專利名稱：等離子體噴頭及應(yīng)用該噴頭的大幅面等離子體表面處理機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種印刷表面處理設(shè)備，特別涉及一種等離子體噴頭及應(yīng)用該噴頭的大幅面等離子體表面處理機。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代生活水平的不斷提高，人們對美的追求也越來越高，審美意識也在同步提升，印刷裝飾逐步由紙張、薄膜延伸到各種生活必需品中，如皮革、可降解再生版、不干膠，金屬的印刷等等?，F(xiàn)有的印刷表面處理技術(shù)已無法滿足上述材料表面處理的要求，存在著處理強度較弱、效果保持時間短、無法大幅面處理、或根本無法進行表面處理的不足。印刷表面處理技術(shù)最先是為解決塑料薄膜表面印刷、涂布附著力差的問題而發(fā)展起來的。常見的塑料薄膜基本材料主要為聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯 (PET)等，其表面特性因分子結(jié)構(gòu)基材的極性基團、結(jié)晶程度和塑料的化學(xué)穩(wěn)定性等不同而有很大的差異，這些因素對印刷油墨層的粘附牢度影響很大。對屬于極性結(jié)構(gòu)的PS(聚苯乙烯)、PVC，印刷前不需要做表面預(yù)處理，但對于其表面結(jié)構(gòu)是非極性的PP、PE、PET等，其化學(xué)穩(wěn)定性極高，不易被大多數(shù)油墨溶劑所滲透和溶解，與油墨印刷的結(jié)合牢度很低，所以在印刷之前必須經(jīng)過表面處理，使塑料表層活化生成新的化學(xué)鍵使表面粗化，從而提高油墨與薄膜表面的結(jié)合粘附牢度；同時制造某些粒料過程中，按不同要求摻入了一定數(shù)量的助劑，附加劑，開口劑，當(dāng)吸膜定型后，這些助劑就浮在膜面，形成肉眼看不見的油層，這些油層對印刷是完全不利的，它使膜面不易粘合，附著力下降，因此具有這些油層的薄膜材料就必須經(jīng)過表面處理，使薄膜表層的油脂去除，提高油墨、涂層的附著牢度。目前的印刷表面處理技術(shù)主要有以下幾種處理方式1、火焰處理火焰處理方法是將空氣加熱到高溫(3000° F以上)形成等離子體，對材料表面產(chǎn)生清洗、活化作用。火焰激活空氣中的氧分子，使它們在材料的表面形成帶有碳分子的極性分子。表面分子極性的增加和氧化減少了塑料的表面張力，增加了材料基體對油墨的吸附力?；鹧嫣幚碓?jīng)是處理聚乙烯、聚丙烯和任何表面厚度超過10毫米的塑料時最受歡迎的方法。但是今天，火焰處理只保留作為鑄模或吹模工藝的一部分，另外用于紙版和包裝食品、飲料的材料的表面處理(如裝牛奶的紙盒)。它的缺點是處理對設(shè)備的空間和環(huán)境要求都較高、安全系數(shù)低，處理強度不容易控制，無法實現(xiàn)在線式聯(lián)機處理。2、電暈處理電暈處理是在平板電極對面的針狀電極上加有正電壓，當(dāng)電壓升高到一定數(shù)值時，從針尖伸展出來的發(fā)光部分便會觸及平板電極，并且分成許多線狀的發(fā)光部分，它們均處于不停的閃爍狀態(tài)，這些發(fā)光部分就是等離子體，對材料表面產(chǎn)生清洗、活化的作用。電暈等離子體使塑料表面產(chǎn)生游離基反應(yīng)而使聚合物發(fā)生交聯(lián)，表面變粗糙并增加其對極性溶劑的潤濕，這些等離子體由電擊和滲透作用進入被印體的表面破壞其分子結(jié)構(gòu)，進而將被處理的表面分子氧化和極化，活化表面，以致增加承印物表面的附著能力。電暈技術(shù)設(shè)備小型化、一鍵式特點完全能滿足聯(lián)機處理的要求，如今，幾乎所有的塑料薄膜、紙張及金屬箔材料都采用電暈法進行處理。但是它存在的缺點是處理強度弱、效果保持時間短、無法對金屬表面處理，以及雙面同時處理增加能耗。