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等離子表面處理機(jī)，一種用于表面處理前處理的一種工藝設(shè)備，它具備可以增加表面張力、精細(xì)清潔、去除靜電和活化表面等功 能，廣泛應(yīng)用于玻璃、金屬、線纜、橡膠、塑料、糊盒、糊箱和橡膠表面改性處理。

等離子表面處理機(jī)作用原理

等離子表面處理機(jī)可以理解為一種產(chǎn)生等離子體的設(shè)備，等離子表面處理機(jī)的作用原理，就是等離子體的作用原理。

等離子體中的粒子類型較多而且各種粒子的性能也不一樣，研究證明對(duì)材料表面 起反應(yīng)的主要是電子，其次是亞穩(wěn)態(tài)粒子。等離子體撞擊材料表面時(shí)，除了將自身的能量傳遞給材料表層分子之外，還引起了表層刻蝕，使表面吸附的氣體或其他物質(zhì)的 分子離開(kāi)表層部分粒子也可能發(fā)生自濺射，一些粒子特別是電子、亞穩(wěn)態(tài)粒子有可 能貫穿材料表層，貫穿深度可達(dá)一材料表層內(nèi)部分子受撞擊后，引起電子層受 激發(fā)生電子躍遷，同時(shí)引起濺射和輻射淺表層的電子也可能逃逸到材料表層以上的空間。

等離子體粒子的能量一般約為幾個(gè)到十幾個(gè)電子伏特，而高分子材料中常見(jiàn)的化學(xué)鍵的鍵能如表1所示。由此可見(jiàn)，等離子體中絕大部分粒子的能量約略高于這些化 學(xué)鍵能，這表明等離子體是完全有足夠的能量引起聚合物內(nèi)的各種化學(xué)鍵發(fā)生斷裂或 重新組合，表現(xiàn)在大分子的降解，材料表面和外來(lái)的單體在等離子體作用下發(fā)生反應(yīng)， 并且由于電子、激發(fā)態(tài)分子原子、自由基、光子等粒子的存在，又使得體系具有豐富的化學(xué)活性。

表一 高分子材料中常見(jiàn)化學(xué)鍵的鍵能

等離子體的能量可通過(guò)光輻射、中性分子流和離子流作用于材料表面。在等離子 體系中的中性粒子將通過(guò)連續(xù)不斷地轟擊固體表面將能量轉(zhuǎn)移給材料材料。

等離子表面處理機(jī)處理過(guò)程中有很多不同類型的反應(yīng)，通過(guò)這些反應(yīng)有可能在表面生成自由基，引入官能團(tuán)，產(chǎn)生表面侵蝕，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)層及刻蝕作用等。需要指出的是，這些作用一般不是單一的，往往某些作用為主，幾種作用并存。而正是由于這些作用過(guò)程決定了等離子表面處理的有效性。

等離子表面處理機(jī)的主要作用形式

1、表面自由基的生成

等離子體表面處理能有效地使聚合物材料表面層中產(chǎn)生大量的自由基，無(wú)論惰性氣體等離子體還是活性氣體等離子體，只要與高分子材料短時(shí)間數(shù)十秒到幾分鐘接觸，這種作用即很明顯，以O(shè)2等離子體為例，具體過(guò)程大致如見(jiàn)下式所示，其中必定存在許多活性種。

O₂→Hv+e+0₂⁺+O₂+O₂*+Og+L

Hv為等離子體輻射的紫外光，O₂*表示激發(fā)態(tài)氧分子。等離子體中的這些活性種與聚合物材料表面產(chǎn)生一些自由基的反應(yīng)。此外，等離子體放電過(guò)程中產(chǎn)生的紫外線也能生產(chǎn)自由基，這是由于紫外線的穿透性放射能引發(fā)了自由基的形成。

2、表面官能團(tuán)及交聯(lián)層的生成

在經(jīng)等離子體處理活化的高分子材料表面上自由基能夠加成特定的官能基團(tuán)。例如有H2、N2、NH3、等離子體作用生成的氨基可導(dǎo)入高分子表面。

通過(guò)等離子體表面處理，在高分子材料表面引入特定的官能團(tuán)表面原來(lái)特性完全不同的表面狀態(tài)。

等離子體處理使用的氣體無(wú)論是氦、氨之類的非氧化性氣體，還是氧氣之類的氧化性氣體，由于最終殘留自由基的作用，通過(guò)與空氣接觸，在表面都會(huì)形成親水基團(tuán)。自由基的發(fā)生是等離子體中的電子、離子、中性粒子等荷電粒子作用的結(jié)果，同時(shí)等離子體放射出的紫外線所起的作用也很大。一般等離子體表面改性是物理、化學(xué)以及光化學(xué)各因素共向作用的結(jié)果，并非單一因素作用的結(jié)果。而且等離子體處理的表面不但在處理中，就是在處理也會(huì)繼續(xù)與大氣中的氧等介質(zhì)進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的后反應(yīng)。在活化的材料表面引入特定的官能團(tuán)是等離子體化學(xué)處理的特點(diǎn)。

在等離子體與高分子材料表面反應(yīng)中最重要的，與潤(rùn)濕性、黏接性等實(shí)用性密切相關(guān)的是含氧基團(tuán)的生成。盡管高分子材料結(jié)構(gòu)各異，但等離子體處理后表面形成同樣的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明惰性氣體對(duì)聚合物材料高分子最外層的2-3層分子層發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的能力較大特別是氦等離子體擴(kuò)散速度大，按離子中和機(jī)理對(duì)表面?zhèn)鬟f高能量的能力很大，于是在氧化反應(yīng)前先發(fā)生了表面層的交聯(lián)，交聯(lián)后所形成的表面結(jié)構(gòu)基本類似。

3、蝕刻與粗化面的形成

等離子體中的電子、離子、激發(fā)態(tài)基團(tuán)等荷電粒子對(duì)材料表面的一些物理影響很容易觀察到。也就是說(shuō)電子、離子等基團(tuán)都具有一定的動(dòng)能，當(dāng)它們打擊高分子材料表面時(shí)，由于多數(shù)聚合物是碳原子或含其他雜原子的結(jié)構(gòu)，因此就會(huì)在材料表面產(chǎn)生濺射蝕刻的效果，對(duì)其結(jié)構(gòu)有著明顯的改性作用，產(chǎn)生一些易揮發(fā)的不穩(wěn)定化合物并伴有表面功能化的過(guò)程。

用反應(yīng)性氣體等離子體處理時(shí)，附著在材料表面的污染物質(zhì)或低分子化合物通過(guò)與等離子體中的化學(xué)活化基團(tuán)反應(yīng)從表面除去，材料表面產(chǎn)生凹凸，使材料表面形狀發(fā)生變化。表面凹凸增大對(duì)黏接有利，使黏接強(qiáng)度增大。

綜上所述：等離子表面處理機(jī)的原理是依靠等離子體作用到產(chǎn)品表面（等離子態(tài)基團(tuán)有正離子、負(fù)離子、自由基和各種活性基團(tuán)等），能清除表面原有的微量污染物和雜質(zhì)；此過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生刻蝕作用，能夠?qū)悠繁砻孀兇植冢纬稍S多微細(xì)坑洼，增大樣品表面的粗糙比例，從而提高固體表面的粘合及浸潤(rùn)性能。