等離子粘接影響設(shè)備強(qiáng)度的物理因素
1.表面粗糙度：
當(dāng)膠粘劑良好地浸潤(rùn)被粘材料表面時(shí)（接觸角θ<90°），表面的粗糙化有利于提高膠粘劑液體對(duì)表面的浸潤(rùn)程度，增加膠粘劑與被粘材料的接觸點(diǎn)密度，從而有利于提高粘接強(qiáng)度。反之，當(dāng)膠粘劑對(duì)被粘材料浸潤(rùn)不良時(shí)（θ>90°）,表面的粗糙化就不利于粘接強(qiáng)度的提高。
2.表面處理:
粘接前的表面處理是粘接成功的關(guān)鍵，其目的是能獲得牢固耐久的接頭。由于被粘材料存在氧化層（如銹蝕）、鍍鉻層、磷化層、脫模劑等形成的“弱邊界層”，被粘物的表面處理將影響粘接強(qiáng)度。例如，聚乙烯表面可用熱鉻酸氧化處理而改善粘接強(qiáng)度，加熱到70-80時(shí)處理1-5分鐘，就會(huì)得到良好的可粘接表面，這種方法適用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用鉻酸處理時(shí)，只能在常溫下進(jìn)行。如在上述溫度下進(jìn)行，則薄膜的表面處理，采用等離子或微火焰處理。
對(duì)天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠表面用濃硫酸處理時(shí)，希望橡膠表面輕度氧化，故在涂酸后較短的時(shí)間，就要將硫酸徹底洗掉。過(guò)度的氧化反而在橡膠表面留下更多的脆弱結(jié)構(gòu)，不利于粘接。
對(duì)硫化橡膠表面局部粘接時(shí)，表面處理除去脫膜劑，不宜采用大量溶劑洗滌，以免不脫膜劑擴(kuò)散到處理面上妨礙粘接。
鋁及鋁合金的表面處理，希望鋁表面生成氧化鋁結(jié)晶，而自然氧化的鋁表面是十分不規(guī)則的、相當(dāng)疏松的氧化鋁層，不利于粘接。所以，需要除去自然氧化鋁層。但過(guò)度的氧化會(huì)在粘接接頭中留下薄弱層。
3.滲透：
已粘接的接頭，受環(huán)境氣氛的作用，常常被滲進(jìn)一些其他低分子。例如，接頭在潮濕環(huán)境或水下，水分子滲透入膠層；聚合物膠層在有機(jī)溶劑中，溶劑分子滲透入聚合物中。低分子的透入首先使膠層變形，然后進(jìn)入膠層與被粘物界面。使膠層強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致粘接的破壞。
滲透不僅從膠層邊沿開(kāi)始，對(duì)于多孔性被粘物，低分子物還可以從被粘物的空隙、毛細(xì)管或裂縫中滲透到被粘物中，進(jìn)而侵入到界面上，使接頭出現(xiàn)缺陷乃至破壞。滲透不僅會(huì)導(dǎo)致接頭的物理性能下降，而且由于低分子物的滲透使界面發(fā)生化學(xué)變化，生成不利于粘接的銹蝕區(qū)，使粘接完全失效。
4.遷移：
含有增塑劑被粘材料，由于這些小分子物與聚合物大分子的相容性較差，容易從聚合物表層或界面上遷移出來(lái)。遷移出的小分子若聚集在界面上就會(huì)妨礙膠粘劑與被粘材料的粘接，造成粘接失效。
5.壓力：
在粘接時(shí)，向粘接面施以壓力，使膠粘劑更容易充滿被粘體表面上的坑洞，甚至流入深孔和毛細(xì)管中，減少粘接缺陷。對(duì)于粘度較小的膠粘劑，加壓時(shí)會(huì)過(guò)度地流淌，造成缺膠。因此，應(yīng)待粘度較大時(shí)再施加壓力，也促使被粘體表面上的氣體逸出，減少粘接區(qū)的氣孔。
對(duì)于較稠的或固體的膠粘劑，在粘接時(shí)施加壓力是必不可少的手段。在這種情況下，常常需要適當(dāng)?shù)厣邷囟?，以降低膠粘劑的稠度或使膠粘劑液化。例如，絕緣層壓板的制造、飛機(jī)旋翼的成型都是在加熱加壓下進(jìn)行。
為了獲得較高的粘接強(qiáng)度，對(duì)不同的膠粘劑應(yīng)考慮施以不同的壓力。一般對(duì)固體或高粘度的膠粘劑施高的壓力，而對(duì)低粘度的膠粘劑施低的壓力。
6.膠層厚度：
較厚的膠層易產(chǎn)生氣泡、缺陷和早期斷裂，因此應(yīng)使膠層盡可能薄一些，以獲得較高的粘接強(qiáng)度。另外，厚膠層在受熱后的熱膨脹在界面區(qū)所造成的熱應(yīng)力也較大，更容易引起接頭破壞。
7.負(fù)荷應(yīng)力:
