專利名稱：流體產(chǎn)品的分配設(shè)備的彈性體表面的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體產(chǎn)品的分配設(shè)備的彈性體表面的處理方法。
背景技術(shù)：
流體產(chǎn)品的分配設(shè)備是公知的。它們通常包含儲槽、分配元件例如泵或閥，以及配備有分配孔的分配頭。彈性體部件例如墊圈具有某些缺點，特別是在制造和組裝階段。因而，為了避免可能阻塞制造和/或組裝線的粘合，必須將墊圈用滑石粉處理、洗滌并干燥。這些過程使得所涉及的分配設(shè)備的生產(chǎn)和組裝復(fù)雜化。類似的問題可發(fā)生于其它彈性體部件，例如泵活塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出彈性體表面、特別是墊圈的處理方法，該方法克服上述缺點。特別是，本發(fā)明旨在提供彈性體表面的處理方法，該方法是有效、持久、無污染且實施起來簡單的。特別是，本發(fā)明提供通過多電荷且多能量的離子處理彈性體聚合物部件的方法，所述離子屬于由氦(He)、氮( N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)構(gòu)成的組，該聚合物部件形成流體分配設(shè)備的一部分，特別是用于藥物的。大部分市售聚合物不傳導(dǎo)電流。它們的表面電阻率在IO15至1017Ω/ □之間。然而，由于多種原因，可能需要導(dǎo)電性，這些原因包括:-抗靜電效應(yīng):持續(xù)幾周或幾個月的表面電阻率降低會是足夠的。-靜電荷的耗散:這通過耗散材料和導(dǎo)體實現(xiàn)，它們防止放電并將高速移動導(dǎo)致的電荷耗散掉。-電磁屏蔽:需要具有很低的體積電阻率(<lohm.cm)的材料。必須符合標(biāo)準(zhǔn)以限制來自所制造的產(chǎn)品的電磁輻射?？梢酝ㄟ^多種途徑獲得導(dǎo)電性:-非永久性的添加劑，例如脂肪胺酯或季胺。納入到聚合物基體中的這些物質(zhì)遷移至表面并與空氣中的濕氣反應(yīng)。它們通過在表面形成潮濕膜而將表面電阻率降低至約1014Ω / 口。-永久性降低表面電阻率和體積電阻率的填料。特別是，它們?yōu)樘己?、碳纖維、石墨、不銹鋼纖維、鋁屑、碳納米管。當(dāng)僅僅需要表面抗靜電或靜電荷耗散電性能時，這些填料過度提高聚合物制造成本。-本身導(dǎo)電的聚合物。它們既昂貴又對使用條件敏感。熱和濕氣快速地使它們的電性能劣化。附著是聚合物的顯著現(xiàn)象，它表現(xiàn)為例如活性產(chǎn)品在表面上的粘附。該附著源于非常高的表面電阻率誘導(dǎo)的靜電力以及位于聚合物表面的分子的極性所產(chǎn)生的范德華力的貢獻(xiàn)。
除了粘著問題，聚合物部件經(jīng)常需要在或大或小的侵蝕性的化學(xué)介質(zhì)中、在環(huán)境濕度中、在環(huán)境氧氣中等等條件下工作，這可通過氧化導(dǎo)致它們的電絕緣性的提高。某些聚合物用防護(hù)UV、氧化的化學(xué)試劑填充。這些化學(xué)試劑向外側(cè)的排出具有加速表面氧化的作用，這又強化了聚合物的絕緣性。本發(fā)明旨在降低上述缺點，特別是顯著降低彈性體聚合物實心部件的表面電阻率，同時保持其本體彈性性能并防止使用對健康有害的化學(xué)試劑。因而，本發(fā)明尤其提供用氦離子處理彈性體聚合物實心部件的至少一個表面的方法，其特征在于將多能量離子X+和X2+同時植入，其中比率RX小于或等于100，例如小于20，其中RX=X+/X2+，其中X屬于氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)構(gòu)成的名單，X+和X2+以原子百分比表示。做為例子，發(fā)明人已能夠證明，與其中僅僅植入He+或He2+離子的已知處理相比，He+和He2+離子的同時存在能夠非常顯著地改善彈性體聚合物的表面抗靜電性能。他們已能夠證明，對于小于或等于100、例如小于或等于20的RHe，獲得顯著改善。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明可降低彈性體聚合物實心部件的表面電阻率和/或消除灰塵或其它的附著，甚至通過去除高度極化的化學(xué)基團(tuán)例如OH、COOH而降低表面極化。這些官能團(tuán)可誘導(dǎo)范德華力，它具有將環(huán)境中的化學(xué)分子結(jié)合至聚合物表面的作用。本發(fā)明還可提高聚合物的化學(xué)穩(wěn)定性，例如通過形成滲透屏障。這可以減慢環(huán)境氧在聚合物中的傳播，和/或延緩聚合物中所含的化學(xué)防護(hù)劑的向外擴(kuò)散，和/或抑制聚合物中所含的毒性試劑向外的析出。有利地，本發(fā)明可以用于省略化學(xué)試劑或填料的添加并將它們用物理方法代替，所述物理方法適用于任何類型的聚合物并且在材料和能量的消耗方面成本較低。