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等離子體技術行業應用

等離子體和固體、液體或氣體一樣,是物質的一種狀態,也叫做物質的第四態。對氣體施加足夠的能量使之離化便成為等離子狀態。等離子體的"活性"組分包括:離子、電子、活性基團、激發態的核素(亞穩態)、光子等。等離子體表面處理儀就是通過利用這些活性組分的性質來處理樣品表面,從而實現清潔、改性、光刻膠灰化等目的。
等離子清洗原理
等離子體是物質的一種存在狀態,通常物質以固態、液態、氣態三種狀態存在,但在一些特殊的情況下有第四中狀態存在,如地球大氣中電離層中的物質。等離子體狀態中存在下列物質:處于高速運動狀態的電子;處于激活狀態的中性原子、分子、原子團(自由基);離子化的原子、分子;未反應的分子、原子等,但物質在總體上仍保持電中性狀態。
等離子體技術行業應用
等離子清洗/刻蝕機產生等離子體的裝置是在密封容器中設置兩個電極形成電場,用真空泵實現一定的真空度,隨著氣體愈來愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動距離也愈來愈長,受電場作用,它們發生碰撞而形成等離子體,這些離子的活性很高,其能量足以破壞幾乎所有的化學鍵,在任何暴露的表面引起化學反應,不同氣體的等離子體具有不同的化學性能,如氧氣的等離子體具有很高的氧化性,能氧化光刻膠反應生成氣體,從而達到清洗的效果;腐蝕性氣體的等離子體具有很好的各向異性,這樣就能滿足刻蝕的需要。利用等離子處理時會發出輝光,故稱之為輝光放電處理。
等離子體清洗的機理,主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。就反應機理來看,等離子體清洗通常包括以下過程:無機氣體被激發為等離子態;氣相物質被吸附在固體表面;被吸附基團與固體表面分子反應生成產物分子;產物分子解析形成氣相;反應殘余物脫離表面。
等離子體清洗技術的最大特點是不分處理對象的基材類型,均可進行處理,對金屬、半導體、氧化物和大多數高分子材料,如聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理,并可實現整體和局部以及復雜結構的清洗。
等離子體技術行業應用
等離子技術在橡膠、塑料行業的應用
我們在工業應用中發現一些橡膠塑料件在進行表面連接的時候會出現粘接困難的問題,這是因為聚丙烯、PTFE等橡膠塑料材料是沒有極性的,這些材料在未經過表面處理的狀態下進行的印刷、粘合、涂覆等效果非常差,甚至無法進行。
有些工藝用一些化學藥劑對這些橡塑表面進行處理,這樣能改變材料的粘接效果,但這種方法不易掌握,化學藥劑本身具有毒性,操作非常麻煩,成本也較高,而且化學藥劑對橡塑材料原有的優良性能也有影響。
利用等離子技術對這些材料進行表面處理,在高速高能量的等離子體的轟擊下,這些材料結構表面得以最大化,同時在材料表面形成一個活性層,這樣橡膠、塑料就能夠進行印刷、粘合、涂覆等操作。應用等離子技術對橡塑表面處理,其操作簡單,處理前后沒有有害物質產生,處理效果好,效率高,運行成本低。
等離子表面處理技術的應用領域包括橡膠、復合材料、玻璃、布料、金屬等,涉及各行各業,這篇文章中我們主要介紹其在橡膠、塑料領域一些行業的具體應用。
等離子技術在汽車行業的應用
3.1.1 點火線圈
隨著汽車行業的發展,其各方面性能要求越來越高。點火線圈有提升動力,最明顯的效果是提升行駛時的中低速扭距;消除積碳,更好的保護發動機,延長發動機的壽命;減少或消除發動機的共振;燃油充分燃燒,減少排放等諸多功能。要使點火線圈充分發揮它的作用,其質量、可靠度、使用壽命等要求必須達到標準,但是目前的點火線圈生產工藝尚存在很大的問題——點火線圈骨架外澆注環氧樹脂后,由于骨架在出模具前表面含大量的揮發性油污,導致骨架與環氧樹脂結合面粘合不牢靠,成品使用中,點火瞬間溫度升高,會在結合面微小的縫隙中產生氣泡,損壞點火線圈,嚴重的還會發生爆炸現象。
點火線圈骨架使用等離子處理后,不僅可去除表面的難揮發性油污,而且可大大提高骨架表面活性,即能提高骨架與環氧樹脂的粘合強度,避免產生氣泡,同時可提高繞線后漆包線與骨架觸點的焊接強度。這樣一來點火線圈在生產過程中各方面性能得到明顯改善,提高了可靠度和使用壽命。
3.1.2發動機油封片
發動機曲軸油封起防止發動機機油從發動機中滲漏和防止異物進入發動機內部的作用。曲軸油封是發動機的零件之一,在高溫下與機油相接觸,因此需要采用耐熱性和耐油性優良的材料。目前高檔轎車普遍使用聚四氟乙烯材料,隨著汽車性能要求的不斷提高,越來越多的廠家也已逐步使用該材料,其應用前景非常廣泛。
