连接器的三大基本性能
业界人士都知道,机械性能、电气性能和环境性能被称之连接器的三大基本性能,等离子清洗机对连接器的表面进行处理,都会提升或改善这三大基本性能。
1.机械性能指标
插拔力和耐久性是机械性能的两个关键指标,与材料、工艺和表面处理等都有关系。等离子体,具有化学特性和物理特性,会与连接器组件材料表面的肉眼看不到的有机物和杂质进行反应,形成洁净的表面和活性基团,增加金属和聚合物等的粘接性能,成倍提升抗拉能力。
2.电气性能指标
绝缘电阻、接触电阻和抗电强度是连接器主要的电气性能指标,绝缘体与封线体之间的粘接强度和可靠性,对抗电强度影响很大;如果两者之间的粘接不良,可能会导致漏电,连接器的抗电强度会大打折扣。等离子表面处理不仅能提高粘接强度,而且不会影响接触电阻和绝缘电阻的性能指标。
3.环境性能指标
耐候性能,即环境性能,一般包括耐寒、耐热、耐湿、耐盐雾、冲击和振动等指标,主要是考核连接器的可靠性。涉及到表面处理的有字符印刷的强度、各种材料之间的粘合度等。等离子表面处理是干式处理,不会带入其它副产物,对表面附着力和粘接强度都有非常大的改善。
一般民用连接器在加工过程中,表面处理只需要采用超声波去除表面脏污即可,不需要经过等离子清洗处理;除非特殊材料,比如PP、PTFE等表面能比较低的材料,胶水成本比较高,对人体有伤害,才会考虑用等离子处理工艺。
在军用和航空航天领域,由于其环境的特殊性,等离子体可以提高表面清洁度,改善材料的表面能,连接器采用等离子表面处理工艺已成为必须。
近日,普仕曼科技与高分子材料行业的领军企业:派乐玛新材料技术开发有限公司达成战略合作伙伴关系!双方将发挥各自技术创新、市场资源、供应链等优势就高分子材料的贴合工艺、等离子清洗工艺深入合作!
背景资料:
汽车行业中,塑料件不仅可以减轻车身重量,减低能耗,同时保证了功能性、安全性;通过不同的表面处理工艺,舒适度和装饰性的品质也得以不断提升。这些塑料在做丝印、粘接、包覆等工艺前,传统的表面处理为人工打磨、火焰灼烧和喷刷底涂,今天我们来探讨一下等离子清洗机在汽车塑料件的表面处理上的应用:
等离子清洗机在汽车塑料件的表面处理上应用广泛,汽车塑料件占整个汽车所使用的材料比例超过1/3,这些塑料大多为复合性的材料例如PP、ABS、PA、PVC、EPDM、PC、EVA等,分别用来加工成保险杠、仪表板、中控板、门板、防护板、引擎盖、密封条、灯具、防震垫等。
复合材料是使用两种以上物性的材料组合起来,可以取长补短,生产出优良特性的材料,具有单一材料所不能得到的多种特性,例如聚丙烯(PP)+玻璃纤维(GF20);聚丙烯(PP)+三元乙丙橡胶(EPDM)+滑石粉(TD20)等,被大量应用于汽车内饰件。图1所示PP材质的汽车仪表板:
图1-PP材质的汽车仪表板
类似于PP、EPDM、ABS+PC这些材料的表面能比较低,浸润性不好,会影响材料表面的丝印、粘接、包覆、植绒的品质和性能。当我们用等离子清洗机来对这些材料进行处理后,我们发现在等离子体活性粒子作用下,材料表面性能得到明显的改善,撕剥力大大提高。
通过结果分析,我们发现主要是有两方面的原因:
①等离子清洗机产生的等离子体放电会将亲水基团如酚类的羟基(-OH)、羧酸的羧基(-COOH)以及羰基(C=O)等基团引入表面,增加材料表面的浸润性,并使基体表面的附着力和粘接强度大大提高。
②等离子清洗机产生的等离子体促使材料分子键被打开,发生的交联作用及低分子量污染物被清除,材料表面形成洁净而强的界面层,也促进附着力和粘接强度的提高。
