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技术交流

等离子处理RF放电原理

发布时间:2023/7/29 8:05:33 | 信息来源:
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当今,等离子处理技术被广泛应用于材料表面处理和改性方面。 它通常使用在气体相反应室中产生的高温、高能量电离气体等离子体来处理物质表面。 等离子体是一种由高能离子、原子和自由基组成的高度活跃的气态。


等离子体产生的方式有许多种,包括电弧放电、RF放电、微波放电、脉冲放电等。不同类型的等离子发生器会影响到等离子锅炉的工作效率和特征,这也是一个非常重要的问题。


而将等离子体应用于材料表面处理上,则可以通过等离子体的高能量作用于物质表面来改变其化学和物理性质,即所谓的等离子处理。等离子处理可以使物料表面结构发生改变,进而提高其化学惰性、耐磨性、耐腐蚀性和界面附着性等性能。


等离子处理的机理主要来自于等离子体对表面的化学性质和结构具有显著的影响。 高能量等离子体中存在大量自由基、激发态原子和离子,这些活性物质能够与材料表面上的化学成分进行反应,并导致表层物质发生化学变化。


例如,氧离子在等离子处理中可以被用来氧化表面,从而使表面生成一定厚度的金属氧化物。 与此同时,离子轰击和沉积可以导致表层物质生长、缩短撞击而导致失踪, 钝化表面原子并提高界面深度和耐久性。 等离子处理还可激活材料表面,促进其吸附和润湿性能。


值得注意的是,等离子处理后多久有效受到许多因素的影响,包括表面材料的种类和形状、等离子体处理参数和条件、环境湿度、温度等。在实践中, 大多数等离子处理数据都是通过定期测试表面性能的总体变化来确定其有效时间。


近年来,随着等离子处理技术的不断发展和完善,已经发展出了许多新型的等离子发生器和处理方法,如等离子共聚变(ICP)和微波气体放电等离子体等。 这些新技术的应用,为以后改进、提高等离子处理效果和表面材料性能提供了重要方法。


总之,等离子处理是一种主要通过改变物料表面结构、形态和化学组成来增强其性能的表面工艺方法。 实际运用中,等离子处理的有效时间受到多个因素的影响。 等离子技术的进步也将不断完善等离子处理技术,并推动其更广泛的应用。等离子体表面处理与常规处理的对比








等离子体表面处理
通过放电装置将电离的等离子体中的电子或离子打到承印物表面,一方面,可以打开材料的长分子链,出现高能基团;另一方面,经打击使薄膜表面出现细小的针孔,同时还可使表面杂质离解、重解。电离时放出的臭氧有强氧化性,附着的杂质被氧化而除去,使承印物表面自由能提高,达到改善印刷性能的目的




电晕处理
利用高频(中频)高压电源,在放电刀架和刀片的间隙产生一种电晕释放现象,用这种方法对塑料薄膜在印刷前进行表面处理,叫电晕处理,也称电子冲击或电火花处理。其处理作用为:通过放电,使两极之间的氧气电离,产生臭氧,臭氧是一种强氧化剂,可以立即氧化塑料薄膜的表面分子,使其由非极性转化为极性,表面张力得到提高。电子冲击后,使薄膜表面产生微凹密集孔穴,使塑料表面粗化,增大表面活性。








化学处理法
印刷前利用氧化剂对PP、PE塑料薄膜的表面进行处理,使其表面生成羟基、羰基等极性集团,同时得到一定程度的粗化,以提高油墨与塑料薄膜的表面结合牢度。
化学处理法是应用较早的一种表面处理法,对于印刷,复合前薄膜的表面处理效果好,使用简便、经济,但需较长的处理时间影响了生产效率。并且处理液一般都具有化学侵蚀性,造成环境污染及对人体的危害,目前较少采用这种工艺,一般只在不便使用其他处理方法的情况下才采用这种表面处理工艺