在實(shí)際的接頭上作用的應(yīng)力是復(fù)雜的，包括剪切應(yīng)力、剝離應(yīng)力和交變應(yīng)力。
（1） 切應(yīng)力：由于偏心的張力作用，在粘接端頭出現(xiàn)應(yīng)力集中，除剪切力外，還存在著與界面方向一致的拉伸力和與界面方向垂直的撕裂力。此時(shí)，接頭在剪切應(yīng)力作用下，被粘物的厚度越大，接頭的強(qiáng)度則越大。
（2） 剝離應(yīng)力：被粘物為軟質(zhì)材料時(shí)，將發(fā)生剝離應(yīng)力的作用。這時(shí)，在界面上有拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力作用，力集中于膠粘劑與被粘物的粘接界面上，因此接頭很容易破壞。由于剝離應(yīng)力的破壞性很大，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免采用會(huì)產(chǎn)生剝離應(yīng)力的接頭方式。等離子處理設(shè)備是一種高技術(shù)的設(shè)備，能夠在微觀尺度上進(jìn)行清洗和表面改性。其原理是借助于等離子體反應(yīng)生成活性氣體，并使這些氣體與待處理物表面發(fā)生碰撞作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的清洗和改性。以下將詳細(xì)介紹等離子處理設(shè)備的原理。
一、等離子狀態(tài)
等離子狀態(tài)是常見(jiàn)物質(zhì)狀態(tài)之一，類(lèi)似于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)以及波動(dòng)態(tài)。等離子體是由氣體或者液體中的分子或原子組成的高溫、高能帶電粒子集合體，其特點(diǎn)之一是其具有自激勵(lì)性質(zhì)，即在一定情況下，它們能夠釋放出足夠的能量來(lái)促使更多原子或分子進(jìn)入等離子態(tài)。
二、等離子處理設(shè)備的基本原理
等離子處理設(shè)備利用等離子變化能夠產(chǎn)生的大量質(zhì)子、氧離子、氮離子、硅離子等帶異性質(zhì)的粒子，并加速這些粒子，將它們引導(dǎo)到待處理物表面，這些粒子與物體表面的原子或者分子碰撞后，會(huì)釋放出巨大的能量，這個(gè)過(guò)程稱為離子表面交互反應(yīng)過(guò)程。這些反應(yīng)產(chǎn)生的碰撞粒子的能量所激發(fā)物體表面分子的原子層具有不同的效應(yīng)，如化學(xué)反應(yīng)、物理反應(yīng)和結(jié)構(gòu)變化等。
三、等離子處理設(shè)備的操作過(guò)程
等離子處理設(shè)備由等離子發(fā)生器、等離子噴霧裝置、真空泵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。其工作流程包括以下幾個(gè)步驟：
1.真空抽除：將待處理物置于等離子處理室中，開(kāi)啟泵系統(tǒng)，將氣體排出，形成真空環(huán)境。
2.等離子振蕩：通過(guò)高頻電源產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，將氣體激勵(lì)起來(lái)，從而產(chǎn)生等離子體。
3.等離子擴(kuò)散：等離子體向外擴(kuò)散，與待處理物接觸并發(fā)生離子表面交互反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的清洗和改性。
4.進(jìn)料：對(duì)待處理的物體進(jìn)行進(jìn)料，并使其暴露在等離子體前緣處。
5.等離子處理：對(duì)待處理的物體進(jìn)行等離子表面交互反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)清洗和改性的目的。
6.結(jié)束處理：當(dāng)處理完成后，要將氣體排出，并關(guān)閉設(shè)備。
四、等離子處理設(shè)備的應(yīng)用
