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等离子处理和电晕处理的区别与联系

Oct. 16, 2023

等离子体是一种全部或部分电离的气态物质,含有亚稳态和激发态的原子、分子、离子,并且电子、正离子、负离子的含量大致相等,即其总的正、负电荷数相同,故称为等离子体,继固态、液态、气态三种状态后,被称为物质的第四态。

等离子体处理原理

在等离子处理过程中,特殊的电离气体(由离子、电子、离子团和中心粒子组成)轰击在材料表面,高能量的等离子体(0~20eV)给予聚合物链(0~10eV)足够的能量使聚合物表面分子链的化学键发生破坏,发生一系列的物理化学变化。

等离子处理和电晕处理的区别与联系

真空等离子处理

低温等离子体处理原理主要包含三个方面

第一,等离子体表面清洗作用。由于等离子体是由真空室中气体辉光放电产生的,因而含有许多“活性”组分,包括:处于高速运动状态下的高能电子,电离导致的离化状态下的原子和分子,处于激活状态下的中性原子、分子、原子团等,未反应的原子和分子。这些“活性”组分可以去除材料表面静电、粉尘和油污杂质,使得表面得到彻底清洁,大大提高了材料的表面性能;

第二,等离子体表面活化作用。一般而言,等离子体中的“活性”组分能量都较高,其中高速运动状态下的电子能量在几到几十之间,大于树脂等聚合物材料中的分子结合键能(几到十几之间),因此可以破坏聚合物分子中的链式基团并形成一些自由基,不同气体源等离子体粒子会与材料表面发生一些化学变化,相应引入不同的极性基团,如氧等离子处理引入含氧基团、氮或氨等离子体引入含氮基团等,从而增加材料表面活性;

第三,等离子体表面刻烛作用。等离子体中的高能“活性”组分强烈地轰击材料表面,并与之发生相对复杂的物理变化,产生较强的刻蚀作用,移除表面一些不稳定的结合层,增加表面的凹凸起伏性和表面粗糙度,有利于提高复合材料表面的整体稳定性。

电晕处理原理

电晕处理原理是将高频高压电施加于致电电极,在电极两侧出现强电场使得附近的空气电离,电离后产生的各种等离子体在电场作用下,加速并冲击处理装置内的材料,增加材料的表面粗糙度,放电还会产生大量臭氧,臭氧是一种强氧化剂,能使材料氧化,产生大量的极性基团(通常是羧基和羟基),提高材料的表面能。

等离子处理和电晕处理的区别与联系

电晕处理

等离子处理和电晕处理的区别与联系

大多数情况下,等离子体根据温度分为高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体主要采用电场、光、高能射线、高能射线或高温等方式,通过加速电子、离子或高能中性颗粒的撞击,使其电离而产生。用于材料表面改性的低温等离子体根据放电方式的不同来看,低温等离子体主要有弧光放电、电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电、大气辉光放电等方式。各种放电方式均有自己的放电特点和适用条件。

简单点来说电晕放电属于低温等离子体放电,电晕放电是在电极周围电场极不均匀且压强较高情况下产生的一种微弱的不稳定放电,通过改变电极结构可实现大气压条件下的稳定放电,但所获得的等离子体的电离度较小,功率低且不稳定,容易转化为弧光放电。

下面从两个方面来了解等离子处理和电晕处理的区别与联系

被处理材料形状

常见的电晕处理设备,是通过在陶瓷电极与金属辊之间施加高频电压,中间气隙区域的空气电离产生等离子体,由于放电间隙的存在,电晕处理对于被处理材料的厚度有一定限制,一般在0-5mm左右,所以电晕常见被用来处理薄膜材料,或者薄板、布匹等。

而等离子处理设备,根据放电结构不同,可以做成不同类型的设备,对于被处理的材料性状几乎没有限制,无论是薄膜,片材,亦或者异形件,几乎都有适合的等离子处理设备可以满足。

处理效果

一般来说电晕处理电离的气体主要是空气,并且电晕放电所形成的等离子体放电较弱且不均匀,对等离子体和活性颗粒的生成效率过低;所以电晕放电只适合应用于对电子能量和电子密度要求不高的方面,用于粘合力要求不是很高的产品,如布、塑料薄膜、塑胶等,生产成本不高,但效果非常的好。

等离子处理从工艺气体选择上可以通入几乎所有类型的气体,并且等离子体设备的电离度一般比电晕设备高,意味着等离子体密度较高,也就等离子处理效果相对而言也会更好,并且等离子处理的均匀度也会比电晕更好。

以上就是关于电晕处理和等离子处理的区别与联系的简单介绍,总体来说等离子处理和电晕处理改性材料的原理都是一样的,都是通过产生低温等离子体和材料表面发生物理和化学反应,达到改变材料性质的目的。不同的是电晕处理和等离子处理设备,产生等离子体的原理不一样,导致其适用材料和处理效果稍微有所差别。


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