举例1:大气等离子清洗机用于材质为ABS+PC的塑料储物箱植绒前的表面处理,以增强其胶水和绒毛的粘接性能,产品和处理状态如图2和图3所示:
图2-ABS+PC的塑料储物箱
图3-大气射频等离子清洗机放电状态
不同形状结构和材质的汽车塑料件,都可以用等离子清洗机在塑料件植绒做表面处理。不仅可以让植绒品质管控有保障,并且可以选用对人体和环境都友好的胶粘剂,降低操作人员的健康风险。
举例2:真空等离子清洗机用于材质为聚丙烯(PP)+滑石粉(TD20)的塑料门板包覆前的表面处理,以增强水性聚氨酯胶粘剂与塑胶件的粘接性能,提高撕剥力。塑料件放置托架和真空等离子清洗机的设备外观如图4和图5所示:
图4-塑料件放置托架
图5-真空等离子清洗机的设备外观
等离子清洗机表面处理后的塑料件,其粘接强度和附着力与等离子表面处理的参数有关密切关系,包括真空腔的电极结构、放电真空度、气体类型和比例、气体流量的大小、处理时间、电源的功率等因素;而且等离子处理后的表面基团具有一定的时效性,所以应尽快完成相关生产。
普通老百姓对金属材质的精密电子元器件,还是比较陌生的。因为一般情况下,这些元器件都会被焊接在电路板上,然后被外壳遮挡住。其实等离子清洗机对精密电子元器件的处理效果不容忽视,下面我们通过微型磁钢片来了解一下:
等离子清洗机处理微型磁钢片的优势在于全程干燥,能彻底去除表面污染物,同时又能改善磁钢片形貌特征,在表面形成活性基团。
微型磁钢片包括铝镍钴磁钢,稀土强磁(钕铁硼,钐钴)粘结稀土永磁钢、铁氧体磁钢等,在喇叭,耳机,麦克风,微型电机,空调电机,磁疗产品,电脑驱动马达等领域都可以看到其身影;尤其是越来越多被应用在智能手机的声学器件加工方面。
在电声领域应用的微型磁钢片,例如制造动圈麦克风和电容麦克风,都是在无尘车间生产,所以对材料表面的洁净度要求非常高,不仅要保证表面没有污染物,而且还对表面粘接强度有一定要求。等离子表面处理工艺,被认为优选方案之一。真空(低压)等离子清洗机如图1所示:
图1 真空(低压)等离子清洗机
用等离子清洗机处理过的微型磁钢片,表面能会发生明显的变化,其变化的是可以通过接触角测量仪(水滴角测试仪)来判断的,水滴角越低,说明表面能越高,更利于粘接。如图2、图3所示微型磁钢片等离子表面处理前后对比:
图2 等离子清洗磁钢片前的水滴角为:110.99度
图3 等离子清洗磁钢片后的水滴角:32.5度
处理前后对比说明:
①真空(低压)等离子清洗机处理后的磁钢片表面能发生了很多变化,水滴角从110.99度降低到32.5度,亲水性明细增强,活化效果非常明显。
②用等离子清洗机处理过的磁钢片表面的亲水性基团有一定时效性,等离子表面处理完后应尽快进入下一个工序。
如果只是将一颗葡萄放进微波炉里面,可能并没有太大的影响。但当你微波不止一颗葡萄的时候,即使只有两颗葡萄也会发生神奇的灾难。在YouTube上就有用户做了这项实验,将两颗葡萄并排放置。没一会你就会看到两颗葡萄接触的地方会冒出火花,甚至可能会损坏你的设备。 视频1:满足好奇心 最近,有物理学家认真研究了这种现象的原理。研究者用的是直径在14~20毫米的圆形葡萄。发现凡是葡萄这么大小的含盐含水物体都有类似风险。两颗圣女果也会。两枚鹌鹑蛋也会。两枚特别大的蓝莓也会。 物质存在的状态有四种——固态,液态,气态,和等离子体。简单地说,气态物质接受大量能量后,就可以变成等离子体。太阳里面就充满了等离子体,地球上的闪电、极光、静电火花等,也都是等离子体。 微波炉加热是不均匀的,总有些特别热的“热点”。而“两个挨在一起的葡萄”这种形状,配合2.4GHz微波炉的波长,恰好就能造出一个超级热点。微波被困在了这两颗葡萄组成的“陷阱”里,最后,球体间的接触点在几毫米的厚度内产生一个极其强大的电场,把集中起来的能量传递给葡萄里天然存在的钠离子钾离子,于是产生了等离子体,放出耀眼的光芒…… 葡萄大小的泡过氯化钠盐水的两颗聚丙烯酸钠水凝胶珠子(sodium polyacrylate hydrogel beads ),挨在一起也产生了等离子体。
