技術(shù)資料

什么叫等離子清洗？

 1.等離子體基礎(chǔ)知識(shí)：   等離子體和固體、液體或氣體一樣，是物質(zhì)的一種狀態(tài)，也叫做物質(zhì)的第四態(tài)。對(duì)氣體施加足夠的能量使之離化便成為等離子狀態(tài)。等離子體的"活性"組分包括：離子、電子、活性基團(tuán)、激發(fā)態(tài)的核素（亞穩(wěn)態(tài)）、光子等。等離子體表面處理儀就是通過(guò)利用這些活性組分的性質(zhì)來(lái)處理樣品表面，從而實(shí)現(xiàn)清潔、改性、光刻膠灰化等目的。   2.等離子清洗原理：[1]?   等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，通常物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)存在，但在一些特殊的情況下有第四中狀態(tài)存在，如地球大氣中電離層中的物質(zhì)。等離子體狀態(tài)中存在下列物質(zhì)：處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(tuán)（自由基）；離子化的原子、分子；未反應(yīng)的分子、原子等，但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。   等離子清洗/刻蝕技術(shù)是等離子體特殊性質(zhì)的具體應(yīng)用：   等離子清洗/刻蝕機(jī)產(chǎn)生等離子體的裝置是在密封容器中設(shè)置兩個(gè)電極形成電場(chǎng)，用真空泵實(shí)現(xiàn)一定的真空度，隨著氣體愈來(lái)愈稀薄，分子間距及分子或離子的自由運(yùn)動(dòng)距離也愈來(lái)愈長(zhǎng)，受電場(chǎng)作用，它們發(fā)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(xué)鍵，在任何暴露的表面引起化學(xué)反應(yīng)，不同氣體的等離子體具有不同的化學(xué)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(yīng)生成氣體，從而達(dá)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(shí)會(huì)發(fā)出輝光，故稱之為輝光放電處理。    等離子體清洗的機(jī)理，主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。就反應(yīng)機(jī)理來(lái)看，等離子體清洗通常包括以下過(guò)程：無(wú)機(jī)氣體被激發(fā)為等離子態(tài)；氣相物質(zhì)被吸附在固體表面；被吸附基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子；產(chǎn)物分子解析形成氣相；反應(yīng)殘余物脫離表面。   等離子體清洗技術(shù)的最大特點(diǎn)是不分處理對(duì)象的基材類型，均可進(jìn)行處理，對(duì)金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料，如聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環(huán)氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理，并可實(shí)現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。   等離子體清洗還具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：容易采用數(shù)控技術(shù)，自動(dòng)化程度高；具有高精度的控制裝置，時(shí)間控制的精度很高；正確的等離子體清洗不會(huì)在表面產(chǎn)生損傷層，表面質(zhì)量得到保證；由于是在真空中進(jìn)行，不污染環(huán)境，保證清洗表面不被二次污染。   3.等離子清洗機(jī)在各行業(yè)的應(yīng)用：   （1）等離子技術(shù)在橡塑行業(yè)產(chǎn)品上的作用機(jī)理   我們?cè)诠I(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)一些橡膠塑料件在進(jìn)行表面連接的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)粘接困難的問(wèn)題，這是因?yàn)榫郾?、PTFE等橡膠塑料材料是沒(méi)有極性的，這些材料在未經(jīng)過(guò)表面處理的狀態(tài)下進(jìn)行的印刷、粘合、涂覆等效果非常差，甚至無(wú)法進(jìn)行。   有些工藝用一些化學(xué)藥劑對(duì)這些橡塑表面進(jìn)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(xué)藥劑本身具有毒性，操作非常麻煩，成本也較高，而且化學(xué)藥劑對(duì)橡塑材料原有的優(yōu)良性能也有影響。   利用等離子技術(shù)對(duì)這些材料進(jìn)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(jié)構(gòu)表面得以最大化，同時(shí)在材料表面形成一個(gè)活性層，這樣橡膠、塑料就能夠進(jìn)行印刷、粘合、涂覆等操作，如圖2所示。