在本發(fā)明范圍內(nèi)，術(shù)語“實心”指的是通過材料塊的機(jī)械或物理變形，例如通過擠出、模塑或者適合將聚合物塊變形的任何其它技術(shù)，所生產(chǎn)的聚合物部件。由于本發(fā)明的方法，可以處理大得多的深度，這代表了高的化學(xué)穩(wěn)定性，表現(xiàn)為表面電學(xué)性能(抗靜電、靜電荷耗散)的非常長時間的保持。已證明處理時間就工業(yè)要求而言不長。此外，該方法是低能量、低成本的，并且可以在沒有任何環(huán)境影響的情況下用于工業(yè)領(lǐng)域中。彈性體聚合物部件的處理通過同時植入多能量、多電荷離子進(jìn)行。這些離子特別是使用單一提取電壓提取電子回旋加速器共振離子源(RCE源)的等離子室中形成的單電荷離子和多電荷離子而獲得的。通過所述源產(chǎn)生的每種離子具有與其電荷狀態(tài)成比例的能量。由此得出具有最高的電荷狀態(tài)因而具有最高的能量的離子以最大的深度植入聚合物部件中。用RCE源的植入是快速且廉價的，因為它不需要離子源的高提取電壓。實際上，為了提高離子的植入能量，在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)選的是提高其電荷狀態(tài)而不是提高其提取電壓。應(yīng)當(dāng)指出，常規(guī)的源，例如尤 其是通過等離子體浸沒或細(xì)絲植入器植入離子的源，不能獲得適于同時植入多能量離子X+和X2+的離子束，其中比率RX小于或等于100。相反，使用這樣的源，它通常大于或等于1000。發(fā)明人已能夠證明，該方法可以用于在不改變彈性體聚合物部件的本體彈性性能的情況下對彈性體聚合物部件進(jìn)行表面處理。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，該源是電子回旋加速器共振源，它產(chǎn)生在小于50°C的溫度下植入部件中的多能量離子，并且植入束的離子的植入以受到源的提取電壓控制的深度同時進(jìn)行。不希望受限于特別的科學(xué)理論，可以認(rèn)為在本發(fā)明的方法中，當(dāng)離子通過時，它們激發(fā)了聚合物的電子，導(dǎo)致共價鍵斷裂，該共價鍵立即重組以通過稱為交聯(lián)的機(jī)理得到主要由碳原子構(gòu)成的高密度的共價化學(xué)鍵。較輕的元素例如氫和氧在脫氣過程中從聚合物排出。向富碳共價鍵的該稠化作用具有如下效應(yīng):提高表面電導(dǎo)率，并減少甚至去除做為范德華力來源的表面極性基團(tuán)，該范德華力是附著的來源。離子越輕，交聯(lián)過程越有效。因而氦是優(yōu)選的有利拋射體，因為:-它與共價鍵的電子的速度相比非?？?，因而它在激發(fā)這些電子方面非常有效，所述電子因而沒有時間改變它們的軌道，-它穿透微米級的大深度，-它沒有危險性，-作為稀有氣體，它不影響聚合物的化學(xué)組成?？梢钥紤]容易使用的、沒有任何健康風(fēng)險的其它類型的離子，例如氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、lS(A;r)、氪(Kr)、氣(Xe)。根據(jù)本發(fā)明方法的不同的優(yōu)選實施方案，它們可以彼此結(jié)合。一種優(yōu)選的實施方案在于例如將下列所述組合:-比率RHe大于或等于 1，其中RHe=He+/He2+，其中He+和He2+以原子百分比表示；-可植入多能量離子He+和He2+的源的提取電壓在10至400kV之間，例如大于或等于20kV和/或小于或等于IOOkV ；-多能量離子He+和He2+的劑量在5X IO14至IO18離子/cm2之間，例如大于或等于IO15離子/cm2和/或小于或等于5 X IO17離子/cm2，甚至大于或等于5 X IO15離子/cm2和/或小于或等于IO17離子/cm2 ；-在預(yù)先步驟中，確定實心聚合物部件表面的特征性能的演化隨著多能量離子He+和He2+劑量的變化，例如做為待處理部件的代表的聚合物材料的聚合物的表面電阻率，以確定離子劑量的范圍，在該范圍內(nèi)所選擇的特征性能的變化是有利的，并且以不同的方式在形成所述離子劑量范圍的三個相繼的離子劑量區(qū)域中演化，在第一區(qū)域中的演化是基本上線性的，并且在小于一個月的期間是可逆的，在第二區(qū)域中的演化是基本上線性的，并且在超過一個月的期間是穩(wěn)定的，最后在第三區(qū)域中的演化是恒定的，并且在超過一個月的期間是穩(wěn)定的，并且其中選擇第三離子劑量區(qū)域中的多能量離子He+和He2+的劑量以處理實心聚合物部件；術(shù)語可逆的演化(第一區(qū)域)指的是電阻率降低然后再次升高至其原始值。該現(xiàn)象是由于自由基在植入后的耐久性，它與環(huán)境空氣中的氧復(fù)合，從而導(dǎo)致表面電阻率的提聞。