3、射流等離子體表面處理技術(shù)射流等離子處理系統(tǒng)是由等離子體發(fā)生器、氣體輸送管路及等離子體噴頭等部分組成。等離子體發(fā)生器產(chǎn)生高壓高頻能量，在噴嘴鋼管中形成冷電弧放電產(chǎn)生低溫等離子體，借助壓縮空氣將等離子體噴向工件表面，當(dāng)?shù)入x子體與被處理物體表面相遇時，產(chǎn)生了清潔、活化、刻蝕作用，表面得到了清潔，去除了碳化氫類污物，如油脂、輔助添加劑等，根據(jù)材料成分，其表面分子鏈結(jié)構(gòu)得到了改變。建立了羥基、羧基等自由基團，這些基團對各種涂敷材料具有促進其粘合的作用，在粘合和油漆應(yīng)用時得到了優(yōu)化。射流等離子體表面處理技術(shù)是目前市場上非常流行的表面處理設(shè)備，現(xiàn)有的型號是寬幅5mm、15mm、50mm、IOOmm的四種類型處理機，其中50mm和IOOmm幅面屬旋轉(zhuǎn)式處理機。這種處理設(shè)備具有處理強度高、效果保持時間長、單面高速處理、滿足異型件處理的優(yōu)點，但它也存在著處理面積小，大幅面處理成本、耗能巨大的缺點。有鑒于此，為解決現(xiàn)有的印刷表面處理技術(shù)中的種種不足，本設(shè)計人基于相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)，并經(jīng)過不斷測試及改良，進而有本實用新型的產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種處理強度強、效果保持時間長、適合于金屬、薄膜、 皮革等大多數(shù)包裝材料，大幅面(100mm-2000mm)，可實現(xiàn)間歇式或聯(lián)線式處理的等離子體噴頭及應(yīng)用該噴頭的大幅面等離子體表面處理機。為達上述目的，本實用新型提供一種等離子體噴頭，其包括氣刀，氣刀內(nèi)沿其長度方向貫穿有氣隙；接地電極，安裝于氣刀的下方，接地電極內(nèi)也設(shè)有氣隙，所述氣刀內(nèi)的氣隙向氣刀的下方延伸并與接地電極內(nèi)的氣隙相連通，所述接地電極的下部設(shè)有等離子體處理區(qū)；內(nèi)電極，其沿著接地電極的長度方向安裝于接地電極內(nèi)，內(nèi)電極的外側(cè)設(shè)有電介質(zhì)，電介質(zhì)與接地電極的內(nèi)壁之間為等離子體放電區(qū)，所述接地電極內(nèi)的氣隙、等離子體放電區(qū)與等離子體處理區(qū)依次連通；以及高壓電源，與所述內(nèi)電極相連接。所述的等離子體噴頭，其中，氣刀連接儲氣罐或空壓機，產(chǎn)生的均勻氣幕通入電極氣隙內(nèi)，會在接地電極內(nèi)沿著接地電極內(nèi)的氣隙方向產(chǎn)生自上向下的氣流。所述的等離子體噴頭，其中，所述內(nèi)電極為空心銅管或不銹鋼管電極，內(nèi)電極的外徑為10-50mm，內(nèi)電極壁厚為l_5mm ；內(nèi)電極內(nèi)側(cè)的空間用于流通冷卻水。所述的等離子體噴頭，其中，所述電介質(zhì)為固體電介質(zhì)，電介質(zhì)材料為陶瓷，電介質(zhì)的厚度為0. 5-3mm。所述的等離子體噴頭，其中，所述接地電極的下方布置有被處理的基材。所述的等離子體噴頭，其中，接地電極的材料為不銹鋼。[0026]所述的等離子體噴頭，其中，內(nèi)電極與接地電極之間具有放電間距，放電間距為 l-5mm，接地電極內(nèi)的氣隙寬度為該放電間距的2-5倍；等離子體處理區(qū)具有噴口，該噴口寬度為該放電間距的1-2倍，噴口的有效長度為100-2000mm。所述的等離子體噴頭，其中，所述內(nèi)電極以及接地電極的長度均至少大于氣刀的氣隙的有效長度10-20mm，本實用新型還提供一種應(yīng)用上述的等離子體噴頭的大幅面等離子體表面處理機， 其中，機架上安裝有等離子體噴頭和固定平臺，等離子體噴頭的噴口朝向固定平臺，單張式基材固定在固定平臺上，等離子體噴頭以預(yù)設(shè)的速度掃描基材，掃描完后更換新基材。