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等离子体处理失效原因分析


材料在经过等离子体改性处理后,内外表面发生多种物理和化学变化,例如刻蚀改变了微观形貌并增加了粗糙度,接枝和活化引入了大量含氧极性基团,这使得材料表面的润湿性和胶合性能均得到了明显的改善。而且低温等离子体作用深度是在纳米级,并不会破坏材料本身的强度,因此低压等离子体处理在材料改性领域具有广阔的发展前景。然而,这种表面改性的效果在未被固化利用时并不能持久保持,在一般的存储环境下会随着时间的推移等离子处理会失效,这种现象称为等离子体处理的时效性。对失效的原因分析研究,对于等离子体技术在材料表面改性领域的广泛应用具有重要的指导意义。

等离子体处理失效原因分析

关于等离子处理失效的原因,研究认为,可以用两个模型来解释等离子处理效果失效的原因,分别是极性基团翻转模型和等离子体清理模型。前者是等离子体处理后在材料表面引入大量极性基团,而这些极性基团具有不稳定性,随着时间的推移会向材料内部翻转,导致表面极性基团数量减少,产生时效性;后者主要针对表面没有极性基团的材料,等离子体处理主要是对材料表面进行去污,从而提高表面能,改善材料表面性能,但随着时间的推移,材料表面会重新被污染,表面性能降低。

还有人认为高分子材料性能的改变是由材料界面能的改变所引起的,而界面能的改变又是由材料分子链的易变性导致化学结构改变引起的。此外,将时效性的产生归因于等离子体作用于材料表面的高分子链,使之断裂成无数小分子链,而小分子链具有不稳定性易被氧化,随着时间的延长会不断向材料内部迁移产生失效现象,导致等离子体改性效果变差。

影响等离子体处理时效性的因素除了材料本身的组成,结构外,还有工艺参数以及储存环境。材料结构直接影响等离子体处理后表面分子链的运动方向及翻转程度,进而影响材料表面交联程度,表现为表面改性的时效性差异;不同气氛的等离子体以及不同长短的等离子体处理时间都会直接影响等离子体处理后表面引入极性基团的种类以及数量,时效性也会有所不同。贮存环境则直接影响等离子体处理后的改性面,进而影响时效性。

经过等离子体改性的材料表面发生多种物理和化学变化,例如产生刻蚀,形成致密的交联层以及引入极性基团,使材料的亲水性粘接性、染色性、生物相容性及电性能等得到改善。然而等离子体对材料表面改性的效果并不稳定,随着时间的推移等离子处理效果有可能会失效,这种现象称为等离子体处理的时效性。时效性现象在等离子体改性过程中是不可避免的。通过改变等离子处理后的储存环境,对等离子处理后的材料及时使用,可以有效避免等离子处理失效造成的不良损失。

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