Przegląd technologii plazmowej
Plazma jest ważnym narzędziem produkcyjnym już od wielu dekad, na przykład w produkcji urządzeń mikroelektronicznych. Przez ten czas technologia ta udowodniła swoją wartość również w innych dziedzinach przemysłu, jak automotive, urządzenia medyczne, tekstylia czy „aerospace”.
Co to jest technologia plazmowa i po co się ją stosuje?
Obróbka plazmowa służy do czyszczenia i aktywowania różnorodnych powierzchni w celu poprawy ich właściwości adhezyjnych. Czyszczenie plazmowe usuwa ślady zanieczyszczeń organicznych z powierzchni, które w znacznym stopniu uniemożliwiałyby dobrą przyczepność. Jednocześnie obróbka plazmowa aktywuje powierzchnię, powodując zwiększenie stanu energetycznego powierzchni stając się łatwo zwilżalną przez kleje, farby itp. To tylko kilka przykładów zastosowań, niemniej jednak technologia plazmowa rozwiązuje problemy słabej przyczepności w wielu gałęziach przemysłu.
Plazma ma wiele wyjątkowych właściwości, takich jak:
- Umiejętność obróbki nawet skomplikowanych kształtem obiektów 3D
- Przyjazna dla środowiska – nie generuje odpadów chemicznych
- Możliwość dowolnego dostrajania dla tworzenia kolejnych specyfikacji powierzchni
- Swoboda w używaniu do materiałów wrażliwych na temperaturę, a także do przewodników, półprzewodników i izolatorów
- Bardzo niski koszt jednostkowy użycia
- Zdolność do wytwarzania produktu o wysokiej wartości dodanej
- i wiele, wiele innych
Czym jest obróbka plazmowa?
Obróbka plazmowa służy do zmiany właściwości powierzchniowych szerokiej gamy materiałów, aby ułatwić ich łączenie, klejenie i malowanie. Dzięki poddaniu działaniu plazmy danego elementu, czyścimy go, jak i aktywujemy jego powierzchnię, poprawiając charakterystykę przyczepności.
Warto zacząć od określenia, czym jest plazma. Ciało stałe, ciecz i gaz to trzy stany materii, które wszyscy znamy. Możemy zmieniać stany skupienia dodając lub usuwając energię (na przykład poprzez ogrzewanie / chłodzenie). Jeśli dodamy wystarczającą ilość energii do gazu, jego cząsteczki staną się zjonizowane (stracą jeden lub więcej elektronów), a więc będą mieć ładunek dodatni. Jeśli zjonizuje się wystarczającą liczbę cząsteczek, aby wpłynąć na ogólną charakterystykę elektryczną gazu, to taki wynik nazywany jest plazmą. Słusznie zatem plazma określana jest jako czwarty stan skupienia materii.
Plazma zawiera jony dodatnie, elektrony, neutralne atomy lub molekuły gazu, światło UV, a także wzbudzone atomy i cząsteczki gazu, które mogą przenosić dużą ilość energii wewnętrznej (plazma staje się widzialna dla oka ludzkiego, ponieważ emitowane jest światło, gdy wzbudzone neutralne cząstki przeskakują do stanu niższej energii). Wszystkie składniki ( cząstki ) plazmy, mogą oddziaływać z powierzchnią podczas jej obróbki. Wybierając dodatkowo mieszaninę gazów, moc, ciśnienie itp. możemy dokładnie dostroić lub określić efekty obróbki plazmowej.
Jak działa proces próżniowej obróbki plazmowej?
Obróbkę plazmową można przeprowadzić w komorze. Najpierw wypompowywane jest powietrze, by następnie wprowadzić pod niskim ciśnieniem gaz i dodać energii w postaci energii elektrycznej.
Co ważne, obróbka plazmowa jest w istocie procesem niskotemperaturowym, dzięki czemu możliwe jest jej zastosowanie do materiałów wrażliwych na ciepło.
Czyszczenie Plazmowe
Czyszczenie plazmowe jest sprawdzoną, skuteczną, ekonomiczną i – co ważne - bezpieczną dla środowiska metodą obróbki powierzchni. Eliminuje naturalne i techniczne oleje oraz smary w skali nano. Zmniejsza zanieczyszczenie do 6 razy skuteczniej w porównaniu z tradycyjnymi metodami czyszczenia na mokro - włącznie z czyszczeniem rozpuszczalnikami. Czyszczenie plazmowe wytwarza nieskazitelną powierzchnię, gotową do klejenia lub do dalszej obróbki, i to bez jakichkolwiek szkodliwych odpadów.