本實用新型又提供一種應(yīng)用上述的等離子體噴頭的大幅面等離子體表面處理機， 其中，機架上安裝有等離子體噴頭和傳動輥，等離子體噴頭的噴口朝向傳動輥上的卷筒式基材，所述等離子體噴頭固定，傳動輥以預(yù)設(shè)速度傳送卷筒式基材。本實用新型的有益效果是1、處理強度大。本實用新型的表面處理設(shè)備采用介質(zhì)阻擋放電原理，放電強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電暈放電，其包含的電子的能量可達5-lOeV，活性粒子種類、數(shù)量都是電暈放電的數(shù)倍。2、處理面積大。介質(zhì)阻擋放電實現(xiàn)處理過程穩(wěn)定化，均勻化，大面積化。3、處理持續(xù)時間長。本實用新型的表面處理設(shè)備對表面處理強度大，在材料表面能形成的較厚的活性層，活性層致密不易受到空氣中氧氣、塵埃等物質(zhì)的破壞失去活性，通常射流等離子體處理后的材料表面活性可以維持半個月或一個月，甚至更長時間。4、單面處理。射流等離子體對材料是以單面的形式進行處理，降低了電暈雙面處理導(dǎo)致材料粘輥的危險，同時處理耗能減半，產(chǎn)生的臭氧減半。

圖1為等離子體噴頭的立體示意圖；圖2為等離子體噴頭的截面圖；圖3為間歇式等離子體表面處理機的示意圖；圖4為聯(lián)線式等離子體表面處理機的示意圖。附圖標(biāo)記說明1-控制面板；2-等離子體噴頭；3-等離子體處理區(qū)；4-固定平臺； 5-機架；6-電源柜；7-氣流；8-接地電極；9-電介質(zhì)；10-冷卻水；11-等離子體放電區(qū)； 12-內(nèi)電極；13-高壓電源；14-等離子體處理區(qū)；15-基材；16-氣刀；17-等離子體射流； 18-噴頭掃描的方向；19-卷筒式基材；20-傳動輥；21-單張式基材；A-接地電極內(nèi)的氣隙寬度；B-內(nèi)電極與接地電極的放電間距；C-等離子體處理區(qū)的噴口寬度D-噴口的有效長度。
具體實施方式
有關(guān)本實用新型為達到上述的使用目的與功效及所采用的技術(shù)手段，現(xiàn)舉出較佳可行的實施例，并配合附圖所示，詳述如下首先如圖1和圖2所示，分別為等離子體噴頭的立體示意圖和截面圖。所述的等離子體噴頭，主要包括高壓電源13、氣刀16、內(nèi)電極12以及接地電極8。[0042]所述氣刀16呈長條狀，安裝于同為長條狀的接地電極8的上方。氣刀16內(nèi)沿其長度方向貫穿有氣隙161，所述氣隙161向氣刀16的下方延伸并與接地電極8內(nèi)的氣隙相連通。氣刀16直接連接儲氣罐或空壓機，產(chǎn)生的均勻氣幕通入電極氣隙內(nèi)，會在接地電極 8內(nèi)沿著接地電極內(nèi)的氣隙方向產(chǎn)生自上向下的氣流7，氣刀16用于產(chǎn)生氣幕，形成一面薄薄的高強度、大氣流的沖擊氣幕，因此氣刀16為等離子體噴頭提供線性均勻氣流，氣刀16 氣隙161的有效長度可為100-2000mm。氣刀16氣源的壓強彡5bar。所述接地電極8內(nèi)部的下方沿其長度方向安裝有內(nèi)電極12，所述內(nèi)電極12為空心銅管或不銹鋼管電極，內(nèi)電極12的外側(cè)設(shè)有電介質(zhì)9，所述電介質(zhì)9為固體電介質(zhì)，其材料優(yōu)選三氧化二鋁(Al2O3)陶瓷，內(nèi)電極12的外徑為10-50mm，電極壁厚為l_5mm，電介質(zhì)9 的厚度為0. 5-3mm。所述內(nèi)電極12連接有接地的高壓電源13，內(nèi)電極12內(nèi)側(cè)的空間用于流通冷卻水 10。所述電介質(zhì)9與接地電極8的內(nèi)壁之間為等離子體放電區(qū)11。