等离子体技术与其他传统技术相比,有着明显的优势,有助于实现高效的表面处理。
等离子体VS 电晕
等离子体与电晕之间有何差异 ? 两者的优点与缺点分别是什么?
为了更明确地回答以上问题,需要将物理现象和技术本身区分讨论。
物理意义上的等离子体和电晕
在物理定义中,等离子体是气体在经过摄取能量后形成的电离介质混合物,或“物质的第四态”。
这意味着有些原子或分子具有非零电荷,或者是由于去掉了一个或多个电子(成为自由电子),或者是由于吸收了一个电子的结果。 因此,等离子体中包含了许多种类的物质:自由电子、正负离子、自由基、亚稳态物质。 正是这些物质的特性,以及相关的电磁辐射,在后来等离子体技术运用中被开发利用。
物理学中,电晕放电 是一种在产生等离子体过程中的放电现象,等离子体是在2个不对称的电极之间进行放电而产生的,其中一个电极呈点状。然后,电场在尖端一侧更加强烈。尖端电极一侧的电场确实较高,在那里会产生等离子体,并产生小电弧,这就是电晕放电。
水手们很熟悉的 “圣艾尔摩之火”现象就说明了这一特性。在暴风雨天气里,一艘孤舟的桅杆末端会出现微小电弧。船的桅杆可看作尖锐的电极,另一个电极是风雨中带电的云。这种现象在飞机的机翼上也可以观察到。
技术层面的等离子体和电晕
电晕处理 是一种用于较大尺寸(几米)并且快速(几百米/分钟)处理塑料薄膜的技术。
塑料薄膜由支撑辊固定,支撑辊与地面相连。电极与辊筒相对,一般呈尖头形状,使电火花在空气中容易启动。正是这种相似性,解释了为什么选择 “电晕 “一词来指代这种技术。然而,相似性也就到此为止了!
冷常压等离子体技术 也是利用到物理等离子体的原理。
这是一种在常压气体中产生微弱电流的放电,并将其产物投射到待处理的表面。主要使用的气体有:空气、氮气、氦气、氩气,有时也使用这些气体的混合物。
等离子体的电强度为1安培。因此,即使等离子体中的温度可以达到几百摄氏度,它也被定性为冷等离子体,而不是用于切割或喷涂的热等离子体,后者可以达到几千摄氏度。
等离子体放电过程中产生的物质被吹出放电区,气体不断地流动,与待处理的表面相遇。这就把物质的产生(放电)与表面的反应(处理)分离开。与电晕不同,被吹出放电区的等离子体非常均匀,具有火焰的外观。
等离子体 VS 电晕:如何选择
电晕处理早在常压等离子体之前就已经出现在行业中。它的前期投资低,因此具有一定的吸引力。然而,这种技术有很多局限性。
- 非同质的产出和处理
- 处理会损伤表面(痕迹、撞击点)
- 处理时可随意刺破箔片或处理背面
- 高压电的存在意味着有潜在的电磁辐射
- 对导电材料的处理需要改变电极
- 处理效率低
等离子体处理时,放电区域与待处理的材料表面是分离的,这使得以上的缺点被有效规避,同时很容易将其整合到生产线上。
因此,电晕在工业上越来越多地被等离子体所取代。它仍然存在于中低附加值的薄膜处理中,需要在高速(>100米/分钟)下进行宽幅处理(几米)。
等离子体 VS 底漆
由于主要利用空气和氮气,因此常压等离子体表面处理是一种清洁环保的技术。除某些特殊应用场景外,不需要使用化学品,处理后不会产生有毒废水。只需要对工业装置的处理区域进行适当的通风即可。
在进行高性能、长效的胶合或粘接操作时,常压等离子体处理与化学产品一样高效。因为它的处理过程可重复,所以它成为了一种替代化学产品的解决方案,以满足越来越多的环境法规要求。
等离子体VS 火焰
与火焰相比,常压等离子体加工被认为是一种工作温度很低的技术。经过等离子体处理后的塑料材料,仍然实现了与火焰处理相同的附着力和粘合能力,但没有热影响。
除了对处理过的材料进行保存外,等离子体处理还能将火灾风险降低到几乎为零。这是人员和设备安全的一个关键方面,特别是在处理易燃产品(胶水、油漆、清漆等)的工业环境中。
火焰处理不稳定且难以控制,因此难以保证统一的出品质量。
等离子体处理的唯一限制是等离子体射流与待处理表面之间必须保持几厘米的间距。对于更远的距离,火焰处理仍然是一个解决方案。