應(yīng)用等離子技術(shù)對(duì)橡塑表面處理，其操作簡(jiǎn)單，處理前后沒(méi)有有害物質(zhì)產(chǎn)生，處理效果好，效率高，運(yùn)行成本低。   （2）等離子技術(shù)在橡膠、塑料行業(yè)的應(yīng)用   等離子表面處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括橡膠、復(fù)合材料、玻璃、布料、金屬等，涉及各行各業(yè)，這篇文章中我們主要介紹其在橡膠、塑料領(lǐng)域一些行業(yè)的具體應(yīng)用。   （3）等離子技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用   3.1.1 點(diǎn)火線圈   隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，其各方面性能要求越來(lái)越高。點(diǎn)火線圈有提升動(dòng)力，最明顯的效果是提升行駛時(shí)的中低速扭距；消除積碳，更好的保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命；減少或消除發(fā)動(dòng)機(jī)的共振；燃油充分燃燒，減少排放等諸多功能。要使點(diǎn)火線圈充分發(fā)揮它的作用，其質(zhì)量、可靠度、使用壽命等要求必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是目前的點(diǎn)火線圈生產(chǎn)工藝尚存在很大的問(wèn)題——點(diǎn)火線圈骨架外澆注環(huán)氧樹(shù)脂后，由于骨架在出模具前表面含大量的揮發(fā)性油污，導(dǎo)致骨架與環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合面粘合不牢靠，成品使用中，點(diǎn)火瞬間溫度升高，會(huì)在結(jié)合面微小的縫隙中產(chǎn)生氣泡，損壞點(diǎn)火線圈，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象。   點(diǎn)火線圈骨架使用等離子處理后，不僅可去除表面的難揮發(fā)性油污，而且可大大提高骨架表面活性，即能提高骨架與環(huán)氧樹(shù)脂的粘合強(qiáng)度，避免產(chǎn)生氣泡，同時(shí)可提高繞線后漆包線與骨架觸點(diǎn)的焊接強(qiáng)度。這樣一來(lái)點(diǎn)火線圈在生產(chǎn)過(guò)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(fā)動(dòng)機(jī)油封片   發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油封起防止發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油從發(fā)動(dòng)機(jī)中滲漏和防止異物進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的作用。曲軸油封是發(fā)動(dòng)機(jī)的零件之一,在高溫下與機(jī)油相接觸，因此需要采用耐熱性和耐油性優(yōu)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(lái)越多的廠家也已逐步使用該材料，其應(yīng)用前景非常廣泛。   聚四氟乙烯材料各方面性能優(yōu)異，耐高溫，耐腐蝕、不粘、自潤(rùn)滑、優(yōu)良的介電性能、很低的摩擦系數(shù)，但未經(jīng)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(chǎn)品無(wú)法滿足質(zhì)量要求。為了解決這一技術(shù)上的難題，就要設(shè)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(yè)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(jīng)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)，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(yīng)用也越來(lái)越被廣泛認(rèn)同。   3.1.3汽車行業(yè)其他方面的應(yīng)用   隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車的性能要求越來(lái)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(fèi)者的要求，各汽車廠家在生產(chǎn)汽車時(shí)更注重細(xì)節(jié)方面的優(yōu)化改進(jìn)，如進(jìn)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(nèi)部PP零件植縟前處理   （4）汽車門窗密封件的處理   以前未經(jīng)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(xiàn)象，用化學(xué)方法處理雖然能改變涂覆的效果，但同時(shí)也改變了儀表盤等基材的性能，使得其強(qiáng)度有所降低。