專利名稱：冷等離子體表面處理設(shè)備及其處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用冷等離子體對材料進行表面處理的設(shè)備及其處理工藝。
CN86102453A公開的棉花及其制品的脫脂方法，其特征是利用電感或電容耦合的高頻實驗裝置產(chǎn)生等離子體。
CN87104425A公開的纖維、織物及薄膜表面冷等離子體連續(xù)處理工藝，其特征是利用高頻電源通過電容耦合產(chǎn)生冷等離子體。實現(xiàn)該工藝的設(shè)備也在CN87208060U中記載，其特征是采用兩個相同的真空器，兩真空器通過連接管與處理腔相連形成整個真空系統(tǒng)。
CN87209242U公開的低溫等離子體纖維表面改性連續(xù)處理裝置，是利用50～2KHz，8～16KV的交變高壓在大氣壓下產(chǎn)生電暈放電，裝置的處理區(qū)是由彼此絕緣的大、小空心輥筒組成，多個小輥筒緊密地環(huán)布在大輥筒的周邊上。
EP172057A公開的“AN IMPROVEMENT IN A FABRICREINFORCED RUBBER ARTICLE”(“纖維織物增強的橡膠制品的改進”)是利用10KHz～100MHz的低頻、高頻電源以至微波產(chǎn)生低溫等離子體，電極間距離較近(1～30cm)，而且其中一個電極表面上加一高電阻絕緣層(介電強度10KV/mm以上)，電極還要加以冷卻。電場方向垂直于被處理織物的面。
利用電暈放電進行表面處理雖然可以在大氣壓下進行，但處理效果欠佳。而且處理過程產(chǎn)生大量臭氧會影響人體健康。利用高頻電源產(chǎn)生等離子體，設(shè)備復雜，不易產(chǎn)生大體積的等離子體，不易做到大規(guī)模生產(chǎn)，設(shè)備造價高，而且大功率的高頻電磁輻射嚴重危及人體健康。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)和工藝簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、無電磁污染、處理效果好，應用范圍廣的表面處理設(shè)備和工藝。
本發(fā)明的任務是這樣完成的采用直流輝光放電的正柱區(qū)產(chǎn)生冷等離子體，并利用它對材料表面進行處理，被處理材料的層面(如織物的面)與電場(電流)方向平行。其處理參數(shù)和條件為介質(zhì)氣體空氣氧、氮等，真空度0.02～5乇，放電區(qū)平均電流密度0.2～10MA/cm2，處理時間5～180秒。
本工藝的處理設(shè)備結(jié)合以下附圖
做進一步說明圖一冷等離子體表面處理設(shè)備示意圖，圖二真空室A-A橫截面圖，圖三傳送纖維狀材料用的輸送網(wǎng)。
1.真空室外殼 8.轉(zhuǎn)軸 15.支撐板2.電源系統(tǒng) 9.支撐懸梁 16.減速機3.陰極 10.卷取輥 17.鏈輪4.陽極 11.卷出輥 18.放電區(qū)5.進氣調(diào)節(jié)閥 12.可打滑的摩擦式離合器 19.被處理材料6.抽氣口 13.離合器 20.真空計接口7真空室門 14主動傳動軸 21電機
22.觀察窗 23.放氣閥參照圖一，冷等離子體表面處理設(shè)備的真空室外殼(1)的一端做成密封，另一端做成真空室門(7)，在真空室的兩端各設(shè)一塊支撐板(15)，支撐板(15)之間裝有若干根轉(zhuǎn)軸(8)和一根主動傳動軸(14)，二根支撐懸梁(9)的一端固定在支撐板(15)上，在支撐懸梁(9)上，套有卷取輥(10)和卷出輥(11)，電機(21)的一部分動力通過離合器(13)傳給主動傳動軸(14)，帶動被處理材料通過放電區(qū)，另一部分動力通過可打滑的摩擦式離合器(12)傳給卷取輥(10)。調(diào)節(jié)輸入電機的電壓可改變被處理材料通過放電區(qū)的時間。