-調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得待處理的聚合物部件表面的表面處理速度在0.5cm2/s至1000cm2/s之間,例如大于或等于lcm2/s和/或小于或等于IOOcm2/s ；-調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得植入的氦劑量在5 X IO14至IO18離子/cm2之間，例如大于或等于5 X IO15離子/cm2和/或小于或等于IO17離子 /cm2 ;-調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得氦在經(jīng)處理的聚合物部件表面上的滲入深度在0.05至3 μ m之間，例如大于或等于0.1 μ m和/或小于或等于2 μ m ；-調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得處理過程中聚合物部件的表面溫度小于或等于100°c，例如小于或等于50°C ；-待處理部件為例如異型條，并且所述部件在處理設(shè)備中以例如5m/min至IOOm/min的速度行進(jìn)；例如，該待處理部件為縱向行進(jìn)的異型條；-通過由多個離子源產(chǎn)生的多個多能量He+和He2+離子束，將氦從待處理的部件的表面起植入；例如，離子源沿著待處理的部件的移動方向設(shè)置；優(yōu)選地，將這些源間隔開以使得兩個離子束之間的距離足以允許部件在各個相繼的離子植入之間冷卻；所述源產(chǎn)生的離子束的直徑適于待處理的軌跡的寬度。例如，通過將束的直徑降至5mm，可以在源和處理室之間安置非常有效的差示真空系統(tǒng)，這可以在10_2mbar下處理聚合物，而源提取系統(tǒng)的真空為10 6mbar ；本發(fā)明還涉及部件，其中氦植入的厚度大于或等于50nm，例如大于或等于200nm，并且其表面電阻率P小于或等于IO14 Ω/ □，例如小于或等于IO9 Ω/ □，甚至小于或等于105Ω / 口。對于表面率的測量，參見IEC標(biāo)準(zhǔn)60093。因而，本發(fā)明提供流體產(chǎn)品分配設(shè)備的彈性體表面的處理方法，所述方法包括用多電荷且多能量的 離子束通過離子植入對所述設(shè)備的待處理的至少一個彈性體表面進(jìn)行改性的步驟，改性的所述彈性體表面限制制造和/或組裝過程中彈性體表面的粘附，所述多電荷離子選自氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)，離子植入進(jìn)行至O至3μπι的深度。 有利的實施方案記載于從屬權(quán)利要求中。特別是，所述方法包括用離子處理彈性體聚合物實心部件的至少一個表面的方法，所述方法包含用多能量離子X+和X2+構(gòu)成的離子束的離子轟擊，其中X是選自氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)的離子的原子符號，其中RX=X+/X2+小于或等于100，例如小于20，X+和X2+以原子百分比表示，其中在預(yù)先步驟中確定束的移動速度，在該步驟中確定不導(dǎo)致聚合物熱降解的束的最小移動速度，所述熱降解由壓力提高10 5mbar 表明。


本發(fā)明的這些以及其它特征和優(yōu)點將在以下詳細(xì)說明中變得更加清楚，這些說明尤其通過參照作為非限制性實例給出的附圖來進(jìn)行，其中:圖1示出根據(jù)本發(fā)明的氦植入在聚碳酸酯中的分布的實例；圖2示出描述材料的靜電性能的不同標(biāo)準(zhǔn)的尺度；圖3示出對于多種氦劑量，根據(jù)本發(fā)明處理的聚碳酸酯樣品表面的表面電阻率隨時間的變化；表面電阻率根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093使用電極測量，所述電極由被內(nèi)徑為D的環(huán)圍繞的直徑為d的盤構(gòu)成，其中D大于d ；
圖4示出對于三種離子He、N和Ar，根據(jù)多種劑量，根據(jù)本發(fā)明處理的聚碳酸酯樣品表面的表面電阻率隨時間的變化；表面電阻率根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093測量；并且圖5示出對于多種氮劑量但是根據(jù)兩種束移動速度，根據(jù)本發(fā)明處理的聚碳酸酯樣品表面的表面電阻率隨時間的變化。表面電阻率根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093測量。
