Улучшение адгезии поверхности
с помошью плазменной обработки

Улучшение адгезии поверхности с помошью плазменной обработки. Обработка плазмой композитов. Повышение смачиваемости
Рис. 1
Улучшение адгезии поверхности атмосферной плазмой
При контакте с обрабатываемой поверхностью, химически активная холодная атмосферная плазма вызывает большое количество физических и химических процессов. Главными реактивами этих процессов являются высокоактивные короткоживущие химические соединения, произведенные плазмой в больших количествах.

Помимо этого, при прямом контакте электрического разряда с поверхностью, она облучается ультрафиолетовым излучением и атакуется энергичными ионами и электронами.
Хотя количество заряженных частиц несоизмеримо мало по сравнению с количеством нейтральных частиц, благодаря своей реактивной природе и высокой энергии, они значительно увеличивают эффективность плазменной обработки.

Следующие процессы улучшают адгезивные свойства и адгезионную прочность поверхности пластиков, полимеров, металлов (алюминия, стали), стекла, защитных покрытий, подложки, композитов, фторопластов, тонких пленок, полиэфирных волокон:

  • Плазма очищает поверхность. Она разрывает химические связи тяжелых органических молекул, загрязняющих поверхность. Тяжелые молекулы дробятся на более легкие, которые улетучиваются с поверхности. Более того, произведенные плазмой активные химические соединения окисляют органические молекулы, формируя углекислый газ и водяной пар. Такая очистка не оставляет осадков и обеспечивает высокую чистоту поверхности.

  • Плазма восстанавливает оксиды металлов. Дуговой плазменный разряд, зажженный в атмосфере формирующего газа состоящего на 5% из водорода и на 95% из азота, создает большое количество водородо-содержащих реактивных соединений. При контакте с окисленной поверхностью металла, эти соединения восстанавливают оксиды, обнажая поверхность металла.

  • Плазма укрепляет поверхность полимерных материалов. При более высокой интенсивности обработки, плазма снимает слой поверхности толщиной порядка нанометра, который состоит из полимерных молекул малой длины. В обнаженном слое плазма создает перекрестные химические связи между длинными полимерными молекулами, значительно укрепляя поверхностный слой.

  • Плазма вызывает фазовый переход и разрыв околоповерхностных полимерных молекул. При еще более интенсивной обработке плазмой, она вызывает фазовый переход структуры пластика в поверхностном слое из кристаллической в аморфную. Аморфный пластик легче диффундирует в клей, увеличивая прочность диффузионного соединения. Более того, плазма разрывает приповерхностные полимерные молекулы, обнажая на поверхности их окончания. Этим достигается более глубокая диффузия этих молекул в клеевое соединение.

  • Плазма осаждает слой химически-функциональных молекул и улучшает смачиваемость поверхности. Реагируя с полимерными молекулами, химически-активные соединения плазмы осаждают полярные OH и ON группы на очищенную поверхность. В результате поверхность становится легко смачиваемой. Клеи, лаки и краски будут эффективно ее покрывать и заполнять микроструктуры благодаря капиллярному эффекту. Более того, при использовании специальных химических добавок в рабочем газе, плазма может осаждать специальные функциональные группы или даже полимеризировать поверхность, подготавливая ее для соединения химического типа. Так можно достичь очень высокой прочности соединения.

  • Плазма придает поверхности шероховатость на микроскопическом уровне. Дуговой разряд, горящий непосредственно на поверхности субстрата, используемого в качестве катода, разъедает эту поверхность, создавая неровности размером порядка микрометра. Впоследствии эти микроструктуры заполняются клеем, лаком или краской, что улучшает их механическое сцепление с поверхностью.

Увеличение поверхностной энергии

Пластики обычно характеризуются инертной поверхностью со значением энергии от 20 до 40 мН/м. Чтобы их смочить, поверхностная энергия полимера должна превышать значение наносимых чернил или связующего материала. Увеличить данную энергию можно за счет обработки поверхности плазмой. Данный процесс называется активация.