目前很多廠家已經(jīng)使用等離子技術(shù)來(lái)處理這些基材，通過(guò)等離子體轟擊，材料表面微觀層面活性增強(qiáng)，能明顯改善涂覆效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，用等離子清洗機(jī)處理不同材料需要選用不同工藝參數(shù)，才能達(dá)到更好的活化效果。   （4）等離子技術(shù)在電子行業(yè)的應(yīng)用   4.2.1硬盤塑料件   科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的不斷進(jìn)步，電腦硬盤的各項(xiàng)性能也不斷提高，其容量越來(lái)越大，碟片數(shù)量隨之增多，轉(zhuǎn)速也高達(dá)7200轉(zhuǎn)/分，這對(duì)硬盤結(jié)構(gòu)的要求也越來(lái)越高，硬盤內(nèi)部部件之間連接效果直接影響硬盤的穩(wěn)定性、工作可靠性、使用壽命，這些因素直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的安全性。   為了確保硬盤的質(zhì)量，知名硬盤生產(chǎn)廠家對(duì)內(nèi)部塑料件在粘接前均進(jìn)行各種處理，目前應(yīng)用較多的是等離子處理技術(shù)，使用該技術(shù)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(shí)驗(yàn)表明，硬盤中使用等離子處理過(guò)的塑料件在使用過(guò)程中持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)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(jī)中進(jìn)行處理的照片。   4.2.2耳機(jī)聽(tīng)筒   耳機(jī)中的線圈在信號(hào)電流的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)振膜不停的振動(dòng)，線圈和振膜以及振膜與耳機(jī)殼體之間的粘接效果直接影響耳機(jī)的聲音效果和使用壽命，如果它們之間出現(xiàn)脫落就會(huì)產(chǎn)生破音，嚴(yán)重影響耳機(jī)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(xué)方法處理，直接影響振膜的材質(zhì)，從而影響音效。眾多廠家正準(zhǔn)備使用新技術(shù)來(lái)對(duì)振膜進(jìn)行處理，等離子處理就是其中之一，該技術(shù)能有效提高粘接效果，滿足需求，且不改變振膜的材質(zhì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，用等離子清洗機(jī)處理生產(chǎn)的耳機(jī)，各部分之間的粘接效果明顯改善，在長(zhǎng)時(shí)間高音測(cè)試下也不會(huì)有破音等現(xiàn)象發(fā)生，使用壽命也有很大的提高。   4.2.3手機(jī)外殼   手機(jī)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(jī)的人都知道，手機(jī)在使用一段時(shí)間后，其外殼容易掉漆，甚至Logo也變得模糊不清，嚴(yán)重影響手機(jī)的外觀形象。   知名手機(jī)品牌廠家為了尋找解決這些問(wèn)題的方法，曾使用化學(xué)藥劑對(duì)手機(jī)塑料外殼進(jìn)行處理，其印刷粘接的效果有所改善，但這是降低手機(jī)外殼的硬度為代價(jià)，為了尋求更好的解決方案，等離子技術(shù)脫穎而出。等離子表面處理技術(shù)不僅可以清洗外殼在注塑時(shí)留下的油污，更能最大程度的活化塑料外殼表面，增強(qiáng)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(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)出現(xiàn)磨漆現(xiàn)象。   （5）等離子技術(shù)在國(guó)防行業(yè)的應(yīng)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(guó)產(chǎn)電連接器的發(fā)展，尤其在航空航天中對(duì)電連接器的要求更苛刻，未經(jīng)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(dá)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(huì)產(chǎn)生漏電，使得電連接器的耐壓值提不上去。   目前國(guó)內(nèi)指定生產(chǎn)航空電連接器的廠家，經(jīng)過(guò)技術(shù)研究攻關(guān)，正逐步應(yīng)用推廣等離子清洗技術(shù)清洗連接件表面，通過(guò)等離子清洗，不僅能去除表面油污，而且可增強(qiáng)其表面活性，這樣在粘接時(shí)，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(jīng)國(guó)內(nèi)多個(gè)生產(chǎn)大廠使用測(cè)試，用等離子處理后的電連接器，其抗拉能力成數(shù)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(fù)合材料，這種新型材料密度低、強(qiáng)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(jiān)韌耐磨、剛?cè)嵯酀?jì)，具有刀搶不入的特殊本領(lǐng)，在軍事上被稱之為“裝甲衛(wèi)士”。   