等離子處理設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。在電子行業(yè)中，它被用于微電子制造和集成電路清洗；在醫(yī)療行業(yè)中，它被用于殺菌和消毒；在化學(xué)工藝中，它被用于表面噴涂和材料改性；在環(huán)保治理中，它被用于廢水處理和氣態(tài)污染物處理。其利用等離子技術(shù)，既能達(dá)到有效、環(huán)保的處理效果，又不會(huì)對(duì)待處理物體造成損傷，成為一種非常有前途的清洗和改性的方法。
綜上所述，等離子處理設(shè)備通過(guò)產(chǎn)生等離子體反應(yīng)生成活性氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的清洗和改性。該技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在電子、醫(yī)療、化學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域都有著重要的作用。當(dāng)今，等離子處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于材料表面處理和改性方面。 它通常使用在氣體相反應(yīng)室中產(chǎn)生的高溫、高能量電離氣體等離子體來(lái)處理物質(zhì)表面。 等離子體是一種由高能離子、原子和自由基組成的高度活躍的氣態(tài)。
等離子體產(chǎn)生的方式有許多種，包括電弧放電、RF放電、微波放電、脈沖放電等。不同類(lèi)型的等離子發(fā)生器會(huì)影響到等離子鍋爐的工作效率和特征，這也是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。
而將等離子體應(yīng)用于材料表面處理上，則可以通過(guò)等離子體的高能量作用于物質(zhì)表面來(lái)改變其化學(xué)和物理性質(zhì)，即所謂的等離子處理。等離子處理可以使物料表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而提高其化學(xué)惰性、耐磨性、耐腐蝕性和界面附著性等性能。
等離子處理的機(jī)理主要來(lái)自于等離子體對(duì)表面的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)具有顯著的影響。 高能量等離子體中存在大量自由基、激發(fā)態(tài)原子和離子，這些活性物質(zhì)能夠與材料表面上的化學(xué)成分進(jìn)行反應(yīng)，并導(dǎo)致表層物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化。
例如，氧離子在等離子處理中可以被用來(lái)氧化表面，從而使表面生成一定厚度的金屬氧化物。 與此同時(shí)，離子轟擊和沉積可以導(dǎo)致表層物質(zhì)生長(zhǎng)、縮短撞擊而導(dǎo)致失蹤， 鈍化表面原子并提高界面深度和耐久性。 等離子處理還可激活材料表面，促進(jìn)其吸附和潤(rùn)濕性能。
值得注意的是，等離子處理后多久有效受到許多因素的影響，包括表面材料的種類(lèi)和形狀、等離子體處理參數(shù)和條件、環(huán)境濕度、溫度等。在實(shí)踐中， 大多數(shù)等離子處理數(shù)據(jù)都是通過(guò)定期測(cè)試表面性能的總體變化來(lái)確定其有效時(shí)間。
近年來(lái)，隨著等離子處理技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，已經(jīng)發(fā)展出了許多新型的等離子發(fā)生器和處理方法，如等離子共聚變（ICP）和微波氣體放電等離子體等。 這些新技術(shù)的應(yīng)用，為以后改進(jìn)、提高等離子處理效果和表面材料性能提供了重要方法。
總之，等離子處理是一種主要通過(guò)改變物料表面結(jié)構(gòu)、形態(tài)和化學(xué)組成來(lái)增強(qiáng)其性能的表面工藝方法。 實(shí)際運(yùn)用中，等離子處理的有效時(shí)間受到多個(gè)因素的影響。 等離子技術(shù)的進(jìn)步也將不斷完善等離子處理技術(shù)，并推動(dòng)其更廣泛的應(yīng)用。
