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Die Technologie der Oberflächenbehandlung verändert die Materialeigenschaften und erzeugt eine Oberflächenschicht mit mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften, die sich vom Grundmaterial unterscheiden.
Das Ziel der Oberflächenbehandlung besteht darin, die einzigartigen funktionalen Anforderungen des Produkts in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit, Verzierung und andere Faktoren zu erfüllen. Eine Oberflächenbehandlungsmethode, die als Plasmabehandlungstechnik bekannt ist, wird eingesetzt, um die ideale Polymeroberfläche zu schaffen, auf der Tinten, Farben und Beschichtungen haften.
Dieser Artikel befasst sich mit der Plasma-Oberflächenbehandlung, der Funktionsweise des Verfahrens, seinen besten Anwendungsmöglichkeiten und den Einsatzgebieten. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.
Was ist Plasma?
Die Grundlage des Plasmas, des vierten Aggregatzustands der Materie, ist eine einfache physikalische Idee. Wenn Energie auf Materie einwirkt, werden Feststoffe zu Flüssigkeiten, und Plasmaflüssigkeiten werden zu Gasen. Wenn wir Energie zuführen, werden die Gasmoleküle beim Erhitzen ionisiert und tragen eine positive Nettoladung. Wenn genügend Plasmamoleküle ionisiert sind, entsteht ein Plasma, das die gesamten elektrischen Eigenschaften des Gases verändert.
Was ist eine Plasma-Oberflächenbehandlung?
Der Begriff "Plasma-Oberflächenbehandlung" bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem die Oberflächenenergie eines Materials verändert oder erhöht werden kann, um seine Fähigkeit zu verbessern, eine Beschichtung aufzunehmen oder mit einem anderen Material verbunden zu werden.
Die Behandlung ist auf Klebstoff- und Lackanwendungen zugeschnitten und beeinflusst verschiedene Beschichtungsmaterialien, die die Haftung fördern. Durch die Plasmabehandlung der Oberfläche entsteht eine extrem dünne, hochfeste Beschichtungsoberfläche, die sich ideal zum Kleben, Beschichten und Bedrucken eignet. Materialien, die entweder zu hydrophil oder zu hydrophob für ihren Verwendungszweck sind, können mit Plasma behandelt werden.
Die Plasmatechnologie wird für Oberflächenbehandlungsverfahren wie Reinigen, Beschichten, Bedrucken, Lackieren und Kleben eingesetzt und ist häufig der Industriestandard für die Behandlung von Metallen, Glas, Papier und Kunststoffen.
Warum wird eine Plasma-Oberflächenbehandlung eingesetzt?
Die Plasma-Oberflächenbehandlung wird in erster Linie zur Reinigung, zur Verbesserung der Haftung von Oberflächen und zur Erzeugung dünner Schichten eingesetzt.
1. Plasmareinigung
Der Plasmareiniger bereitet eine Oberfläche vor, indem er in einer Vakuumkammer alle organischen Verunreinigungen von verschiedenen Materialien entfernt. So entsteht eine makellose Oberfläche, die sich ideal zum Kleben oder zur Weiterverarbeitung eignet, ohne dass schädliche Abfälle entstehen. Darüber hinaus kann dieses Verfahren die Kontaminationsgefahr im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsmethoden erheblich verringern.
Bei der Sauerstoffplasmabehandlung übernehmen energetische Sauerstoffspezies auch Reinigungsfunktionen, indem sie mit Verunreinigungen interagieren und dabei hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid erzeugen. Während dieses Reinigungsprozesses werden organische Verunreinigungen durch plasmaaktivierte Ionen weggesprengt, die sie aufspalten, so dass sie verdampft und aus der Kammer abgeführt werden können.
2. Oberflächenaktivierung
Die Oberfläche eines Polymermaterials wird häufig durch eine Plasma-Oberflächenaktivierung für das Kleben oder Drucken vorbereitet. Das Polymer wird aufgespalten, und freie Radikale werden erzeugt, wenn energetische Spezies der Oberflächenchemie ausgesetzt werden. Obwohl bei diesem Verfahren häufig Sauerstoff erforderlich ist, können viele Plasmaaktivierungen mit Raumluft durchgeführt werden.
3. Plasmabeschichtung
Bei der Plasma-Oberflächenbehandlung wird die Oberfläche des Materials von Fremdkörpern gereinigt, so dass es sich besser verarbeiten lässt. Bei der Plasmabeschichtung wird eine nanoskalige Polymerschicht auf die Oberfläche eines Objekts aufgebracht. Die resultierende Beschichtung ist farb- und geruchlos und hat keinen Einfluss darauf, wie sich das Material anfühlt oder aussieht, was zu einer dauerhaften Beschichtung führt.
4. Plasma-Ätzen
Beim Plasmaätzen werden Silizium, Kunststoff und andere nichtmetallische Materialien durch die Anregung von Ionen in einem Gas zu einem Plasma entfernt. Ohne chemische Ätzmittel wird das Material abgetragen, wenn die angeregten Plasma-Ionen auf atomarer Ebene zusammenstoßen. Für einen gleichmäßigen Ätzprozess müssen die Ionendichte, die Elektronentemperatur und das Plasmapotenzial kontrolliert werden.
