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閱讀：81發(fā)布時(shí)間：2025-2-21
真空等離子體處理儀是一種利用等離子體技術(shù)對(duì)材料表面進(jìn)行改性的設(shè)備，主要是利用氬氣、氧氣、氮?dú)獾确蔷酆闲詿o機(jī)氣體電離產(chǎn)生等離子體,當(dāng)它們作用于高分子材料表面時(shí),就會(huì)在材料表面產(chǎn)生物理或化學(xué)作用。以下是真空等離子體處理儀的主要功能：
1) 表面刻蝕
等離子體表面處理會(huì)對(duì)高分子 材料產(chǎn)生刻蝕作用,大體上有兩個(gè)原因,一是等離子體中的電子、離子等活性粒子撞擊材料表面時(shí),會(huì)引起濺射侵蝕,二是等離子體中的化學(xué)活性種的活性很強(qiáng),通常會(huì)對(duì)材料表面產(chǎn)生化學(xué)侵蝕。這樣固體與等離子體態(tài)的氣體發(fā)生反應(yīng),生成了新的氣體,從而改變了固體表面物理性質(zhì)。反應(yīng)類型如下:A(s)+B(g)→C(g)。
等離子體中存在很多高能粒子,它們會(huì)使材料表面變得粗糙,材料的比表面積也增加了,材料的粘合性、潤濕性等也得到了提高。
2) 生成自由基
利用非聚合性氣體的等離子體作用于高分子 材料表面,大分子可以得到活性粒子的能量,或者是受到等離子體輻射能的照射,大分子會(huì)在材料的表面產(chǎn)生自由基。以氬等離子體和氧等離子體為例,在等離子體中存在著很多活性種:
其中hν是等離子體輻射的紫外光,Ar*表示激發(fā)態(tài)的氬分子,O2*表示激發(fā)態(tài)氧分子。這些活性種遇到高分子材料時(shí),如下一些生成自由基的反應(yīng)將是隨后發(fā)生的主要反應(yīng)。
a) 受紫外光的作用:
b) 與激發(fā)態(tài)的原子或分子的反應(yīng):
c) 與反應(yīng)過程中生成的氫自由基反應(yīng):
d) 與氧自由基反應(yīng):
RH表示的是聚烯烴類碳?xì)涓叻肿?在高分子材料表面生成的自由基用R·表示。
上式中新產(chǎn)生的自由基通常還可以繼續(xù)反應(yīng),各種官能團(tuán)的引入、形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的表面層,或者與其它高分子單體發(fā)生反應(yīng)形成表面的接枝層。
3) 引入各種官能團(tuán)
通過高能電子的撞擊以及紫外光的激發(fā),會(huì)使得被處理材料的表面分子鏈發(fā)生斷裂,大量的自由基從而產(chǎn)生,而它們中的一部分會(huì)繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),比如通過自由基與氧氣發(fā)生反應(yīng):R·+O2→含氧基團(tuán)(-OH,—OOH等)?；蛘呤撬鼈兘佑|空氣后與空氣中的反應(yīng)氣體發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng),可以引入各種官能團(tuán)。特定的官能團(tuán)還可以通過采用其它的工作氣體來引入,這樣在材料表面就會(huì)出現(xiàn)一些新的狀態(tài),它們與之前的狀態(tài)不同。高分子材料表面的憎水性也會(huì)得到不同程度的改變。反應(yīng)類型為A(s)+B(g)→C(s)。這種反應(yīng)會(huì)在固體表面生成新的化合物,是改變固體表面化學(xué)性質(zhì)的反應(yīng),所以稱為固體表面改質(zhì)。
4) 交聯(lián)反應(yīng)
在被處理材料表面,常常會(huì)生成一種非常致密的交聯(lián)層,主要是由于部分自由基也會(huì)相互發(fā)生反應(yīng),這種交聯(lián)層可以強(qiáng)化表面層,對(duì)防止老化是有幫助的,也有助于材料耐磨性的提高、耐化學(xué)品性和黏著性也有所增強(qiáng),還可以防止添加劑的滲出,可以起到保護(hù)材料體相的作用。
真空等離子體處理儀的功能通常比較復(fù)雜,有可能是在表面引入了特定官能團(tuán),使得材料具有其它性能,或者生成了表面自由基或者形成了交聯(lián)結(jié)構(gòu)層,或者產(chǎn)生了表面刻蝕,讓其它基團(tuán)暴露,通常這些功能都不是單一的,而是以某種功能為主,多種功能共同存在。
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