10 Физическая активация поверхностей

Процесс нанесения покрытий практически всеми известными методами предполагает последовательную реализацию следующих основных этапов:

1. Очистку покрываемой поверхности от загрязнения, оксидных и гидрооксидных слоев и проведение активационной обработки (создание необходимо- го рельефа поверхности, зарядового состояния, нанесение промежуточного адгезионно-активного слоя и др.);

2. Нанесение полимерного материала (частиц , пленки, пластин, слоя раствора, суспензии, адсорбированных молекул) на поверхность;

3. Закрепление полимерного материала на поверхности (приклеивание, спекание, полимеризационная обработка);

1. Заключительная обработка покрытия с целью достижения необходимых служебных свойств.

2. Контроль качества покрытия, оценка соответствия его свойств, геометрических параметров требуемым.

Предварительная поверхностная обработка изделий оказывает определяющее влияние на адгезию покрытия, его механические свойства и правильный выбор метода и режима её проведения является одной из основных задач при оптимизации технологии.

Все методы активационной обработки разделяют на механические, химические, физические.

К физическим методам обработки относятся методы, заключающиеся в воздействии на поверхность электрических и магнитных полей, заряженных частиц, обработка в электрических разрядах, ультразвуком, ультрафиолетовым излучением, радиационная обработка, газопламенная и т.д.

При активации диэлектрических материалов (полимеров, стекла) достаточно эффективно применение обработки в плазме газового тлеющего разряда, образующегося при относительно низком давлении 1-100 Па.

В общем случае, структура газового разряда зависит от геометрии межэлектродного промежутка, давления газа, наличия внешних магнитных полей. При этом прохождение электрического тока через газовую среду оказывает су- щественное влияние на состояние этой газовой среды. Как правило, в газовой фазе протекают сложные физико-химические процессы. Поэтому при определении оптимальных режимов обработки используют почти всегда эмпирический подход : приводят достаточно большие по объему экспериментальные исследования, на основании которых делают выбор наиболее эффективных режимов обработки. Активационный эффект при воздействии тлеющего разряда на поверхность диэлектрика обусловлен следующими факторами: воздействием на поверхность электронов; воздействием на поверхность ионов; обработкой поверхностных слоев ультрафиолетовым излучением, которое генерируется в зоне разряда. В результате в поверхностных слоях диэлектрика протекают процессы :

1. Зарядка поверхности, приводящая, как правило, к образованию электретного состояния;

2. Химические процессы с участием молекул газовой среды, например, окисление поверхностных слоев (наиболее существенны при обработке в кислород -содержащей газовой фазе);

3. Деструкция макромолекул, образование низкомолекулярных продуктов, радикалов и реакции с их участием;

4. Очистка поверхности, удаление влаги и т.д.

Считают, что основным процессом, определяющем степень активности поверхности, является образование электретного состояния. В пользу данного предположения свидетельствуют факты о сохранении активности обработанных поверхностей диэлектриков в течение 30-40 дней после обработки ( в ряде случаев даже до 6 месяцев). Достигаемый активационный эффект зависит в основном, не только от дозы облучения, но и от энергии частиц. Обработка является эффективной, если энергия частиц выше некоторой пороговой для данного материала.

К физическим методам относится обработка в коронном разряде, возникновение которого обусловлено высокой неоднородностью электрического поля вблизи поверхностей с малым радиусом кривизны. Обработка проводится в атмосфере воздуха, азота, аммиака, инертного газа, водорода, углекислого газа и т.д. Данная обработка характеризуется исключительно высокой производительностью, скорость перемотки при обработке пленки составляет до 100 м/мин. Коронирующие электроды, имеющие малый радиус кривизны, размещают на расстоянии 3-5 мм от обрабатываемой поверхности и подают на него отрицательный потенциал 10-50 кВ. Эффективность обработки резко возрастает при использовании высокочастотного напряжения. Иногда в разрядный промежуток вводят плазмополимеризующие газы, в этом случае на поверхности обрабатываемой детали образуются тонкие пленки. Основной механизм активации – зарядка поверхности. В ряде случаев наблюдается электрическая эрозия поверхностных слоев. В зоне эрозии материал часто окисляется, что в ряде случаев способствует повышению адгезионной прочности наносимого на его поверхность покрытия.

При обработке деталей из полиэтилена, полипропилена часто используется газопла-менная обработка. Активационный эффект достигается в результате воздействия пламени ацетиленовой горелки на обрабатываемую поверхность. Обработка производится, как правило, в кислородсодержащей среде. В поверхностных слоях активно протекают процессы окисления, структурирования.

Высокой технологичностью характеризуется ультразвуковая очистка, заключающаяся в воздействии на поверхность ультразвуковых колебаний, создаваемых в жидкой среде. Для создания УЗ-колебаний используются устройства, основным элементом которого является магнитно-стрикционный излучатель.

Механизм обработки заключается в протекании на поверхности процессов кавитационной эрозии, которые протекают вследствие возникновения в жидкости областей с низким давлением. Ультразвуковую очистку, как правило, используют в сочетании с механическими и химическими методами. Ультра- химическая обработка имеет место, если в качестве технологической среды, в которой возбуждаются колебания, используются органические растворители и щелочные растворы. Ультраабразивные методы реализуются в случае, когда в жидкую среду добавляют высокодисперсные твердые частицы, имеющие раз- мер 5-10 мкм. Размер этих частиц должен быть меньше размеров кавитационных пузырей.

На практике используют ультразвуковые колебания с частотой 18-20 кГц, в качестве рабочей среды применяют смесь глицерина (50%) и воды (50%), в которую добавляют 30-40% по массе карбида бора. Продолжительность обработки 15-20 мин. Ультразвуковым методом очень эффективно производить снятие заусениц, удаление загрязнений.