Плазма, четвёртое агрегатное состояние вещества, представляет собой ионизированный газ из атомов, лишившихся части электронов (положительных ионов), и электронов, освободившихся при ионизации. Энергия частиц в плазме выше, чем в газе, жидкости и твёрдом теле. В плазме есть электроны, ионы и нейтральные частицы с определённым распределением по энергиям. Сталкиваясь с поверхностью материала, они передают свою энергию её молекулам и атомам и вызывают ряд физических и химических процессов. Благодаря этому плазма позволяет глубоко очищать поверхность изделий, активировать её, проводить травление и финишную обработку, наносить плазменные покрытия.
(1) Травление поверхности материала
Множество активных частиц плазмы (ионы, возбуждённые молекулы, свободные радикалы) воздействует на поверхность твёрдого тела: удаляет с неё исходные загрязнения, делает её шероховатой, образуя множество мельчайших углублений, и увеличивает удельную площадь поверхности. В результате улучшается смачиваемость твёрдой поверхности.
(2) Активация поверхности и сшивка
Энергия частиц в плазме составляет от 0 до 20 эВ, а энергия большинства связей в полимерах от 0 до 10 эВ. Поэтому под действием плазмы исходные химические связи на поверхности твёрдого тела могут разрываться. Образовавшиеся свободные радикалы соединяются в сетчатую сшитую структуру, и активность поверхности значительно возрастает.
(3) Образование новых функциональных групп
Химическое действие плазмы: если в разрядный газ добавить химически активный газ, на поверхности активированного материала протекают сложные химические реакции и появляются новые функциональные группы, например гидроксильные, аминные, карбоксильные и др. Все они активны и заметно повышают поверхностную активность материала.
Технология плазменной обработки поверхности и её применение
Плазменная очистка удаляет с поверхности разделительные смазки и добавки, а активация обеспечивает качество последующего склеивания и нанесения покрытий. Плазменное нанесение покрытий позволяет дополнительно улучшить поверхностные свойства композиционных материалов. С помощью плазменной технологии можно эффективно готовить поверхность материалов с учётом конкретных технологических требований.
Очистка, активация и травление поверхности, нанесение покрытий
Кроме того, у плазменной обработки поверхности есть следующие преимущества:
1. Экологичность: при плазменной обработке газ взаимодействует непосредственно с твёрдой поверхностью, вода не расходуется, химические реагенты не нужны.
2. Высокая производительность: весь процесс занимает немного времени.
3. Низкие затраты: оборудование простое, его легко эксплуатировать и обслуживать, вместо дорогих моющих жидкостей расходуется небольшое количество газа, а тратиться на утилизацию отработанных жидкостей не нужно.
4. Более тонкая обработка: плазма проникает внутрь микроотверстий и углублений и очищает их.
5. Универсальность: плазменной обработке поддаётся большинство твёрдых материалов, поэтому область её применения очень широка.
Как меняется поверхность после плазменной обработки
После плазменной обработки поверхностная энергия материала повышается, будь то пластик, металл или стекло. Благодаря этому состояние поверхности изделия полностью отвечает требованиям последующих операций: нанесения покрытий, склеивания и других. В полиграфии и производстве упаковки плазменная обработка позволяет значительно повысить прочность склеивания и снизить затраты, обеспечивает стабильное качество склейки и однородность продукции, при этом не образуется пыль и на производстве сохраняется чистота.
Как долго сохраняется эффект плазменной обработки?
Что касается времени обработки, сшивка, химическая модификация и травление поверхности полимера под действием плазмы происходят в основном потому, что плазма разрывает связи в поверхностном слое полимера, в результате чего образуется большое количество свободных радикалов.
Опыты показывают, что с увеличением времени плазменной обработки и мощности разряда концентрация образующихся свободных радикалов растёт, а достигнув максимума, выходит на динамическое равновесие. При определённом давлении газа в разряде концентрация радикалов максимальна, то есть при определённых условиях низкотемпературная плазма воздействует на поверхность полимера наиболее глубоко.
Сколько времени после обработки сохраняется повышенная поверхностная энергия, определить трудно: это зависит от свойств самого материала, вторичного загрязнения после обработки и химических реакций на поверхности. Поэтому, как только плазменная обработка повысила поверхностную энергию, сразу переходите к следующей операции, чтобы эффект не успел ослабнуть.