凱夫拉成型后需要與其他部件進(jìn)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(duì)其進(jìn)行表面處理，目前主要運(yùn)用等離子對(duì)其進(jìn)行表面活化處理。處理過(guò)的凱夫拉表面活性增強(qiáng)，粘接效果有明顯的改善，通過(guò)等離子處理工藝參數(shù)的不斷優(yōu)化，其效果會(huì)進(jìn)一步提高，應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣。   （6）等離子技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用   6.4.1靜脈輸液器   輸液器末端輸液針在使用過(guò)程中，拔出時(shí)針座與針管之間會(huì)出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，一旦脫離，血液會(huì)隨針管流出，如不及時(shí)正確處理，對(duì)病人會(huì)造成嚴(yán)重威脅。為了確保這類事故的發(fā)生，對(duì)針座進(jìn)行表面處理是非常必要的。針座孔非常小，普通方法難處理，而等離子體是一種離子狀態(tài)的氣體，對(duì)微小的孔也可以有效處理。應(yīng)用等離子對(duì)其進(jìn)行表面活化處理，可改善表面活性，提高其與針管的粘接強(qiáng)度，以確保它們之間不會(huì)脫離。下圖為針座在等離子清洗機(jī)中進(jìn)行表面清洗活化處理.   6.4.2導(dǎo)尿管的處理   導(dǎo)尿管給需要留置導(dǎo)尿的患者帶來(lái)了福音，在臨床上的應(yīng)用越來(lái)越廣，但隨著其應(yīng)用的增多，導(dǎo)尿管拔除困難的情況也越來(lái)越常見(jiàn)。特別是長(zhǎng)期留置的導(dǎo)尿管，有時(shí)由于橡膠的老化會(huì)造成氣囊管腔的阻塞，強(qiáng)行拔除時(shí)可能會(huì)引起嚴(yán)重的并發(fā)癥。為了防止硅橡膠與人體接觸表面的老化，需要對(duì)其表面進(jìn)行氧等離子處理。用掃描電子顯微鏡（SEM）、紅外光譜（FTIR－ATR）和表面接觸角研究天然膠乳導(dǎo)尿管經(jīng)氧等離子體處理前后的表面結(jié)構(gòu)、性能和化學(xué)成分的變化，結(jié)果表明用氧等離子體處理后的導(dǎo)尿管表面變滑，表面接觸角由84°減少至67°，表面無(wú)有害基團(tuán)產(chǎn)生，說(shuō)明氧等離子體處理是一種有效的表面處理方法。   另外，可用等離子處理硅橡膠以增加其表面活性，然后在表面涂度一層不易老化的疏水材料，其效果也非常好。   （7）等離子技術(shù)在紡織纖維行業(yè)的應(yīng)用   無(wú)紡布的優(yōu)越性能使其應(yīng)用范圍非常廣泛，在醫(yī)療衛(wèi)生、家庭裝飾、服裝、工業(yè)、農(nóng)業(yè)中均有應(yīng)用。根據(jù)不同需要，無(wú)紡布在生產(chǎn)制作過(guò)程中要在表面進(jìn)行阻燃處理、燒毛處理、潑水處理、止滑處理、抗靜電處理、涂層處理、抗菌防臭處理、印花處理、無(wú)紡布與各種紡織品的針刺復(fù)合處理，以及無(wú)紡布與各種材料（塑料、膠膜、紡織品等）粘合等，為了達(dá)到非常好的印花、粘合等效果，需要對(duì)無(wú)紡布基體進(jìn)行表面處理。等離子卷筒型清洗機(jī)是專門用于無(wú)紡布電纜等細(xì)長(zhǎng)件的表面處理，該機(jī)處理效果好、效率高，適合大批量生產(chǎn)加工。   4、等離子技術(shù)應(yīng)用展望   等離子技術(shù)在橡塑行業(yè)的應(yīng)用已非常成熟，其相關(guān)產(chǎn)值逐年增加，國(guó)外市場(chǎng)比國(guó)內(nèi)市場(chǎng)產(chǎn)值高，但國(guó)內(nèi)可發(fā)展空間大，應(yīng)用前景誘人。   經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)消費(fèi)品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，等離子技術(shù)隨之逐步進(jìn)入生活消費(fèi)品生產(chǎn)行業(yè)中；另外，科技的不斷發(fā)展，各種技術(shù)問(wèn)題的不斷提出，新材料的不斷涌現(xiàn)，越來(lái)越多的科研機(jī)構(gòu)已認(rèn)識(shí)到等離子技術(shù)的重要性，并投入大量資金進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，等離子技術(shù)在其中發(fā)揮了非常大的作用。我們深信等離子技術(shù)應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣；技術(shù)的成熟，成本的降低，其應(yīng)用會(huì)更加普及.