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大气压等离子清洗机

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  等离子体处理作为一种新型的表面处理技术(plasma treatment / plasma cleaner / 等离子清洗),近几年来随着各行各业应用的不断深入,已逐渐被公众所熟知。然而,等离子技术本身并非一概而论,大同小异。在不同的国家,不同的厂家之间,各自发展出了不同类型,不同功用的等离子体技术。大气压辉光等离子技术,不同于其它的等离子技术,因其独特的技术特点,在最近五年内业已成为行业新的发展方向。

  按照等离子的产生原理来区分,现在等离子技术可以分为corona(科罗娜)、glow(辉光)、arc (电弧)plasma 三种类型。对于不同的类型,均发展出相关的应用。

  为了对上述三种等离子类型有一个更直观的认知,我们通常采用直流电源作为激发能源构建等离子模型。不同的等离子技术专家与科研机构所构建的模型大同小异。在此,我们以美国普林斯顿等离子物理实验室的模型(Structure of a Glow Discharge)作为参考。如图1所示,X坐标轴表示电流值,Y坐标轴表示电压值。等离子是随着电压与电流的增加而产生并变换状态与特性。

  图1中竖线将plasma曲线主要分为三段,从左至右依次是corona plasma,glow plasma,,arc plasma.

  通常采用空气或者氮气(N2)作为发生气体。特点是气体的需求量非常高,使用氮气时一般需要配备专门的大功率氮气发生器,工业上常用RF射频作为激发能源,频率在40KHZ左右。等离子工作形态以炬式较为常见(产品如图2),条状放电模式使得表面处理后均匀性不高。设备工作过程中会产生超标的臭氧与氮氧化物等对人体有害的气体,必须要配套废气排放系统一同工作。因为上述特性,Corona 等离子主要适用于对处理效果要求不高,并且后续运行成本低的行业(可使用空气),比如纺织业等。

  主要分为两种方式,即腔式与大气压式,此两种等离子技术均为直接式等离子。

  腔式Glow等离子的特点是需要一个封闭的腔体,电极内置于真空腔体中,工作时首先用真空泵将腔体内空气吸出形成类真空环境,然后等离子在整个腔体中形成并直接对在内的材料进行表面处理。此种腔式等离子的处理效果要优于corona 等离子。后续运行成本较高,主要原因是其真空泵连续工作的功耗较大。另外设备工作时在真空环节需要的时间较多,对采用自动化生产线及要求处理效率的工业领域来说,局限性较明显。

  另一种大气压Glow(辉光)式等离子技术。RF射频作为激发能源,工作频率是13.56MHZ。采用氩气(Ar)作为发生气体,氧气或者氮气作为反应气体。该技术的特点是:1. 均匀度高。大气压等离子是辉光式的等离子幕,直接作用于材料表面,实验证明,同一材料不同位置的处理均匀性很高,这一特性对于工业领域进行下一环节的贴合、邦定、涂布、印刷等制程十分重要。

  2. 效果可控。大气压等离子有三种效果模式可选。一是选用 氩气/氧气 组合,主要面向非金属材料并且要求较高的表面亲水效果时采用,比如玻璃,PET Film等。usdt, 二是选用 氩气/氮气 组合,主要面向各种金属材料,如金线、铜线等。因氧气的氧化作用,替换为此方案中的氮气后,该问题可以得到有效控制。三是只采用氩气的情况,只采用氩气也可以实现表面改性,但是效果相对较弱。此为特殊情况,是少数工业客户需要有限而均匀的表面改性时采用的方案。

  3. 安全易用。大气压式等离子,也是低温等离子,不会对材料表面造成损伤,例如对方阻值敏感的ITO Film材质亦可处理。无电弧,无需真空腔体,也无需废气排放系统,长时间使用并不会对操作人员造成身体损害。

  4. 面积宽大。大气压等离子最大可以处理2m宽的材料,可以满足现有多数工业企业的需求。

  5. 成本低廉。大气压等离子设备功耗低,运行成本以气体为主。以主要消耗气体氩气为例,同corona等离子气体消耗量相比不足其1/20.

  Arc等离子技术通常应用于等离子切割机,主要是金属的切割。可以搭配的工作气体种类较多,如氩、氧、氮、氢、水蒸气、空气、混合气体等。其等离子电弧的温度可以高达15000°~30000°。 等离子弧切割是利用极细、高温、高速的等离子电弧的热量来熔化进而切割金属器件,特点是切割快速,热影响区小,切割面平滑。

  (1)非金属材料,各种PET,PMMA,ITO film,Ceramic,Glass,Polymer等

  (2)金属材料,各种金属线缆,PCB,FPCB,Lead frame等。

  水滴接触角测试,是指使用等离子清洗机处理材料前、后分别向表面滴水,并用专门的接触角测试仪测量前后角度变化,从而量化表面能量变化与洁净效果。以普通的铜基板为例,处理前后的接触角分别为103°/40°(数据仅供参考)。

  达因笔常用来测试表面张力,配套多种表面能级的测试墨水。测试方法:假设测试笔的数值60dyn/cm,用笔尖在材料表面轻轻划上一长横,如果墨水在2秒钟仍呈现均匀的带状,表明此时材料的表面张力达到或超过60dyn/cm。如果墨水快速收缩呈不均匀的小水珠状,则表明表面张力低于60dyn/cm。可以换用52dyn/cm以及更低数值的测试笔重复上述的测试,从而得到较为精确的表面张力值。

  除了常规的亲水性等离子清洗技术,还有另一个方向的疏水性等离子表面处理技术。疏水性表面处理的技术,除了氩气之外,还需采用一些特殊的烯类气体参与反应,在材料的表面进行纳米涂膜,从而改变材料表面的成份与特性。这种纳米层表面张力接近于零,材料经过疏水处理,可以明显提高表面印刷的均匀性。

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