等離子表面處理技術在筆舌上的應用分析

自來水筆的筆舌表面要有很好的親水性,以確保有良好的引水、儲墨和抗漏性能,特別是采用熱塑性塑料注塑成型的筆舌更是如此。傳統的工藝是采用化學處理(即采用強酸液體進行浸泡),使得筆舌表面粗化,達到提高親水性的目的。但是,這種工藝的廢水處理是個大問題,并且由于強酸液體的濃度、溫度的變化,浸泡時間的長短,以及浸泡方式的不同,會使筆舌表面粗化不均勻,諸如引水槽、儲墨槽等窄小的縫隙中,如果浸泡液未完全進入,就會使得這些關鍵部位沒有完全達到粗化的目的。

等離子體表面處理技術原理要改變自來水筆的筆舌表面化學處理的傳統工藝,采用等離子體表面處理技術不失為一種好方法。所謂等離子體是物質的一種存在狀態。通常物質以固態、液態、氣態三種狀態存在,但是在一些特殊情況下可以以第四種狀態存在,如太陽表面的物質和地球大氣電離層中的物質。這類物質所處在的狀態稱為等離子體狀態,又稱為物質的第四態。等離子體中存在于下列情況:處于高速運動狀態的電子;處于激活狀態的中性原子、分子、原子團(自由基);離子化的原子、分子;分子解離反應過程中生成的紫外線;未反應的分子、原子等,但物質在總體上仍保持中性狀態。

通過多種形式,如電弧放電、輝光放電、激光、火焰或者沖擊波等,都可以使處于低氣壓狀態下的氣體物質轉變成等離子體狀態。如在高頻電場中處于低氣壓狀態的氧氣、氮氣、甲烷、水蒸氣等氣體分子在輝光放電的情況下,可以分解出加速運動的原子和分子,這樣產生的粒子被解離成電子和有正負電荷的原子和分子。這樣產生的帶電粒子和電子在電場中加速時會獲得高能量,并與周圍的分子或原子發生碰撞,結果使分子和原子中又激發出電子,而本身又處于激發狀態和離子狀態,這時物質存在的狀態即為等離子體狀態。

等離子體處理是利用非聚合性無機氣體(Ar、H2、N2、O2等)的等離子體進行表面反應(見圖1),參與表面反應的有激發態分子、自由基和電子離子,也包括等離子體產生的紫外光的輻射作用。通過表面反應有可能在表面引入特定的官能團,產生表面侵蝕,形成交聯結構層或生成表面自由基(見圖2)。由于是真空紫外光對腐蝕有十分積極的影響,氣體所產生的自由基和離子活性很高,其能量足以破壞幾乎所有化學鍵,在任何暴露的表面引起化學反應。等離子體中粒子的能量大于聚合物材料的結合鍵能,完全可以破裂有機大分子的化學鍵而形成新鍵,但遠低于高能放射性射線,只涉及材料表面,不影響基體的性能。這樣可以改善材料表面的親水性、粘結性以及生物相容性等特性。

等離子體處理后材料表面改性示意圖

等離子體對筆舌表面處理的優缺點分析

等離子體對筆舌表面處理時,是通過氣體為介質對筆舌表面進行清洗,同時改變其表面性質與狀態,可以有效地避免因采用液體介質對筆舌帶來的二次污染,以及后續廢水處理等問題。等離子體對筆舌表面處理后,產品性能有明顯提高,達到了國際同類產品的先進水平。當然,等離子體處理也有其缺點,主要是處理后有一定時效性,也就是說時間一長筆舌親水性就可能會失效。實際上用化學處理同樣也有時效問題,只是化學處理的筆舌親水性能夠保持的時間比較長。因此,只要等離子體處理的工藝恰當,即考慮成本的前提下,適當提高強度,延長處理時間,如果再經特殊處理就應該能保持幾年不會失效。