光化学处理法
一般是利用紫外线照射高聚物表面,使其引起化学变化,达到改善表面张力,提高润湿性和粘合性的目的。和电晕处理一样,紫外线照射也能使高聚物表面发生裂解、交联和氧化。
要想得到较好的光化学处理效果,必须选择适当波长的紫外线,例如用波长为184mm的紫外线照射聚乙烯表面,能使其表面发生交联,但如改用2537A的波长则难有相同的效果。








火焰处理法
适用于小型塑料容器的表面处理,其目的在于用高温使表面去污,并溶化膜层表面,提高表面粘附油墨的性能。
聚烯烃经火焰处理后形成了极性基团,润湿性得以改善,而粘接性的改善则由于极性基团改善了润湿性以及产生断链而相对改善。
火焰处理效果较好,无污染,成本低廉,但操作要求严格,如不小心会导致产品变形,使成品报废。目前主要应用于较厚的塑料制品的表面处理。




防静电处理
塑料薄膜印刷中的静电会给操作带来一系列难题,直接影响印品的产量和质量。例如,在印刷小包装塑料薄膜时,由于静电粘连,薄膜间处于缺氧状态,会阻碍塑料印墨层固化的过程,若遇高温高湿环境,更易形成墨层粘连,轻则使印刷墨色移染,增加印刷、分切、整理等工序的难度,重则薄膜互相粘连,撕不开,造成印品报废。另外制袋后的储运、存放过程中也会不断放电,既影响热封又影响袋内实物与空间层次的透明度。在印刷大幅面薄膜时,因为生成的静电多,在机速高、树脂中未掺有抗静电剂的情况下,很可能引起火灾或爆炸事故。
塑料薄膜的静电形成是由于PE和PP具有优良的介电性能、电阻高、导电性差,薄膜在挤出收卷过程中因摩擦而产生静电,在印刷过程中使静电进一步产生和积累,并不易释放,使薄膜表面聚积大量的静电荷。印刷薄膜收卷后,薄膜与薄膜之间紧紧地卷在一起,使电荷不利于排斥而利于吸引,造成粘合。等离子处理技术广泛用于材料的表面处理,是一种有效、环保、节能的处理方法。等离子体是由高温电离气体产生的一种充满电荷的状态,可以通过几乎任何非金属的表面进行化学修饰和物理改性,实现对表面性质的调控。等离子处理后,多久有效与样品性质、处理条件以及后续环境等因素有关。




样品性质
不同的材料具有不同的表面化学反应活性、内部结构以及物理性质,其对等离子处理的响应也会有区别。例如,聚合物、陶瓷、玻璃、金属等材料对等离子处理的敏感度和稳定性不同。而且,即使是同一种材料,在不同的材料加工工艺、生产方式或者来自不同来源的供应商可能都会影响到处理后样品的有效性。




处理条件
等离子处理的成本较高,尤其是在大规模生产领域中,处理时间和处理气体种类、浓度等因素都会对处理效果造成影响。比如说,在相同处理下,使用不同的气体和功率密度处理相同材料的结果可能会不一样。 在优化等离子处理工艺时,需要考虑维持较长时间的稳定操作条件,并防止过量电离和表面氧化。




后续环境
材料的使用环境对其性能具有重要影响。在实际应用中,光、潮湿、高温、低温或化学介质等都可能导致等离子处理效果的退化或失效。例如,等离子处理的特殊表面活性可能会因为自然环境暴露而渐渐减弱。 因此,在等离子处理后多久有效这个问题上,还要看考虑使用的时间和条件。




总之,等离子处理的效果受到众多因素的影响,没有明确的答案。因此,在实践中,需要进行多次实验,在合适的控制下观测等离子体处理后的材料的性质变化是否达到预期。而且等离子处理技术目前依然处于发展初期,需要开展更深入的研究和商业应用,以提有效率和稳定性,为其在各种领域应用打下基础。

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