Development of an Evaluation Program for Low Pressure Plasma Processes

Abstract

Plasmas can be seen in many daily applications such as televisions and light bulbs, they can also be used for the modification of various surfaces. Recent researches in plasma application to surface modification are being developed at Institutfür Kunststoffverarbeitung (IKV)1– Aachen to increase the coating barrier and the surface properties of polymers using plasma. The coating barrier of polymers is been studied to inhibit the interaction between the inside with the outside of a PET bottle. With this inhibition the PET bottle can store other kinds of liquids without losing taste and increasing the expiration date. This study is made due the fact that PET bottles are cheaper and easier to be recycled. It is known that the control of plasma process is really important because a small variation in an internal parameter can compromise the whole process. To procedure with the evaluation it is important to know the behavior of the intensity during the time of each gas, this is important because when plasma is generate by a gas it is not a hundred percent pure, so a lot of other gases are mixed due to different reasons. To guarantee the control of the process a lot of equipments were used, among them the Optical Emission Spectroscopy (OES), which is a sensor that allow one to obtain information about plasma composition. This sensor gives a lot of data and information, and it is required to extract only the important and useful information, In order to accomplish such goal, a computer program was developed to make this data available into a decent and easy format. This project developed a computer program with a friendly interface to show the sensor data in a graphical format and to allow interaction with a SQL based database which is stored at the IKV server. It is important to have this interaction with the database because it stores process parameters and the final user can chose the suitable evaluation by checking those parameters into the database. The computer program developed in this work makes it possible to analyze the plasma that was generated and evaluate the accuracy and quality of the low pressure plasma plants.

Tecnologia de processamento de plasma é uma atividade de extrema importância para indústrias de manufatura de todo mundo, especialmente quando se trata da indústria de polímeros ou plásticos. Neste tipo de indústria em específico, plasma é utilizado para refinamento de superfície como criar barreira para gases, melhorar a adesão e aumentar a resistência contra rachaduras. O instituto de processamento de plásticos (IKV),no qual esse projeto foi desenvolvido, trabalha com pesquisa nessas três áreas de aplicação dos processos de plasma na indústria de plásticos, contando com vários equipamentos, dentre os principais encontram-se câmaras de plasma de baixa pressão para gerar o plasma para utilização na pesquisa e o Optical Emission Spectroscopy2,(OES) que é um sensor não invasivo utilizado para colher informações sobre a composição do plasma. É possível modificar a superfície do material dependendo do gás precursor utilizado em conjunto com o controle do processo. Tal técnica é de extrema importância em aplicações como a criação de barreiras em embalagens plásticas, para impedir a troca de gases entre o meio interno e externo mantendo sabor e aumentando a data de validade, e a melhoria de superfícies aumentando a adesão de superfícies ou diminuindo a adesão, de água, por exemplo, em superfícies plásticas para as mais diversas aplicações. Qualquer pequena variação num parâmetro interno pode causar grandes mudanças no desempenho do plasma. Assim é importante e necessário monitorar os parâmetros do plasma e seu comportamento para garantir que as propriedades desejadas sejam mantidas. Para efetuar o controle de qualquer processo, a primeira coisa que se deve fazer é monitorar as variáveis controláveis e garantir que elas se comportem da maneira que se espera atuando no processo. Esse monitoramento, ou melhor, medição de variáveis é feito através do sensor OES, porém este é um sensor muito complexo que gera muitas informações. Então se faz necessário filtrar essas informações e representá-las de uma forma de fácil visualização e análise. Por exemplo, para avaliar a qualidade e exatidão do plasma gerado é importante saber o comportamento da intensidade de cada gás durante o tempo durante a geração. Isto é importante devido ao fato da geração de plasma ser feita a partir de um gás e durante o processo uma mistura de gases pode entrar na câmara pelas mais diversas razões. Por isso é necessário analisar se esses valores de intensidade dos gases estão dentro dos padrões estabelecidos. Em posse dos dados obtidos e gerados pelo OES, um programa para avaliar processos de plasma de baixa pressão foi desenvolvido utilizando a plataforma LabView, avaliando a composição do plasma gerado pelas câmaras de baixa pressão, extraindo somente as informações úteis para a análise e representando esses dados de uma forma gráfica e visual. Esta idéia de extrair os dados do OES para avaliar os processos de baixa pressão já existia em dois mil e dez quando um programa de Matlab foi desenvolvido para fazer essa representação gráfica da composição do plasma gerado. A principal diferença entre o programa desenvolvido em 2010 e este que será apresentado neste projeto é o fato do segundo interagir e exportar dados para uma base de dados. Isso possibilita escolher o processo a ser avaliada a partir de alguns parâmetros tais como, a máquina que de plasma, a data de medição ou até mesmo a ferramenta de medição via OES. O projeto descrito neste documento desenvolveu um programa computacional de manipulação e disponibilização de dados. A partir da interface gráfica deste programa podem-se extrair dos arquivos de texto gerados pelo sensor OES as variáveis e parâmetros úteis. A partir desses dados é possível gerar gráficos e tabela se exportá-los para o Excel e para um banco de dados baseado em SQL. A variável mais importante extraída dos arquivos é o comportamento da intensidade do comprimento de onda dos gases ao longo do tempo. O OES ao efetuar sua medição gera vários arquivos de texto, e cada um deles armazena o valor da intensidade para um determinado comprimento de onda, cada arquivo de texto representa um instante de tempo na medição. Os parâmetros possíveis de serem extraídos dos arquivos de medição são a máquina em que o plasma foi gerado, a data que a medição foi efetuada, e a conexão de entrada da ferramenta de medição que afeta diretamente a precisão da medição. Com o programa computacional desenvolvido neste projeto, o usuário terá à sua disposição uma ferramenta de auxílio para o monitoramento e controle dos processos de plasma de baixa pressão, avaliando a sua precisão e qualidade a partir do comportamento da intensidade dos gases, identificados pelos seus comprimentos de onda, ao longo do tempo.