聚四氟乙烯材料各方面性能優異,耐高溫,耐腐蝕、不粘、自潤滑、優良的介電性能、很低的摩擦系數,但未經處理的PTFE材料表面活性差,其一端與金屬之間的粘接非常困難,產品無法滿足質量要求。為了解決這一技術上的難題,就要設法改變PTFE(聚四氟乙烯)與金屬粘接的表面性能,而不能影響另一面的性能。工業中用萊鈉溶液處理雖然能在一定程度上提高粘接效果,但是卻改變了原有PTFE的性能。經實驗證明,用等離子體轟擊需粘接的PTFE表面后,其表面活性明顯增強,與金屬之間的粘接牢固可靠,滿足了工藝的要求,而另一面保持原有的性能,其應用也越來越被廣泛認同。
3.1.3汽車行業其他方面的應用
隨著經濟的發展,消費者對汽車的性能要求越來越高,如汽車的外觀、操作舒適性可靠性、使用耐久性等要求也不斷提高。為了滿足消費者的要求,各汽車廠家在生產汽車時更注重細節方面的優化改進,如進行
(1)儀表板在柔性聚氨酯(PU)涂覆前處理
(2)控制面板在粘合前處理
(3)內部PP零件植縟前處理
(4)汽車門窗密封件的處理
以前未經任何處理儀表盤或控制面板涂覆效果非常差,不耐磨,容易掉漆等現象,用化學方法處理雖然能改變涂覆的效果,但同時也改變了儀表盤等基材的性能,使得其強度有所降低。目前很多廠家已經使用等離子技術來處理這些基材,通過等離子體轟擊,材料表面微觀層面活性增強,能明顯改善涂覆效果。根據實驗得知,用等離子清洗機處理不同材料需要選用不同工藝參數,才能達到更好的活化效果。
等離子技術在電子行業的應用
4.2.1硬盤塑料件
科學的發展,技術的不斷進步,電腦硬盤的各項性能也不斷提高,其容量越來越大,碟片數量隨之增多,轉速也高達7200轉/分,這對硬盤結構的要求也越來越高,硬盤內部部件之間連接效果直接影響硬盤的穩定性、工作可靠性、使用壽命,這些因素直接關系到數據的安全性。
為了確保硬盤的質量,知名硬盤生產廠家對內部塑料件在粘接前均進行各種處理,目前應用較多的是等離子處理技術,使用該技術能有效清潔塑料件表面油污,并能增加其表面活性,即能提高硬盤部件的粘接效果。實驗表明,硬盤中使用等離子處理過的塑料件在使用過程中持續穩定運行時間顯著增加,可靠性及抗碰撞性能有明顯的改善。圖示為某公司硬盤塑料件在等離子清洗機中進行處理的照片。
4.2.2耳機聽筒
耳機中的線圈在信號電流的驅動下帶動振膜不停的振動,線圈和振膜以及振膜與耳機殼體之間的粘接效果直接影響耳機的聲音效果和使用壽命,如果它們之間出現脫落就會產生破音,嚴重影響耳機的音效和壽命。
振膜的厚度非常薄,要提高其粘接效果,使用化學方法處理,直接影響振膜的材質,從而影響音效。眾多廠家正準備使用新技術來對振膜進行處理,等離子處理就是其中之一,該技術能有效提高粘接效果,滿足需求,且不改變振膜的材質。經實驗,用等離子清洗機處理生產的耳機,各部分之間的粘接效果明顯改善,在長時間高音測試下也不會有破音等現象發生,使用壽命也有很大的提高。
4.2.3手機外殼
手機的種類繁多,外觀更是多彩多樣,其顏色鮮艷,Logo醒目,但使用手機的人都知道,手機在使用一段時間后,其外殼容易掉漆,甚至Logo也變得模糊不清,嚴重影響手機的外觀形象。
知名手機品牌廠家為了尋找解決這些問題的方法,曾使用化學藥劑對手機塑料外殼進行處理,其印刷粘接的效果有所改善,但這是降低手機外殼的硬度為代價,為了尋求更好的解決方案,等離子技術脫穎而出。等離子表面處理技術不僅可以清洗外殼在注塑時留下的油污,更能最大程度的活化塑料外殼表面,增強其印刷、涂覆等粘接效果,使得外殼上涂層與基體之間非常牢固地連接,涂覆效果非常均勻,外觀更加亮麗,并且耐磨性大大增強,長時間使用也不會出現磨漆現象。
等離子技術在國防行業的應用
5.3.1航空航天電連接器
電連接器中的絕緣體與封線體之間的粘接效果一直影響著國產電連接器的發展,尤其在航空航天中對電連接器的要求更苛刻,未經表面處理的絕緣體與封線體之間的粘接效果非常差,即使使用專用配方的膠,其粘接效果也達不到要求;另外,如果絕緣體和封線體之間粘接不緊密,就可能會產生漏電,使得電連接器的耐壓值提不上去。
目前國內指定生產航空電連接器的廠家,經過技術研究攻關,正逐步應用推廣等離子清洗技術清洗連接件表面,通過等離子清洗,不僅能去除表面油污,而且可增強其表面活性,這樣在粘接時,在連接件上涂膠非常容易且非常的均勻,使得粘接效果明顯改善。經國內多個生產大廠使用測試,用等離子處理后的電連接器,其抗拉能力成數倍增加,耐壓值有顯著提高。
5.3.2凱夫拉處理
凱夫拉材料是一種芳綸復合材料,這種新型材料密度低、強度高、韌性好、耐高溫、易于加工和成型,而受到人們的重視。由于“凱夫拉”材料堅韌耐磨、剛柔相濟,具有刀搶不入的特殊本領,在軍事上被稱之為“裝甲衛士”。
凱夫拉成型后需要與其他部件進行粘接,但該材料是疏水材料,不易涂膠,要獲得好的粘接效果需要對其進行表面處理,目前主要運用等離子對其進行表面活化處理。處理過的凱夫拉表面活性增強,粘接效果有明顯的改善,通過等離子處理工藝參數的不斷優化,其效果會進一步提高,應用的范圍也越來越廣。

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