Titelbild
Холодная плазма в электротехнической промышленности

Холодная плазма в электротехнической промышленности — новое портативное устройство для производства холодной плазмы piezobrush® PZ3 

Будь то склеивание или маркировка пластиковых компонентов, процессы присоединения проводов к металлическим контактным площадкам (Wire-Bonding) или производство устройств хранения энергии: во многих областях электротехнической промышленности адгезия играет решающее значение для качества продукта и стабильности процесса. Чтобы оптимально подготовить поверхности различных материалов для процессов адгезии, в электротехнической промышленности все чаще используют плазму. Эта технология позволяет избирательно обрабатывать функциональные поверхности пластмасс, металлов или композитов с целью улучшения качества последующих процессов. В то время как обычные плазменные системы атмосферного давления должны быть постоянно интегрированы в системы с соответствующими устройствами подачи газа, всасывания и безопасности, портативное ручное устройство для производства холодной плазмы piezobrush® PZ3 предлагает возможность несложной ручной оптимизации поверхностей.

Улучшенные процессы адгезии в деталях корпуса

В качестве материалов для корпусов электронных узлов и устройств используется широкий спектр материалов и их комбинаций, например алюминий, стандартные пластмассы, такие как ABS, PC, PA или PP, а также композиты, армированные волокном. Помимо создания функционального интерфейса и, для конечного потребителя, привлекательного внешнего вида, корпус в первую очередь служит для защиты электроники от внешних воздействий и загрязнений. Соответственно, стабильная склейка корпусов корпуса имеет первостепенное значение для качества всего продукта. Поверхности обычно используемых материалов корпуса часто отталкивают грязь и влагу, а также клеи, печатные краски или лаки. Во многих случаях это приводит к недостаточной прочности сцепления корпуса с наклейками или ухудшению качества маркировки и элементов дизайна. Эти проблемы в первую очередь связаны с недостаточной смачиваемостью используемых материалов. Обработка поверхностей холодной плазмой атмосферного давления позволяет целенаправленно улучшить смачиваемость. Её можно оценить, проанализировав угол смачивания между испытательной жидкостью, например водой, и пластиковой поверхностью: чем меньше угол смачивания, тем более плоская капля и выше удобство использования (см. Рис.).

Хорошая смачиваемость — необходимый критерий для оптимизации постпроцессов, таких как склеивание. Благодаря компактной и недорогой технологии Piezo Direct Discharge (PDD) Technologie®, реализованной в портативном устройстве piezobrush® PZ3, стартапы и небольшие компании теперь могут также улучшить поверхностные свойства деталей корпуса с помощью плазмы. Оно используется, например, компаней Animal Care Technologies GmbH для надежного соединения двух половин корпуса специально разработанного Colicheck. Colicheck надевается на ногу лошади в качестве манжеты для отслеживания состояния здоровья лошади, а также для выявления ранних симптомов колик и для сообщения о них. Как и манжета для ног, корпус Colicheck должен быть очень прочным и качественно склеенным. Благодаря плазменной технологии от relyon Plasma можно получить клеевое соединение корпуса профессионального уровня.

«Только благодаря использованию плазменного генератора piezobrush® мы смогли создать крепкое и надежное адгезионное соединение пластиковых деталей корпуса. Как материал ABS пластиковых оболочек, так и промежуточное кольцо из TPE демонстрируют почти постоянную связь с используемым полимерным клеем благодаря плазменной обработке. Без плазменной обработки устройством piezobrush® было бы невозможно обеспечить клеевое соединение, соответствующее нашим стандартам качества», — говорит Дорис Хоффманн (Doris Hoffmann) из Animal Care Technologies GmbH.

Технология холодной плазмы

Привычные индустриальные плазменные системы часто работают при низком давлении и, соответственно, спроектированы как камеры, которые загружаются обрабатываемыми объектами, откачиваются и наполняются воздухом после плазменной обработки. В качестве альтернативы существуют также технические решения для плазменной обработки при атмосферном давлении, которые, однако, требуют усилий по интеграции, таких как установка устройств принудительного отвода газообразныз продуктов и осуществление контроля процесса для предотвращения чрезмерной обработки или температурного повреждения материалов подложки, таких как пластик. Кроме того, прямой контакт с плазменным пламенем может поставить под угрозу здоровье оператора.

Ручной плазменный прибор piezobrush® PZ3 очень прост в использовании. Плазменный разряд, создаваемый посредством PDD Technologie®, не вызывает значительных тепловых потерь и поэтому требует лишь 18 Вт. Это делает piezobrush® безопасным для оператора, а также для чувствительных к температуре материалов, таких как тонкие пластиковые пленки. С точки зрения затрат на приобретение, piezobrush® также представляет собой значительно меньшее количество препятствий, чем традиционные системы, и поэтому также подходит для стартапов или малых серий.