具體實施例方式特別是，本發(fā)明考慮使用與文獻(xiàn)W02005/085491中所述的類似的方法，它涉及離子植入方法，更具體地說涉及使用多電荷多能量離子束，以便在約I微米的深度對金屬材料的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，以為它們提供特定的物理性能。該植植入方法已特別用于處理由鋁合金生產(chǎn)的部件，該部件用作塑料部件的大規(guī)模生產(chǎn)的模具。令人驚訝地，已證明這種類型的方法適合用于避免彈性體表面彼此粘附，特別是在流體產(chǎn)品分配設(shè)備的墊圈的制造過程中。離子植入方法的該應(yīng)用此前從來沒有被考慮過。它避免了流體產(chǎn)品分配設(shè)備墊圈的制造和組裝過程中通常所需的用滑石的操作。因而，文獻(xiàn)W02005/085491的描述通過弓I用全部納入本說明書中。彈性體表面優(yōu)選是用于分配藥物的分配設(shè)備的項墊圈或閥墊圈。該墊圈可以由任何合適的彈性體材料制成，例如乙烯-丙烯三元共聚物彈性體(EPDM)、氯丁橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠(HNBR)等。 簡單地說，該方法在于使用一種或多種離子源，例如電子回旋加速器共振源，稱為RCE源。該RCE源可以遞送初始的多能量離子束，例如在可處于20kV至200kV范圍內(nèi)的提取電壓下約IOmA (所有的電荷一起)的總電流。RCE源在調(diào)整裝置的方向上發(fā)射離子束，該裝置將RCE源發(fā)射的初始束聚焦并調(diào)整成植入粒子束，該粒子束沖擊待處理的部件。根據(jù)應(yīng)用和待處理的材料，離子可以選自氦、硼、碳、氮、氧、氖、氬、氪、氙。類似地，待處理的部件的最大溫度隨著其種類變化。典型的植入深度在Ομπι至3μπι范圍內(nèi)，并且不僅取決于待處理的表面，還取決于待改善的性能。RCE離子源的特殊性主要在于它遞送單電荷和多電荷離子，這意味著多能量離子可以使用相同的提取電壓同時植入。因而可以同時在經(jīng)處理的整個厚度上獲得合適地分布的植入輪廓。這改善表面處理的質(zhì)量。有利地，該方法在通過真空泵排空的腔室中進(jìn)行。該真空用于防止殘余氣體對離子束的攔截，并防止植入過程中所述相同的氣體對部件表面的污染。有利地，并且特別是如文獻(xiàn)W02005/085491中所述，從RCE源至待處理的部件，上述調(diào)整裝置包含下列元件:-質(zhì)譜儀，它可以根據(jù)離子的電荷及其質(zhì)量過濾離子。然而，如果注入純氣體，例如純的氮氣(Ν2)，則這樣的譜儀是任選的。因而，可以回收源所產(chǎn)生的所有單電荷和多電荷離子以獲得多能量離子束；-一個或多個透鏡，以提供具有預(yù)定形狀的離子束，例如具有預(yù)定半徑的圓柱形；-斷面儀(profileur)，以在第一植入的過程中在垂直截平面中分析束的強度；-強度變換器，以在不截斷離子束的情況下連續(xù)地測量離子束的強度。該儀器主要檢測離子束中的任何中斷，并使得可以記錄處理過程中束的強度的變化；-快門，它可以例如是法拉第籠，以在某一時刻中斷離子的軌跡，例如在沒有處理部件的移動過程中。在一種有利的實施方案中，待處理的部件相對于RCE源可移動。該部件可以例如安裝于可移動載體上，該載體在數(shù)字控制機(jī)的控制下使用。待處理部件的移動根據(jù)以下因素計算:束的半徑，待處理區(qū)域的外部和內(nèi)部輪廓，作為束相對于表面的角度的函數(shù)的恒定或可變移動速度，以及已經(jīng)進(jìn)行的道數(shù)。該處理方法的一種可能的實施方案如下。將待處理的部件在腔室中固定于合適的載體上，然后將腔室關(guān)閉，并使用真空泵設(shè)置強烈的真空。一旦達(dá)到真空條件，啟動并調(diào)整離子束。當(dāng)已調(diào)整了所述束，將快門升起并啟動數(shù)字控制機(jī)，該機(jī)器從而在一個或多個道次中在束前面控制待處理的部件的位置和移動速度。當(dāng)達(dá)到所需的道次數(shù)時，將快門落下以切斷束，將束的生產(chǎn)停止，通過將腔室向環(huán)境空氣開啟而打斷真空，在必要時切斷冷卻回路，并將經(jīng)處理的部件從腔室移除。為了降低在待處理部件的給定點與離子束的通過相關(guān)的溫度，或者可以提高束的半徑(以降低每cm2的功率)，或者可以提高移動速度。如果部件太小以至于不能排出與通過照射的處理相關(guān)的熱，那么或者可以降低束的功率(即提高處理周期)，或者開啟冷卻回路。尤其對于彈性 體，有利的是同時植入多能量氦離子He+和He2+。這特別記載于文獻(xiàn)PCT/FR2010/050379中，其通過引用納入本文中，該文獻(xiàn)更特別地涉及車輛的風(fēng)擋刮水器。有利地，比率RHe小于或等于100，例如小于20，并且優(yōu)選地大于1，其中RHe=He+/He2+，其中He+和He2+以原子百分比表示。He+和He2+離子有利地通過一個RCE源同時產(chǎn)生?？梢詫崿F(xiàn)多能量He+和He2+離子的植入的源的提取電壓可以在IOkV至400kV范圍內(nèi)，例如大于或等于20kV和/或小于或等于IOOkV。有利地，多能量He+和He2+離子的劑量在IO14至IO18離子/cm2范圍內(nèi)，例如大于或等于IO15離子/cm2和/或小于或等于IO17離子/cm2，或者大于或等于IO15離子/cm2和/或小于或等于IO16離子/cm2。植入深度有利地在0.05 μ m至3 μ III范圍內(nèi)，例如在0.Ιμ 至2μπ 范圍內(nèi)。彈性體表面在處理過程中的溫度有利地小于100°C，優(yōu)選小于50°C。