具有很強的光能,可促使附著在待清洗物體表面的污染物分子鍵斷裂而發(fā)生分解,而且發(fā)射光線中的光子具有很強的穿透能力,可透過污染物表層數(shù)微米而產(chǎn)生作用。
塑料等離子表面活化處理
諸如聚丙烯或者PTFE之類的塑料均為非極性結構。這意味著在印刷、涂漆和粘合之前必須對這些塑料進行預處理。通過等離子表面活化，可以使表面的表面能增高，從而為所涂抹的液體建立積聚點。
傳統(tǒng)上使用化學底漆、液態(tài)增附劑進行活化。其往往具有較高的腐蝕性和環(huán)境危害性。一方面，必須在進行后續(xù)處理前進行充分排氣，另一方面，其通常無法長時間保持活化狀態(tài)。即使通過化學底漆也無法對非極性材料（如聚烯烴）進行充分活化。
在空氣或氧氣等離子體中進行表面活化時，塑料聚合物的非極性氫鍵將被氧鍵取代。其可以提供自由價電子，用于與液體分子鍵合。通過在低壓或常壓條件下進行等離子活化，還可以使“非粘合性”塑料如POM、PE和PP具有非常好的粘合性和可涂漆性。可以非常精確地設置所需的表面能，這樣還可以避免過度活化，過度活化會導致蝕刻。
在低壓等離子體中，除了空氣和氧氣之外還可以使用其他氣體，通過其取代氧氣使例如氮氣(N2)、胺類(NHx)或者羰基(-COOH)作為活性基團聚合。這些部件在幾分鐘到幾個月的時間內(nèi)保持活化狀態(tài)。在處理結束后的數(shù)周內(nèi)仍可對聚丙烯進行后續(xù)處理。
金屬、陶瓷和玻璃的等離子表面活化處理
金屬、陶瓷和玻璃的表面能通常比塑料的表面能更高。盡管如此，針對這些材料的應用用途，采用等離子表面活化也是存在優(yōu)勢的。焊料合金的表面張力較高，并且會從很多金屬表面上滾落下來。因此，對金屬進行等離子活化可以在焊接時改善潤濕性。但是，金屬的活化非常不穩(wěn)定，因此持續(xù)時間較短。若對金屬進行活化，則必須在幾分鐘或者幾小時之內(nèi)進行后續(xù)加工處理（粘合、涂漆...），因為表面很快就會永久性的與環(huán)境空氣中的污染物結合。最好是在進行諸如焊接或者鍵合等工藝流程之前進行金屬活化處理。
等離子粉末活化處理
UHMWPE（超高分子量）粉末活化
親水性UHMW聚乙烯粉末可作為創(chuàng)新方法應用于諸多用途。其可以作為橡膠中的混合料使用，其結果是此處的抗撕裂強度更高。此外，還可以通過親水性聚乙烯粉末增加金屬和塑料之間的粘合強度。通過采用低壓方法的等離子表面活化處理，可以實現(xiàn)這種親水化處理。
在等離子體活化處理中，電子具有較高的能量，可以將表面非極性分子的化學鍵斷裂，使其具有較高的化學反應活性，可以使得表面自由價電子與液體分子結合， 從而提高材料表面的粘合性、親附性等。
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