Причиной компактности и эффективности piezobrush® PZ3 являются его сменные модули: сердце piezobrush® PZ3 — пьезоэлектрический плазменный генератор CeraPlas от TDK. Модуль длиной около 7 см увеличивает с высокой эффективностью небольшое входное напряжение на несколько порядков, так что холодная плазма может зажигаться в комнатных условиях без добавления специальных газов. Произведенная плазма не превышает температуры в 50° C и представляет собой смесь высокореактивных ионов, радикалов и нейтральных частиц. В частности, реагенты на основе кислорода особенно эффективны для функционализации пластмасс. В случае гидрофобных пластиков эти формы кислорода откладываются на молекулах поверхности в виде полярных концевых групп (обработка происходит модулем «Standard»). Они действуют как функциональные «якоря», которые могут образовывать прочные связи, например, с клеями или чернилами (см. Рис.).

Тонкая очистка металлов или полупроводников также возможна с помощью piezobrush PZ3. Однако, это возможно только при использовании модуля «Nearfield» для проводящих подложек. Так BlickfeldGmbH использует piezobrush® для гибкого и простого изменения свойств поверхности различных материалов, таких как полупроводниковые компоненты, которые оптимизируются для последующих процессов. Компания разработала собственную LiDAR технологию, основанную на запатентованных кремниевых зеркалах MEMS, а также на коммерчески доступных компонентах.

Оптимизация процесса в технологии соединений  

Технология холодной плазмы piezobrush® PZ3 может улучшить процессы не только для корпусов и компонент. Портативное устройство также используется в технике соединений. Изолирующая оболочка кабелей, например, вызывает проблемы не только во время сборки, но и во время маркировки. Здесь используются самые разные пластмассы, поверхности которых обладают отталкивающим действием на клеи или печатные краски. Типичными материалами являются, например, PE, PVC, PC, PTFE (Teflon®) или PI (Kapton®). В таких процессах, как склеивание, заливка или формование соединителей, могут возникнуть проблемы с адгезией, которые станут заметными только при воздействии температуры или переменных нагрузок. Эти проблемы могут возникать как со стороны оболочки кабеля, так и со стороны материала штекера, и их можно минимизировать путем предварительной плазменной обработки соответствующих поверхностей. 

Также при маркировке оболочки кабеля, например струйной печатью, нанесенные изображения могут обладать низкой стойкостью, и маркировка может стереться при намотке кабелей. Пример печати на подложке из PTFE показывает, что даже на этом высокоотталкивающем материале стандартные чернила для струйной печати намного лучше прилипают к обработанной плазмой стороне испытательного образца (см. Рис.).

Adhesion test of inkjet printing on untreated and plasma-treated PTFE

Предварительная обработка смачиваемой поверхности с помощью piezobrush® может привести к значительному увеличению адгезии не только для жидких связующих веществ, таких как клеи или чернила. Что касается соединения проводов, фирма TPT Wire Bonder GmbH & Co. KG смогла более чем вдвое увеличить значение силы сдвига при соединении проводов на контактных поверхностях батарей, обработав их с помощью piezobrush® и соответствующего модуля «Nearfield»  (см. Рис.).

Плазменные производственные процессы для хранения энергии

Помимо улучшенного контакта батарей, некоторые другие процессы также могут быть оптимизированы холодной плазмой атмосферного давления при производстве иных устройств хранения энергии. Например, плазменная технология помогает улучшить смачивание биполярных пластин жидкими электролитами, такими как те, которые используются в топливных элементах. По сути, ручное устройство piezobrush® PZ3 можно использовать для выборочного изменения смачивающих свойств поверхностей. Во внутренней области топливных элементов все еще существует большой потенциал для исследований, особенно для систем накопления энергии с жидкими электролитами. Что касается внешнего части топливных элементов, снова важно качество корпуса: оно должно соответствовать самым высоким стандартам с точки зрения прочности и герметичности, а это требование может быть легко выполнено с помощью технологии холодной плазмы.

Резюме

Из представленного списка приложений piezobrush® PZ3 для плазменной обработки в электротехнической промышленности становится очевидным весь спектр возможных применений для компактной технологии холодной плазмы: от таких процессов, как склеивание или печать на стандартных, но также и специальных материалах, до применений в сварке проводов и научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, например, в области хранения энергии. Простое управление и интуитивно понятное управление делают piezobrush® PZ3 идеальным инструментом для обработки плазмой в областях от прототипирования до производства небольших серий.

контакт
close slider

    Онлайн поиск" "Социальные сети?

    Для того, чтобы иметь возможность обработать Ваш запрос, пожалуйста, дайте Ваше согласие на хранение Ваших данных. Вы можете в любое время возразить против Вашего согласия.

    Защита от спама - пожалуйста, введите результат: