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閱讀：20發布時間：2025-2-21
真空等離子體處理儀是一種利用等離子體技術對材料表面進行改性的設備，主要是利用氬氣、氧氣、氮氣等非聚合性無機氣體電離產生等離子體,當它們作用于高分子材料表面時,就會在材料表面產生物理或化學作用。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對高分子 材料產生刻蝕作用,大體上有兩個原因,一是等離子體中的電子、離子等活性粒子撞擊材料表面時,會引起濺射侵蝕,二是等離子體中的化學活性種的活性很強,通常會對材料表面產生化學侵蝕。這樣固體與等離子體態的氣體發生反應,生成了新的氣體,從而改變了固體表面物理性質。反應類型如下: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,大分子會在材料的表面產生自由基。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*表示激發態的氬分子,O2*表示激發態氧分子。這些活性種遇到高分子材料時,如下一些生成自由基的反應將是隨后發生的主要反應。
a) 受紫外光的作用:
b) 與激發態的原子或分子的反應:
c) 與反應過程中生成的氫自由基反應:
d) 與氧自由基反應:
RH表示的是聚烯烴類碳氫高分子,在高分子材料表面生成的自由基用R·表示。
上式中新產生的自由基通常還可以繼續反應,各種官能團的引入、形成交聯結構的表面層,或者與其它高分子單體發生反應形成表面的接枝層。
3) 引入各種官能團
通過高能電子的撞擊以及紫外光的激發,會使得被處理材料的表面分子鏈發生斷裂,大量的自由基從而產生,而它們中的一部分會繼續發生化學反應,比如通過自由基與氧氣發生反應:R·+O2→含氧基團(-OH,—OOH等)?；蛘呤撬鼈兘佑|空氣后與空氣中的反應氣體發生進一步的化學反應,可以引入各種官能團。特定的官能團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出現一些新的狀態,它們與之前的狀態不同。高分子材料表面的憎水性也會得到不同程度的改變。反應類型為A(s)+B(g)→C(s)。這種反應會在固體表面生成新的化合物,是改變固體表面化學性質的反應,所以稱為固體表面改質。
4) 交聯反應
在被處理材料表面,常常會生成一種非常致密的交聯層,主要是由于部分自由基也會相互發生反應,這種交聯層可以強化表面層,對防止老化是有幫助的,也有助于材料耐磨性的提高、耐化學品性和黏著性也有所增強,還可以防止添加劑的滲出,可以起到保護材料體相的作用。
真空等離子體處理儀的功能通常比較復雜,有可能是在表面引入了特定官能團,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結構層,或者產生了表面刻蝕,讓其它基團暴露,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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