在本發(fā)明的一種有利的實施方案中，在相同的待處理的彈性體表面中進(jìn)行不同的離子植入，以在待處理的彈性體表面中產(chǎn)生多種性能。因而，該彈性體表面，特別是上述墊圈，可以與流體相互作用，例如通過將可萃取物浸出到所述流體中，并且這可對所述流體具有有害作用。有利地，本發(fā)明可用于通過離子植入改性彈性體表面，以防止彈性體表面和流體之間的相互作用。也可以考慮通過離子植入改性彈性體表面，以向其賦予抗摩擦性能，特別是使得活塞和閥元件更容易在墊圈中移動。也可以考慮其它補充處理，特別是為了改善耐受氧化、磨耗和/或磨損的能力。這些附加的表面處理可以在相繼的離子植入過程中施力口。應(yīng)當(dāng)注意，這些相繼的離子植入可以以任何順序進(jìn)行。在一種變型中，可以在同一個離子植入步驟過程中將多種性能施加于相同的待處理表面。本發(fā)明方法是無污染的，特別是因為它不需要化學(xué)品。它以干法實施，因此它避免與液體處理方法相關(guān)的相對較長的干燥周期。它不需要在真空腔室外側(cè)存在無菌氣氛；因而，它可以在任何地方實施。該方法的一個特別的優(yōu)點是它可以整合到流體產(chǎn)品分配設(shè)備的組裝線中并且在該線中連續(xù)操作。該處理方法在生產(chǎn)工具中的整合簡化并加速了作為整體的制造和組裝過程，因而對其成本具有正面影響。圖1至5示出本發(fā)明的有利實施方案。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明在聚碳酸酯中氦隨著深度的植入分布。下面的說明同樣能夠適用于彈性體聚合物。曲線101對應(yīng)于He+的分布，曲線102對應(yīng)于He2+的分布。可以估計，對于10 eV/A的平均電離能，對于IOOkeV的能量，He2+覆蓋約SOOnm的平均距離。對于4 eV/A的平均電離能，對于50keV的能量，He+覆蓋約500nm的平均距離。離子的電離能與其交聯(lián)能力相關(guān)。當(dāng)(He7He2+)小于或等于100時，可以估計最大處理厚度為IOOOnm即I微米量級。這些估計與通過電子顯微鏡的觀察一致，它已證明了對于在40kV提取的束以及5X1015離子/cm2的劑量和(He+/He2+) =10，觀察到約750nm至850nm的交聯(lián)層。圖2示出描述材料的靜電性能的電阻率值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DOD HDBK263。對于大于IO14 Ω/ □的表面電阻率值(區(qū)域I)，聚合物具有絕緣性能，對于IO14Ω/ □至IO9 Ω/ □范圍內(nèi)的表面電阻率值(區(qū)域A)，具有抗靜電性能。對于105Ω/ □至109Ω/ □范圍內(nèi)的表面電阻率值(區(qū)域D)，表現(xiàn)出靜電荷耗散性能，對于小于105Ω/ □的值(區(qū)域C)，表現(xiàn)出導(dǎo)電性倉泛。圖3 示出對于 IO15 (曲線 1)、2.5X IO15 (曲線 2)、5X IO15 離子 /cm2 (曲線 3)、2.5 X IO16離子/cm2 (曲線4)的不同的氦劑量，在Ηθ+/Ηθ2+=10條件下，聚碳酸酯的表面電阻率隨著時間的實驗變化；提取電壓為約40kV。電阻率測量根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093進(jìn)行。使用的電阻率測量技術(shù)不能測量大于IO15 Ω/ □的電阻率，其相應(yīng)于區(qū)域N ;它在IO15 Ω/ □飽和。橫坐標(biāo)對應(yīng)于處理樣品和測量其表面電阻率之間的時間?？v坐標(biāo)對應(yīng)于表面電阻率的測量，以Ω/□表示。對于小于或等于IO15離子/cm2的劑量可以觀察到一個第一區(qū)域，其中表面電阻率在小于一個月內(nèi)降低約3個數(shù)量級(從1.5Χ1016Ω/ □至5 X IO12 Ω/ □)，然后恢復(fù)其約1.5Χ1016Ω/ □的原始值(曲線I)。在該區(qū)域中，抗靜電性能是短暫的，仍然存在的自由基與環(huán)境空氣中的氧復(fù)合。在第二區(qū)域中，可以看到電阻率隨著劑量降低:在
2.5 X IO15離子/cm2,5 X IO15離子/cm2,2.5 X IO16離子/cm2的范圍，表面電阻率從IO11 Ω / 口降至5 X IO9 Ω / 口，直到它達(dá)到估計為約1.5 X IO8 Ω / 口的飽和平臺?？轨o電性能(曲線2和3)得到強化而變成能夠耗散靜電荷(曲線4)。對于這些劑量，電阻率在超過140天內(nèi)保持恒定。對于2.5 X IO16離子/cm2的劑量，達(dá)到第三區(qū)域，其中電阻率的變化根據(jù)劑量在估計為約IO8 Ω/ □的值飽和，并在超過140天內(nèi)保持恒定。圖4示出對于三種離子He (曲線I)、N (曲線2)和Ar (曲線3)，對于IO15離子/cm2、5X IO15 離子 /cm2 和 2.5X IO16 離子 /cm2 的不同劑量，在(He+/He2+) =10、(N+/N2+) =2 和(Ar+/Ar2+)=1.8條件下，聚碳酸酯(PC)的表面電阻率隨著時間的實驗變化。束直徑為15mm，電流為0.225mA ;提取電壓為約35kV。橫坐標(biāo)表示每單位表面積的離子劑量，以IO15離子/cm2表示?？v坐標(biāo)表示表面電阻率，以Ω / □表示。電阻率測量根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093進(jìn)行。對于相同的劑量，最重的離子在降低表面電阻率方面最有效；用氮處理的PC具有比用氦處理的PC低至少10倍的表面電阻率，用氬處理的PC具有比用氦處理的PC低至少10倍的表面電阻率。發(fā)明人建議使用更重的離子例如氙，以進(jìn)一步降低聚碳酸酯的表面電阻率。圖5示出對于相同類型的離子但是在兩種不同的束移動速度下(80mm/s的移動速度(曲線l)，40mm/s的移動速度(曲線2))，對于IO15離子/cm2、5X1015離子/cm2和2.5X IO16離子/cm2的不同劑量，在(ΝΥΝ2+)= 〗條件下，聚碳酸酯的表面電阻率隨著時間的實驗變化。束直徑為15_，電流為0.150mA ;提取電壓為約35kV。橫坐標(biāo)表示每單位表面積的離子劑量，以IO15離子/cm2表示。縱坐標(biāo)表示面積電阻率，以Ω/□表示。電導(dǎo)率測量根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093進(jìn)行。從這些曲線可以看出，將速度降低至二分之一具有將PC的表面電阻率降低至十分之一的效果。不希望受制于任何特定的科學(xué)理論，可以認(rèn)為通過降低束的速度，PC的表面電阻率提高。該溫度顯著提高自由基彼此之間的復(fù)合，同時促進(jìn)形成無定形碳的致密的導(dǎo)電膜。加熱也具有將離子轟擊引起的斷裂/交聯(lián)機(jī)理所產(chǎn)生的殘余氣體排出的作用。發(fā)明人從該實驗得出，對于用具有已知直徑和功率的束處理過的任何聚合物，存在一個最小束移動速度，該速度導(dǎo)致聚合物表面電阻率的最大降低，同時沒有在所產(chǎn)生的熱的作用下使聚合物降解的風(fēng)險。聚合物的熱降解由明顯的脫氣以及隨后用于RCE源的提取系統(tǒng)中的壓力的提高來表明。該壓力的提高證明其自身處于電擊穿。提取系統(tǒng)起到從RCE源的等離子體提取離子以形成束的作用。它由兩個電極構(gòu)成，第一個接地，第二個在小于5X 10_6mbar、優(yōu)選小于2X 10_6mbar的真空條件下達(dá)到幾十kV的高壓。超過這些壓力則產(chǎn)生電弧。這發(fā)生在聚合物發(fā)生熱降解時。因此應(yīng)當(dāng)非常早地檢測這些壓力升高，通過逐漸降低束移動速度并監(jiān)視提取系統(tǒng)中的壓力變化來進(jìn)行。為了確定該束移動速度，發(fā)明人推薦一種測試步驟，其在于逐漸降低束的速度，同時保持其它特征:-束特征:直徑，功率即強度，以及提取電壓；-動力學(xué)特征:移動幅度，前進(jìn)速率。當(dāng)通過位于提取系統(tǒng)和處理室兩者中的量具測量的壓力上升在幾秒甚至更短的時間內(nèi)突升10_5mbar時，聚合物在熱的作用下發(fā)生熱降解。測試必須立即停止，僅保留在之前的測試中的移動速度。在幾秒甚至更短的時間內(nèi)突升l(T5mbar構(gòu)成聚合物熱降解的標(biāo)
O幾種表征方法可以強調(diào)本發(fā)明的優(yōu)點。在下面的實例中，用通過RCE源同時產(chǎn)生的多能量He+和He2+離子進(jìn)行通過氦離子He+和He2+的植入對實心聚合物部件的至少一個表面的處理。被處理的聚合物特別是:聚丙烯(PP)以及聚甲基丙烯酸酯(PMMA)。使用扔到處理樣品上的小片紙進(jìn)行的涉及抗靜電性能的對比測試可以表明它出現(xiàn)在大于5 X1O_15離子/cm2的情況下。對于這些劑量，當(dāng)這些樣品翻轉(zhuǎn)時，紙片脫離并落下，這在小于5 X 1O_15離子/cm2的劑量下沒有發(fā)生。對于聚丙烯，對于IO15離子/cm2和5 X IO15離子/cm2的劑量，可以根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60093測得IO14 Ω / 口的表面電阻率。對于2 X IO16離子/cm2的劑量，可以測得5 X 1O_11 Ω / 口的電阻率，相當(dāng)于出現(xiàn)這些抗靜電性能。在一種實施方案中，估計從大于5X IO15離子/cm2的劑量起聚合物的表面抗靜電性能顯著改善，對于由9mA He+離子和ImA He2+離子構(gòu)成的氦束,這代表了約15cm2/s的處理速度。根據(jù)待處理部件的要求和形狀，可以將氦離子的同時植入進(jìn)行到不同的深度。這些深度特別取決于植入束的離子的植入能量；例如，對于聚合物，它們可以為0.Ιμπι至約3μπι。對于需要非粘性性能的應(yīng)用，例如小于I微米的厚度就已足夠，例如進(jìn)一步降低處理時長。在一種實施方案中，選擇植入He+和He2+離子的條件，通過將部件保持在小于50°C的處理溫度下而使得聚合物部件保留其本體彈性性能。 對于具有4_直徑的束尤其可獲得該結(jié)果，其提供60微安的總電流，具有40kV的提取電壓，以40mm/s的速度在100_的移動幅度上移動。該束具有20W/cm2的每單位面積功率。當(dāng)使用相同的提取電壓和相同的每單位面積功率，以及更高強度的束同時保留本體彈性性能時，可以得出一個經(jīng)驗法則，它在于以一個比率提聞移動幅度、提聞移動速度并提聞束的直徑，所述比率對應(yīng)于目標(biāo)電流除以60μΑ的商的平方根。做為一個實例,對于6毫安的電流(即100乘以60微安),該束應(yīng)當(dāng)具有40mm的直徑以將每單位面積功率保持在20W/cm2。在這些條件下，速度可以乘以因子10，移動幅度可以乘以因子10，得到40cm/s的速度和Im的移動幅度。通過次數(shù)也可以乘以相同的因子，以在最后得到以離子/cm2表示的相同的處理劑量。在連續(xù)運行時，置于傳動帶路徑上的微加速器的數(shù)目例如也可以乘以相同的因子。也可以看出，通過根據(jù)本發(fā)明的處理，其它表面性能也得到非常顯著的改善；以獲得了使用其它技術(shù)沒有得到的性能。本發(fā)明不限于這些類型的實施方案，并且應(yīng)當(dāng)以非限制性的方式解釋，包括處理任何類型的聚合物。類似地，本發(fā)明的方法不限于使用RCE源，即使可能認(rèn)為其它源將不太有利，本發(fā)明的方法可以使用單離子源或者使用其它多離子源實施，只要配置這些源以便可以同時植入選自氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)的多能量離子。在不偏離附帶的 權(quán)利要求定義的本發(fā)明范圍的情況下，多種改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員也是可能的。
權(quán)利要求
1.體產(chǎn)品分配設(shè)備的彈性體表面的處理方法，其特征在于所述方法包括用多電荷且多能量的離子束通過離子植入對所述設(shè)備的待處理的至少一個彈性體表面進(jìn)行改性的步驟，改性的所述彈性體表面限制制造和/或組裝過程中彈性體表面的粘附，所述多電荷離子選自氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)，離子植入進(jìn)行至O至3μπι的深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述多能量離子用相同的提取電壓同時植入。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項的方法，其中多能量氦離子He+和He2+同時植入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中比率RHe小于或等于100，例如小于20，并且大于1，其中RHe=He+/He2+，He+和He2+以原子百分比表示。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項的方法，其中在處理過程中彈性體表面的溫度小于100°c，優(yōu)選小于50°C。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項的方法，其中改性的所述彈性體表面具有抗靜電性能。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項的方法，其中所述方法包含用離子處理彈性體聚合物實心部件的至少一個表面，所述方法包含用多能量離子X+和X2+構(gòu)成的離子束的離子轟擊，其中X是選自氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)的離子的原子符號，其中RX=XVX2+小于或等于100，例如小于20，X+和X2+以原子百分比表示，其中在預(yù)先步驟中確定束的移動速度，在該步驟中確定不導(dǎo)致聚合物熱降解的束的最小移動速度，所述熱降解由壓力提高10_5mbar表明。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中離子X+和X2+通過電子回旋加速器共振離子源(RCE)同時產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8任一 項的方法，其中比率RX大于或等于I。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項的方法，其中能夠?qū)崿F(xiàn)多能量離子X+和X2+植入的源的提取電壓在10至400kV之間，例如大于或等于20kV和/或小于或等于100kV。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項的方法，其中多能量離子X+和X2+的劑量在5XIO14至IO18離子/cm2之間，例如大于或等于IO15離子/cm2和/或小于或等于5 X IO17離子/cm2，甚至大于或等于5X IO15離子/cm2和/或小于或等于IO17離子/cm2。