所述接地電極8的下部設(shè)有等離子體處理區(qū)14，其具有噴口寬度C。所述接地電極8的下方布置有被處理的基材 15。所述接地電極內(nèi)的氣隙、等離子體放電區(qū)11與等離子體處理區(qū)14依次連通。其中，所述高壓電源13為高頻脈沖電源，提供10-30KV的電壓，頻率為10_30KHz， 可為電暈放電的電源(參見德國專利4235766-C1)。所述內(nèi)電極12以及接地電極8的長度均至少大于氣刀16氣隙161的有效長度 10-20mm,當(dāng)內(nèi)電極12與接地電極8裝配時，電極兩端加絕緣材料墊圈，墊圈材料可為氧化硅、氧化鋁、四氟乙烯等材料。墊圈的作用一方面是將內(nèi)電極12與接地電極8的兩側(cè)封閉， 另一方面是固定兩極之間放電間距B，即放電間距B為l-5mm，放電間距B的加工和裝配偏差< 0. 05-0. 1mm。接地電極8的材料為不銹鋼，接地電極8內(nèi)的氣隙寬度A為放電間距B的2_5倍， 噴口寬度C為放電間距B的1-2倍。所述內(nèi)電極12連接高壓電源13，接地電極8接地，消
除安全隱患。噴口的有效長度D為100_2000mm。再如圖3所示，為間歇式等離子體表面處理機的示意圖。機架5上安裝有等離子體噴頭2和固定平臺4，等離子體噴頭2的噴口朝向固定平臺4，且等離子體噴頭2能夠作業(yè)的區(qū)域為等離子體處理區(qū)3。機架5上還安裝有控制面板1，并設(shè)有電源柜6。在實際操作中，單張式基材21固定在固定平臺4上，等離子體噴頭2以預(yù)設(shè)的速度沿著圖中箭頭的方向(噴頭掃描的方向18，與噴頭的長度方向垂直)掃描基材，掃描完后取出更換新基材。 最后如圖4所示，為聯(lián)線式等離子體表面處理機的示意圖。機架5上安裝有等離子體噴頭2和傳動輥20，等離子體噴頭2的噴口朝向傳動輥20上的被處理的卷筒式基材19， 且等離子體噴頭2能夠作業(yè)的區(qū)域為等離子體處理區(qū)3。機架5上還安裝有控制面板1，并設(shè)有電源柜6。在實際操作中，設(shè)置等離子體噴頭2固定，而卷筒式基材以預(yù)設(shè)速度被傳送。綜上所述，本實用新型具有以下優(yōu)點1、處理強度大。本實用新型的表面處理設(shè)備采用介質(zhì)阻擋放電原理，放電強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電暈放電，其包含的電子的能量可達5-lOeV，活性粒子種類、數(shù)量都是電暈放電的數(shù)倍。2、處理面積大。介質(zhì)阻擋放電實現(xiàn)處理過程穩(wěn)定化，均勻化，大面積化。3、處理持續(xù)時間長。本實用新型的表面處理設(shè)備對表面處理強度大，在材料表面能形成的較厚的活性層，活性層致密不易受到空氣中氧氣、塵埃等物質(zhì)的破壞失去活性，通常射流等離子體處理后的材料表面活性可以維持半個月或一個月，甚至更長時間。4、單面處理。射流等離子體對材料是以單面的形式進行處理，降低了電暈雙面處理導(dǎo)致材料粘輥的危險，同時處理耗能減半，產(chǎn)生的臭氧減半。以上對本實用新型的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種等離子體噴頭，其特征在于，包括氣刀，氣刀內(nèi)沿其長度方向貫穿有氣隙；接地電極，安裝于氣刀的下方，接地電極內(nèi)也設(shè)有氣隙，所述氣刀內(nèi)的氣隙向氣刀的下方延伸并與接地電極內(nèi)的氣隙相連通，所述接地電極的下部設(shè)有等離子體處理區(qū)；內(nèi)電極，其沿著接地電極的長度方向安裝于接地電極內(nèi)，內(nèi)電極的外側(cè)設(shè)有電介質(zhì)，電介質(zhì)與接地電極的內(nèi)壁之間為等離子體放電區(qū)，所述接地電極內(nèi)的氣隙、等離子體放電區(qū)與等離子體處理區(qū)依次連通；以及高壓電源，