Wie funktioniert die Oberflächenbehandlung mit Plasma?
Bei der Plasmabehandlung wird ein Gas einer Energiequelle wie Strom oder einer Mikrowelle ausgesetzt. Das Gas verwandelt sich in eine Mischung aus Ionen, Radikalen, freien Elektronen und anderen molekularen Fragmenten. Der Prozess, durch den alle Spuren organischer Verunreinigungen beseitigt werden, ist die anschließende Plasmabehandlung.
Eine Plasmadüse, eine Gaszufuhrleitung und ein Plasmagenerator bilden den Plasmaoberflächenprozessor bei der Plasmabehandlung. Die Oberfläche des Werkstücks wird mit Plasma bedeckt. Die Oberfläche des zu bearbeitenden Objekts verändert sich, wenn das Plasma sie berührt, und es kommt zu chemischen Reaktionen.
Die Arbeitsweise der Plasma-Oberflächenbehandlung kann in atmosphärische und Niederdruck- bzw. Vakuum-Behandlung unterteilt werden.
● Vakuum-Plasma-Behandlung
Für die Plasmatherapie kann eine evakuierte Kammer oder ein evakuiertes Gehäuse verwendet werden. Bevor die Energie in Form von elektrischem Strom zugeführt wird, wird die Luft im Inneren der Kammer abgepumpt, um ein Hochvakuum zu erzeugen. Anschließend wird das Gas bei niedrigem Druck in die Kammer geleitet.
Es sei daran erinnert, dass die Plasmabehandlung im Wesentlichen ein Niedertemperaturverfahren ist, das es ermöglicht, wärmeempfindliche Materialien effizient mit Plasma zu behandeln. Das Vakuumplasma wird als Plasmatechnologie eingesetzt, weil das Fehlen von Gasmolekülen in der Kammer dazu führt, dass das Gas für die Plasmabehandlung besser diffundieren kann, sobald es in die Kammer eingeleitet wurde.
In der Regel kann das Therapiegas effektiver diffundieren, da die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass das Behandlungsgas mit anderen Gasmolekülen in der Kammer zusammenstößt und gestreut und umgelenkt wird.
● Atmosphärische Plasmabehandlung
Die Verwendung atmosphärischer "Düsenplasmen" ist eine weitere Methode zur Behandlung von Oberflächen. Atmosphärische Plasmen arbeiten bei Atmosphärendruck. Sie eignen sich am besten für den Einsatz mit einem Roboter oder für die lokale Behandlung von Teilen in einem Inline-Prozess.
Werkzeuge und Geräte für die Plasma-Oberflächenbehandlung
Die beiden Hauptbestandteile der Plasmabehandlung sind eine Kammer und ein evakuiertes Gehäuse. Da die Plasmatherapie bei niedrigen Temperaturen arbeitet, helfen diese Geräte bei der Erzeugung der idealen Temperatur und des Hochvakuums in der Kammer. Der atmosphärische Plasmastrahl ist ein weiteres Gerät zur Plasmabehandlung. Für verschiedene Techniken werden unterschiedliche Plasmabehandlungsgeräte verwendet.
Plasma-Reinigungsmaschinen mit PP-Folie und UV-Beschichtung können plasmabehandelt werden, damit der wasserbasierte Klebstoff fest haftet. Die fantastische Plasmatechnologie verbessert auch die Oberflächenspannung, verhindert Klebstoff- und Klebebrüche und ermöglicht die einfache Reinigung verschiedener Oberflächen. Es entfernt effektiv mineralische Ablagerungen von Oberflächen und beseitigt Oberflächenoxidation. Darüber hinaus wird es zur Reinigung von Keramik und zur Vorbereitung der Oberflächen von Kunststoffen und Elastomeren verwendet.
Industrielle Hersteller in der Montage-, Druck- und Dekorationsindustrie profitieren von der reproduzierbaren Kontrolle des Klebeprozesses durch Plasmaanlagen wie Flammenoberflächenbehandlungsgeräte. Die Plasma-Oberflächenbehandlung ersetzt häufig den Bedarf an riskanten Grundierungen und unzureichenden manuellen Oberflächenvorbereitungen.
Was sind die Vor- und Nachteile der Plasma-Oberflächenbehandlung?
Profis
Die Vorteile der Plasmakammer sind endlos; einige davon sind die folgenden:
- Durch die Auswahl geeigneter Gase oder Chemikalien können unendlich viele chemische Veränderungen vorgenommen werden.
- Das Plasmaverfahren ist umweltfreundlicher als andere Oberflächenbehandlungsmethoden.
- Aufgrund des minimalen Chemikalienverbrauchs und der geringeren Kosten für Chemikalien und Wasser bietet die Oberflächenmodifizierung einen finanziellen Vorteil gegenüber der herkömmlichen Nassbearbeitung.