用于產(chǎn)生冷等離子的平板電極(3)、(4)(陽極-銅、陰極-鋁)設(shè)在真空室的兩端，并與之絕緣，平板電極與直流電源(2)聯(lián)接。真空室內(nèi)壁和真空室內(nèi)的傳動系統(tǒng)必須在放電電流方向上保證良好的電絕緣性能。電絕緣可采用涂復704硅橡膠后復蓋合適的陶瓷片或涂復704硅橡膠后復蓋玻璃纖維布，重復幾層。轉(zhuǎn)軸(8)也可用陶瓷管制成。真空室外殼(1)還設(shè)有進氣調(diào)節(jié)閥(5)、放氣閥(23)、真空計接口(20)、觀察窗(22)，以及與抽氣系統(tǒng)相接的抽氣口(6)，并接地。真空室門(7)打開時，離合器(12)、(13)離開，卷取輥(10)、卷出輥(11)都可從支撐懸梁(9)上取出。
參照圖二是真空室的橫截面圖，從圖中可直觀地看出被處理材料(19)在真空室內(nèi)的運行機制。設(shè)在真空室兩端的平板電極(3)、(4)的形狀與轉(zhuǎn)軸(8)圍成空間的截面同，使被處理材料包圍著這個放電區(qū)(18)，利用直流輝光放電正柱區(qū)產(chǎn)生冷等離子體中大量的活性粒子(電子、離子、激發(fā)態(tài)原子與分子、光子等)，與被處理材料表面相互作用，使材料表面性質(zhì)得到改變。
若被處理材料為毛類(如兔毛)或棉花等纖維狀材料，可采用圖三所示的輸送網(wǎng)。將毛類或棉花等纖維經(jīng)打散處理后，夾在兩網(wǎng)之間，卷到卷出輥(11)待處理。輸送網(wǎng)方格的大小視被處理纖維的長短而定，一般在2×2cm～4×4cm。輸送網(wǎng)材料可采用棉紗線，表面涂復704硅橡膠，以延長其使用壽命。
本發(fā)明的冷等離子體表面處理工藝及處理設(shè)備具有設(shè)備簡單、操作方便、處理效果好、不影響被處理材料的機械強度和外觀。且無電磁污染、成本低、應用范圍廣等優(yōu)點。處理效果除和被處理物的性質(zhì)有關(guān)外還和處理時間、真空度和介質(zhì)氣體及放電電流密度有關(guān)。以下是對具體材料處理的實施例。
實施例1、該設(shè)備可用于處理兔毛。兔毛纖維表面很光滑，纖維間抱合力小，可紡性差，紡織困難，而且穿著時易掉毛。經(jīng)等離子體表面處理后，兔毛纖維表面受等離子體刻蝕作用，表面出現(xiàn)大量微坑和微小斑痕，鱗片邊緣變得破碎，因此表面變得粗糙。(從掃描電鏡照片上可以看出)。兔毛纖維摩擦系數(shù)顯著增加。(兔毛纖維強度和外觀不受影響)。處理效果如表一。
經(jīng)處理后纖維間抱合力大大提高，克服了紡織過程中的飛毛現(xiàn)象，成紗率、紗線強度明顯提高，可以制成各種純兔毛紡織品。成衣制品不易掉毛。同時，經(jīng)等離子體處理后，兔毛表面的“臘質(zhì)”被等離子體刻蝕，并且纖維表面引入了極性基團，染色性也顯著提高。(未處理的兔毛，水不能浸潤，兔毛經(jīng)處理后，放在水中立即沉入水中)。經(jīng)處理的兔毛因蛀蟲在處理過程中被殺死，所以還能防蛀。
處理條件與參數(shù)介質(zhì)氣體空氣或氧氣;真空度0.05～3乇;放電區(qū)平均電流密度0.5MA/cm2～8MA/cm2;處理時間10～180秒。以上工藝還可用于棉花脫脂以及處理羊毛等其他毛類纖維。
實施例2、該設(shè)備可用于處理塑料薄膜。處理后塑料薄膜表面產(chǎn)生大量微坑(從掃描電鏡照片可以看出)，而且薄膜表面引入大量極性基團。因此處理后塑料薄膜與涂料間的粘接性大大提高。例如聚丙烯塑料薄膜，未處理前蒸 水在其表面的接觸角為84°，處理后降為40°。處理后塑料薄膜可直接進行彩色印刷，還可以直接涂復各種性能的涂料，制成各種性能的復合薄膜。該機還可用于處理照相底片以及各種磁帶的基材，以提高其與表面涂復物的粘接性能。
處理條件與參數(shù)介質(zhì)氣體空氣或氧氣;真空度0.02～2乇;放電區(qū)平均電流密度0.2～5MA/cm2;處理時間5～120秒。