Jak działa czyszczenie plazmowe
Światło ultrafioletowe generowane w plaźmie jest bardzo skuteczne w rozbijaniu większości organicznych wiązań zanieczyszczeń powierzchniowych: olejów i tłuszczy. Drugie działanie czyszczące wykonuje energetyczny tlen. Ładunki te reagują z zanieczyszczeniami organicznymi, tworząc głównie wodę i dwutlenek węgla, które są podczas procesu stale usuwane (wypompowywane) z komory.
Jeżeli dana część przeznaczona do czyszczenia plazmą składa się z łatwo utlenianych materiałów, takich jak srebro lub miedź, stosuje się wtedy gazy obojętne (na przykład argon lub hel). Aktywowane plazmowo atomy i jony zachowują się jak „piaskowanie molekularne” i mogą rozkładać zanieczyszczenia organiczne. Zanieczyszczenia te są ponownie odparowywane i usuwane z komory.
Czyszczenie plazmowe jest odpowiednie dla:
- dokładnego czyszczenia metalowych powierzchni
- przygotowania powierzchni tworzyw sztucznych i elastomerów
- przygotowania powierzchni i czyszczenia produktów ze szkła, w tym szkła okulistycznego
- ceramiki
- usuwania utleniania z powierzchni
Plazmowa aktywacja powierzchni w celu poprawy adhezji
Plazmowa aktywacja skutecznie zmienia powierzchnię polimeru poprzez przyłączenie do niego polarnych (w tym przypadku: zawierających tlen) grup chemicznych. Wiele polimerów, w szczególności poliolefiny – polietylen i polipropylen, są chemicznie obojętne i nie mogą się łatwo łączyć z innymi materiałami, wykazując słabą przyczepność z atramentami, farbami i klejami. Powodem tego jest brak polarnych i reaktywnych grup funkcyjnych w ich strukturze.
Plazmowa aktywacja powierzchni sprawia, że wiele polimerów jest podatnych na działanie środków wiążących i powłok. Zazwyczaj jako gaz procesowy używany jest tlen, jednak wiele aktywacji można również przeprowadzić wyłącznie za pomocą otaczającego powietrza. Elementy poddane obróbce plazmowej, pozostają aktywne przez kilka minut do kilku miesięcy, w zależności od konkretnego materiału, który został poddany obróbce. Na przykład polipropylen może być aktywny nawet do kilku tygodni po zabiegu.
Jak działa aktywacja powierzchni plazmy
Promieniowanie UV i aktywne formy tlenu z plazmy usuwają środki oddzielające, silikony i oleje z powierzchni. Są one wypompowywane przez system próżniowy. Aktywne formy tlenu (rodniki) z plazmy łączą się z aktywnymi powierzchniami na całym materiale, tworząc powierzchnię, która jest wysoce "aktywna" dla środków wiążących.
Aktywacja Powierzchni Plazmy jest odpowiednia dla:
- ogólnie znanych tzw. tworzyw sztucznych i gum
- medycznych tworzyw sztucznych
- tworzyw elektroniki użytkowej
- części samochodowych
- komponentów lotniczych
Powlekanie plazmowe
Powlekanie plazmowe polega na nanoszeniu cienkiej (w skali nano) warstwy polimeru na całą powierzchnię przedmiotu umieszczonego w plaźmie. Proces powlekania plazmowego zajmuje tylko kilka minut. Wytworzona powłoka ma zazwyczaj mniej niż setna część grubości ludzkiego włosa. Jest bezbarwna, bezwonna i nie wpływa w żaden sposób na wygląd ani dotyk materiału. Jest to również powłoka trwała, związana z powierzchnią materiału w skali atomowej.
Powlekanie jest jedną z najbardziej ekscytujących dziedzin technologii plazmowej, oferując ogromny potencjał do poprawy funkcji i wartości materiału dla szerokiego zakresu zastosowań. Dostarcza dwie główne możliwe właściwości powierzchni: całkowicie odpychającą ciecz (np. wodę/olej) lub wręcz przeciwnie: w pełni zwilżalną.
Jak działa Powlekanie Plazmowe
Ciekłe monomery wprowadza się wraz z gazem do komory próżniowej. Monomery to małe cząsteczki, które w odpowiednich warunkach łączą się ze sobą, tworząc polimery. Działanie plazmy umożliwia stworzenie takich odpowiednich warunków na powierzchni materiału, aby łączenie mogło nastąpić szybko i sprawnie. Stosuje się różne monomery, w zależności od tego, czy powierzchnia ma być trwale hydrofobowa czy hydrofilowa.
Powlekanie plazmowe jest odpowiednie dla:
- tworzyw sztucznych i gum
- wydajnych (funkcjonalnych) tekstyliów
- filtrów
- metali, szkła, ceramiki i kompozytów
- medycznych tworzyw sztucznych
- tworzyw elektroniki użytkowej
- części samochodowych
- komponentów lotniczych