- Außerdem verbraucht diese Technik der Oberflächenmodifizierung weniger Wasser und Energie zum Trocknen der behandelten Materialien.
- Inline-Plasmabehandlungsanlagen verbessern die Oberflächenhaftung auf Verbundwerkstoffen, Kunststoffen, Metallen und Glasoberflächen.
- Die Plasmabehandlung hat das Potenzial, gefährliche und giftige Chemikalien vollständig zu bestrahlen, da sie über die Energie verfügt, die atomaren Strukturen von Substanzen zu verändern.
- Plasma wird in der Medizin bereits als hochpräzises Skalpell eingesetzt. Heißes Plasma könnte in der Medizin zum Bohren von Hohlräumen und zum Sterilisieren und Kauterisieren von Wunden verwendet werden.
- Die Plasma-Oberflächenbehandlung ist im Vergleich zu anderen Oberflächenbehandlungen eine kostengünstige Behandlung.
- Das Verkleben mit Klebstoffen, Dichtungsmitteln, Lacken und Farben wird durch die Plasmabehandlung gefördert.
Nachteile
Im Gegenteil, die Plasmabehandlung weist auch einige Einschränkungen auf, darunter:
- Die Bestimmung der Eindringtiefe des Plasmas kann entmutigend sein.
- Anpassungsmechanismen können schwer zu handhaben sein.
- Investitionskosten können auch bei der Plasma-Oberflächenbehandlung ein Thema sein.
- Es kann schwierig sein, die wirksame Plasmadosis für verschiedene Materialien zu finden.
Industrielle Anwendungen der Plasma-Oberflächenbehandlung
Die Plasma-Oberflächenbehandlung kommt in verschiedenen industriellen Anwendungen zum Einsatz, von denen einige im Folgenden erläutert werden:
1. Verpackungsindustrie
Die Verpackungsindustrie verwendet die Plasma-Oberflächenbehandlung zum Verkleben und Verschließen von Getränke- oder Marmeladenflaschen, um die Festigkeit und Zuverlässigkeit der Verpackung zu gewährleisten. Sie hilft vor allem bei der Lösung von Problemen mit dem Laminatkleber und der UV-Öffnung.
2. Autoindustrie
Plasma hilft bei der Behandlung der Klebefläche des Fahrzeugs, was zu Eigenschaften wie festere Verklebung, Schalldämmung sowie Feuchtigkeits- und Staubdichtigkeit führt - andererseits garantiert die Verwendung von Plasma als Vorbehandlung des Drucks, dass die Farbe nicht verblasst oder abfällt. Normalerweise wird die Plasma-Oberflächenbehandlung für Bremsbeläge, Öldichtungen, Stoßstangen usw. verwendet.
3. Medizinische Industrie
Die Plasmatechnologie, die in der medizinischen Industrie eingesetzt wird, bietet interessante Anwendungen. Menschliche Implantatmaterialien werden mit Plasma oberflächenbehandelt, um die Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Außerdem wird die Haftung von medizinischen Kathetern verbessert. Diese Technik hilft auch bei der Desinfektion von medizinischen Geräten.
4. Kunststoffindustrie
Kunststoffoberflächen werden plasmabehandelt, um die Haftfähigkeit für den Druck zu erhöhen. Darüber hinaus werden verschiedene Gegenstände behandelt, um die Festigkeit beim Verkleben zu gewährleisten. In der Regel wird die Plasma-Oberflächenbehandlung bei Spielzeug, Getränkeflaschenverschlüssen und Haushaltsgeräten angewendet.
5. Kabelindustrie
Die Kennzeichnung von Drähten und Kabeln ist ein weiterer Zweck der Plasmabehandlung. Im Allgemeinen fördert die atmosphärische Plasmabehandlung die Haftung von wässrigen Tinten, Klebstoffen und Beschichtungen und bietet eine bemerkenswerte Wisch- und Abriebfestigkeit. Die Verwendung von Tintenstrahlmarkierungen erhöht jedoch die Ausbeute bei der Kabelkennzeichnung.
6. Textilindustrie
Die Plasma-Oberflächenbehandlung ist auch in der Textilindustrie anwendbar. Sie trägt in erster Linie zur Reinigung der Fasern bei, um deren Eigenschaften zu verbessern, einschließlich Bedruckbarkeit, Benetzbarkeit, Faserkapillarität und Färbbarkeit. Neben der Vorsterilisation verschiedener medizinischer Textilien werden so auch die Tintenhaftung und die Färbung von Textilgarnen, -filamenten und -vliesen verbessert. Es erhöht auch die Hydrophilie und Absorption von Proteinfasern.
Schlussfolgerung
Wir hoffen, dass dieser Artikel dazu beigetragen hat, dass Sie besser verstehen, wie die Plasmabehandlung die Oberflächenbeschaffenheit und das Haftvermögen von Gegenständen verbessern kann. Die breite Palette von Anwendungen der Plasma-Oberflächenbehandlung macht sie in verschiedenen Fertigungsindustrien beliebt.