實施例3、該設(shè)備可用于處理化纖織物，處理后的化纖織物纖維表面產(chǎn)生大量微坑，而且纖維表面引進了親水基團，可以顯著提高織物的吸濕性，染色性、抗靜電性和易去污性。處理后織物的機械強度不受影響。處理前后織物由毛細效應的潤濕高度隨浸潤時間變化情況如表二。
為使這些性能具有耐久性，可以接著進行接枝處理。(如用丙烯酸接枝處理)。對玻璃纖維布，經(jīng)處理后也可以提高它與環(huán)氧樹脂的粘接性，用處理后的玻璃布制成的玻璃鋼抗拉強度可以提高20%以上。處理條件與參數(shù)介質(zhì)氣體空氣或氧氣、氮氣;真空度0.05～5乇;放電區(qū)平均電流密度1～10MA/cm2;處理時間30～180秒。
權(quán)利要求
1.一種冷等離子體表面處理工藝，其特征是采用直流輝光放電的正柱區(qū)產(chǎn)生冷等離子體，并利用它對材料表面進行處理，被處理材料的層面與電場方向平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理工藝，其特征是處理條件及參數(shù)為介質(zhì)氣體空氣、氧、氮等，真空度0.02～5乇，放電區(qū)平均電流密度0.2～10MA/cm2，處理時間5～180秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理工藝，其特征是可處理化纖織物、玻璃纖維布、塑料薄膜、棉花和兔毛、羊毛等毛類纖維。
4.根據(jù)上述的表面處理工藝，其處理設(shè)備是由電源部分、真空室、抽氣系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)組成，其特征是a、在真空室兩端的支撐板(15)之間，裝有若干根轉(zhuǎn)軸(8)和一根主動傳動軸(14)，二根支撐懸梁(9)的一端固定在支撐板(15)上，在支撐懸梁(9)上，分別套有卷取輥(10)和卷出輥(11)。b、在真空室兩端設(shè)有陰極和陽極，c、在真空室內(nèi)壁及室內(nèi)的傳動系統(tǒng)涂復有電絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理設(shè)備，其特征在于傳動系統(tǒng)的主動傳動軸(14)通過離合器(13)與電機(21)聯(lián)接，卷取輥(10)通過可打滑的摩擦式離合器(12)與電機(21)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4、5所述的處理設(shè)備，其特征在于傳動系統(tǒng)的卷取輥(10)和卷出輥(11)之間配有傳送纖維狀材料的輸送網(wǎng)，其網(wǎng)眼規(guī)格2×2cm～4×4cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理設(shè)備，其特征在于電絕緣材料是由704硅橡膠和陶瓷片或704硅橡膠和玻璃纖維布組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用冷等離子體對材料表面進行處理的設(shè)備及其處理工藝。其主要特點是采用直流輝光放電的正柱區(qū)產(chǎn)生冷等離子體，并利用它對材料表面進行處理。直流輝光放電的陽極和陰極設(shè)在真空室的兩端，真空室兩端還設(shè)有支撐板，支撐板之間裝有若干根轉(zhuǎn)軸和一根主動傳動軸。主動傳動軸帶動被處理材料通過放電區(qū)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和工藝簡單、易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、無電磁污染和處理效果好等優(yōu)點。
文檔編號C08J5/00GK1050885SQ89107909
公開日1991年4月24日 申請日期1989年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月10日
發(fā)明者林立中 申請人:福州大學