與所述內(nèi)電極相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，氣刀連接儲氣罐或空壓機，產(chǎn)生的均勻氣幕通入電極氣隙內(nèi)，會在接地電極內(nèi)沿著接地電極內(nèi)的氣隙方向產(chǎn)生自上向下的氣流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，所述內(nèi)電極為空心銅管或不銹鋼管電極，內(nèi)電極的外徑為10-50mm，內(nèi)電極壁厚為l_5mm ；內(nèi)電極內(nèi)側(cè)的空間用于流通冷卻水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，所述電介質(zhì)為固體電介質(zhì)，電介質(zhì)的厚度為0. 5-3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，所述接地電極的下方布置有被處理的基材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，接地電極的材料為不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，內(nèi)電極與接地電極之間具有放電間距，放電間距為l_5mm，接地電極內(nèi)的氣隙寬度為該放電間距的2-5倍；等離子體處理區(qū)具有噴口，該噴口寬度為該放電間距的1-2倍，噴口的長度為100-2000mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴頭，其特征在于，所述內(nèi)電極以及接地電極的長度均至少大于氣刀的氣隙的有效長度10-20mm。
9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至8中任一項所述的等離子體噴頭的大幅面等離子體表面處理機，其特征在于，機架上安裝有等離子體噴頭和固定平臺，等離子體噴頭的噴口朝向固定平臺，單張式基材固定在固定平臺上，等離子體噴頭以預(yù)設(shè)的速度掃描基材，掃描完后更換新基材。
10.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至8中任一項所述的等離子體噴頭的大幅面等離子體表面處理機，其特征在于，機架上安裝有等離子體噴頭和傳動輥，等離子體噴頭的噴口朝向傳動輥上的卷筒式基材，所述等離子體噴頭固定，傳動輥以預(yù)設(shè)速度傳送卷筒式基材。
專利摘要本實用新型提供一種等離子體噴頭及應(yīng)用該噴頭的大幅面等離子體表面處理機，該噴頭包括氣刀，氣刀內(nèi)沿其長度方向貫穿有氣隙；接地電極，安裝于氣刀的下方，接地電極內(nèi)也設(shè)有氣隙，所述氣刀內(nèi)的氣隙向氣刀的下方延伸并與接地電極內(nèi)的氣隙相連通，所述接地電極的下部設(shè)有等離子體處理區(qū)；內(nèi)電極，其沿著接地電極的長度方向安裝于接地電極內(nèi)，內(nèi)電極的外側(cè)設(shè)有電介質(zhì)，電介質(zhì)與接地電極的內(nèi)壁之間為等離子體放電區(qū)，所述接地電極內(nèi)的氣隙、等離子體放電區(qū)與等離子體處理區(qū)依次連通；以及高壓電源，與所述內(nèi)電極相連接。本實用新型處理強度強、效果保持時間長、適合于金屬、薄膜、皮革等大多數(shù)包裝材料，大幅面(100mm-2000mm)，可實現(xiàn)間歇式或聯(lián)線式處理。
文檔編號B08B7/00GK202332782SQ201120432180
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者李麗香, 湯文杰, 褚庭亮, 許文才 申請人:中國印刷科學(xué)技術(shù)研究所