Управление процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в плазме высокочастотного разряда

• Автор: Ковальчук, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Диагностика характеристик плазмы высокочастотного емкостного разряда

2.2 Плазмохимический реактор для модифицирования поверхности полимерных материалов как объект управления
3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАГРЕВА ГАЗА И ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА В ПЛАЗМЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА
3.1 Математическая модель нагрева газа и материала в процессе плазменного модифицирования поверхности полимерных • '
пленок

3.2 Распределение температуры в плазме высокочастотного емкостного разряда

3.3 Влияние температуры на стабильность свойств поверхности модифицируемых в плазме полимерных пленок
4 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРОВ В ПЛАЗМЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА
4.1 Способ управления процессом модифицирования поверхности полимеров в плазме высокочастотного разряда
4.2 Разработка автоматизированных систем управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в плазме высокочастотного разряда

4.3 Эффективность применения АСУ в процессе плазменного
модифицирования поверхности полимерных материалов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Исследование плазмохимического реактора как объекта управления и проверка адекватности математической
модели реальному процессу
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Сведения о практической реализации
результатов диссертации
■ ' I
ВВЕДЕНИЕ
Многие производственные задачи предъявляют к материалам разнообразные требования, часто несовместимые друг с другом. К таковым относится соотношение объемных и поверхностных свойств. Рациональный путь решения проблемы в современных условиях заключается не в разработке нового материала, удовлетворяющего одновременно требуемым поверхностным и объемным свойствам, а в модифицировании поверхностных свойств материала при условии сохранения необходимых его объемных свойств.
Полимерные синтетические материалы, как правило, обладают превосходными объемными свойствами при совершенно неудовлетворительных с технологической и потребительской точки зрения поверхностных свойствах [1]. Для модифицирования поверхности полимеров применяются химические методы изменения состава поверхностного слоя (травление, осаждение нового слоя из газовой или жидкой фазы), а также физический метод обработки газоразрядной плазмой.
Полимерные пленки и волокна характеризуются низкими значениями поверхностной энергии, плохо смачиваются растворителями, практически не склеиваются, обладают низкой адгезией к напыленным слоям металлов. Обработка в плазме пониженного давления, отличающейся невысокой температурой газа, позволяет в широких пределах изменять свойства поверхности полимеров и тем самым значительно расширить сферу их применения. В [1] отмечается, что важнейшей особенностью «холодной» неравновесной плазмы является значительный отрыв средней энергии электронов от энергии тяжелых частиц, вследствие чего эффективное образование различных активных частиц приводит к очень высокой химической активности газа, подвергнутого действию плазмы, при

метод зондирования ВЧЕ разряда постоянным электрическим током позволяет однозначно распознать режим горения разряда (а или у) и определять интегральные характеристики приэлектродных слоев пространственного заряда 4 и Ра. Однако, этот метод предполагает определение рассеиваемой в разряде мощности Ра калометрическим способом. В таком случае, т.е. если Ра известно и измерен ток разряда 1й, нетрудно найти СА и ^и без использования каких-либо дополнительных методик. Действительно:
Учитывая, что схема разрядного промежутка представляет собой последовательную цепь из С& и Рр, эквивалентная емкость Са и толщина приэлектродного слоя 4 находятся из выражений:
Здесь г - полное сопротивление разрядного промежутка, е0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость газа, 5 - площадь электрода.
Определение мощности разряда калометрическим способом (по температуре электродов или по температуре охлаждающей электроды воды) весьма трудоемко в экспериментальном отношении. Кроме того, при размещении в разрядном промежутке модифицируемого образца материала мощность, рассеиваемая электродами Рэл, представляет собой только часть общей мощности разряда Ра.
где Р0бр ~ мощность, рассеиваемая образцом; Рг - мощность, рассеиваемая газом в объеме реактора.
Ра = 1а Яр,
(1.8)
откуда
(1.9)
(1.10)
где хй =
(О Сд
(1-11)