视频2:详细原理解说
不过随后物理学家发现即使葡萄皮没有接触,当距离在3毫米左右时候依然会发出火花。对此研究人员表示更科学的解释是,每颗葡萄所存储的波在彼此之间的空间中来回反弹,以产生越来越强大的电磁场。这种情况发生在增压电解质在短暂的等离子体中爆发之前。
论文链接:
https://www.pnas.org/content/early/2019/02/13/1818350116
近期,华东理工大学刘润辉教授课题组通过模拟宿主防御肽(Host Defense Peptides,简称HDPs)制备出具有高效抗菌活性的新型β-多肽聚合物,通过等离子体活化表面接枝构筑了高效抗菌的医用聚氨酯等生物医用材料表面(图1),该表面在室温条件下存储56天后,抗菌性能未有明显变化,显示了良好的稳定性。体内植入感染模型证实该抗菌材料表面能够有效杀菌,显示有效预防植入医用材料引发的感染。这一成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces上(DOI: 10.1021/acsami.9b02915)。
图1. β-多肽聚合物的合成以及医用基材表面接枝聚合物
(来源:ACS Applied Materials & Interfaces)
本研究中,为了获得微生物难以产生耐药性、同时具有高效抗菌活性以及良好生物相容性的生物医用材料表面,研究人员合成了一系列巯基封端的具有不同亲水性/氨基阳离子亚基和疏水性亚基比例的HDPs模拟物。研究人员将这些β-多肽聚合物接枝于经等离子体活化以及溴化试剂处理过的聚氨酯表面,制备出β-多肽聚合物修饰的生物医用材料抗菌表面;对革兰氏阳性菌以及革兰氏阴性菌表面抗菌活性测试表明可有效杀死接触的细菌(图2)。溶血活性测试、血红细胞形貌表征、哺乳动物细胞毒性测试、体内皮下植入组织学HE染色(图3C)等相容性测试表明,经修饰的抗菌生物医用材料表面具有良好的生物相容性。
图2. β-多肽聚合物修饰的聚氨酯表面抗菌活性。A)E. coli, B)PAO1, C)MRSA和D)S. epidermidis
(来源:ACS Applied Materials & Interfaces)
为进一步探究β-多肽聚合物抗菌表面在体内微环境下的抗菌活性,研究人员将抗菌表面通过皮下植入进行体内抗菌活性测试(图3A),β-多肽聚合物抗菌表面相对于医用聚氨酯表面可降低2.1-3.4 log值的菌落数(>99%杀菌率,图3B),表明其具有较好的体内抗菌活性。
图3. 皮下植入体内抗菌活性测试。A)皮下植入示意图,B)Day 1, Day 3, Day 11体内抗菌活性,C)Day 1, Day 3, Day 11体内皮下植入组织学HE染色
(来源:ACS Applied Materials & Interfaces)
华东理工大学硕士研究生齐凡,博士研究生钱宇芯是该成果的共同第一作者和主要完成人,刘润辉教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。
论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b02915