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項的方法，其中在預(yù)先步驟中確定實心聚合物部件表面的特征性能的演化隨著多能量離子X+和X2+劑量的變化，例如做為待處理部件的代表的聚合物材料的表面電阻率P，以確定離子劑量的范圍，在該范圍內(nèi)所選擇的特征性能的變化的有利的，并且以不同的方式在形成所述離子劑量范圍的三個相繼的離子劑量區(qū)域中變化，在第一區(qū)域中的演化是基本上線性的，并且在小于一個月的期間是可逆的，在第二區(qū)域中的演化是基本上線性的，并且在超過一個月的期間是穩(wěn)定的，最后在第三區(qū)域的演化是恒定的，并且在超過一個月的期間是穩(wěn)定的，并且其中選擇第三離子劑量區(qū)域中的多能量離子X+和X2+的劑量以處理實心聚合物部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項的方法，其中調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得待處理的聚合物部件表面的表面處理速度在0.5cm2/s至lOOOcmVs之間，例如大于或等于IcmVs和/或小于或等于lOOcmVs。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項的方法，其中調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得植入的離子劑量在5X IO14至IO18離子/cm2之間，例如大于或等于.5 X IO15離子/cm2和/或小于或等于IO17離子/cm2。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14中任一項的方法，其中調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得離子在經(jīng)處理的聚合物部件的表面上的滲入深度在0.05至3 μ m之間，例如大于或等于0.1 μ m和/或小于或等于2 μ m。
16.根據(jù)權(quán)利要求7至15中任一項的方法，其中調(diào)整待處理的聚合物部件的表面的移動以及源的參數(shù)，使得處理過程中聚合物部件的表面溫度小于或等于100°C，例如小于或等于 50。。。
17.根據(jù)權(quán)利要求7至16中任一項的方法，其中待處理的聚合物部件在處理設(shè)備中以例如5m/min至100m/min的速度行進(jìn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求7至17中任一項的方法，其中通過由多個離子源產(chǎn)生的多個多能量X+和X2+離子束，將離子從待處理的聚合物部件的表面起植入。
19.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中該方法還包括通過離子植入向待處理的所述表面賦予至少一種附加性能的步驟，例如降低改性的彈性體和流體產(chǎn)品之間的相互作用，例如可萃取物的浸出。
20.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述分配設(shè)備包含含有流體產(chǎn)品的儲槽，固定在所述儲槽上的分配元件例如泵或閥，以及配備有分配孔的分配頭以用于驅(qū)動所述分配元件。
21.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述彈性體表面是分配元件例如泵或閥的項墊圈和/或閥墊圈。
22.根據(jù)以上權(quán)利要求中 任一項的方法，其中所述流體產(chǎn)品是用于以鼻或口的方式噴霧和/或吸入的藥物流體產(chǎn) 品 。
23.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述方法在流體產(chǎn)品的分配設(shè)備的組裝線上連續(xù) 實施。
全文摘要
本發(fā)明涉及流體產(chǎn)品的分配設(shè)備的彈性體表面的處理方法，所述方法包括用多電荷且多能量的離子束通過離子植入對所述設(shè)備的待處理的至少一個彈性體表面進(jìn)行改性的步驟，改性的所述彈性體表面限制制造和/或組裝過程中彈性體表面的粘附，所述多電荷離子選自氦(He)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)，離子植入進(jìn)行至0至3μm的深度。
文檔編號A61F9/00GK103097572SQ201180037687
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者M·勒戈格蘭, P·萊昂內(nèi), D·比薩多, F·蓋爾納萊克 申請人:阿普塔爾法國簡易股份公司