本發(fā)明屬于等離子體技術(shù)領域，具體涉及一種等離子體引發(fā)聚合裝置。

背景技術(shù)：

等離子體聚合是利用放電把有機類氣態(tài)單體等離子體化，使其產(chǎn)生各類活性種，由這些活性種之間或活性種與單體之間進行加成反應形成聚合物的方法。等離子體聚合可分為等離子體態(tài)聚合和等離子體引發(fā)聚合兩種形式，它們的區(qū)別是：等離子體態(tài)聚合整個反應過程中單體完全暴露于等離子體環(huán)境，而等離子體引發(fā)聚合中氣體只在短時間內(nèi)通過輝光放電形成的等離子體，使單體蒸汽發(fā)生氣相反應生成活性中心，引發(fā)單體蒸汽在長時間無等離子體的后續(xù)過程中進行聚合反應。與等離子體態(tài)聚合產(chǎn)物存在結(jié)構(gòu)復雜，反應重現(xiàn)性差，處理效果隨時間衰減的問題相比，等離子體引發(fā)聚合方式可以較少破壞單體的結(jié)構(gòu)，保留單體優(yōu)良性能，使聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較為單一，易于形成線性大分子產(chǎn)物；另一方面，通過與材料表面發(fā)生接枝反應，能夠增強表面的附著力，使涂層效果不隨時間衰減。

可見，實現(xiàn)等離子體引發(fā)聚合的必要條件是等離子體周期性的燃滅過程。現(xiàn)有的等離子體引發(fā)聚合技術(shù)是通過脈沖調(diào)制高頻輝光放電實現(xiàn)的，例如文獻《表面涂層》(cn1190545c)公開了一種疏水和/或疏油基材，其中包括利用脈沖調(diào)制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法；文獻《通過低壓等離子體工藝施加保形納米涂層的方法》(cn201180015332.1)也涉及利用脈沖調(diào)制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法。這些現(xiàn)有技術(shù)均采用脈沖調(diào)制高頻輝光放電，是因為采用高頻放電能夠避免由于電極被聚合產(chǎn)物絕緣所造成的放電終止，高頻放電即使電極被聚合產(chǎn)物絕緣的情況下也可以維持，而采用脈沖調(diào)制使高頻放電周期性開啟/關(guān)斷是為了滿足等離子體引發(fā)聚合所需要的短時間放電和長時間無放電聚合。然而，現(xiàn)有技術(shù)所采用的脈沖調(diào)制高頻輝光放電的方法需要使用具有脈沖調(diào)制功能的高頻電源，其缺點是：脈沖調(diào)制高頻電源結(jié)構(gòu)復雜、價格高、不易調(diào)試；脈沖調(diào)制高頻放電產(chǎn)生的等離子體穩(wěn)定性較差；對放電電極結(jié)構(gòu)和加工裝配精度要求高，工藝重復性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種帶有定轉(zhuǎn)電極組的等離子體引發(fā)聚合裝置，以解決現(xiàn)有等離子體引發(fā)聚合裝置存在的脈沖調(diào)制高頻電源結(jié)構(gòu)復雜、價格高、不易調(diào)試；等離子體穩(wěn)定性較差；工藝重復性較差等問題。

本發(fā)明技術(shù)方案是：

一種帶有定轉(zhuǎn)電極組的等離子體引發(fā)聚合裝置，其特征在于：該裝置包括真空室、固定電極、轉(zhuǎn)動電極；所述真空室上安裝有載體氣體和單體蒸汽管路及排氣管，待處理的基材放置于真空室內(nèi)轉(zhuǎn)動電極圍成的空間內(nèi)；

所述固定電極包括一組固定金屬直桿、一組絕緣基座和導線，固定金屬直桿通過絕緣基座沿真空室軸向等間距固定連接在真空室內(nèi)壁上，固定金屬直桿經(jīng)導線串聯(lián)連接構(gòu)成固定電極；

所述轉(zhuǎn)動電極包括一組轉(zhuǎn)動金屬直桿和金屬轉(zhuǎn)架，所述金屬轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)軸與真空室的中心軸同軸，金屬轉(zhuǎn)架可繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述轉(zhuǎn)動金屬直桿沿真空室軸向等間距固定連接在金屬轉(zhuǎn)架上，構(gòu)成轉(zhuǎn)動電極；

固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿數(shù)量可以一樣，也可以不一樣，由于兩組金屬桿都是等間距，如果數(shù)量一樣，放電在一對金屬桿間會同時發(fā)生同時熄滅，如果數(shù)量不一樣，兩組金屬桿有的靠近有的遠離，靠近的放電，離開的熄滅，放電具有空間上的不對稱性，但隨時間積累效果也是空間均勻的，對鍍膜結(jié)果沒有影響。

所述固定電極與轉(zhuǎn)動電極構(gòu)成定轉(zhuǎn)電極組。

所述真空室側(cè)部的室體內(nèi)壁任一橫截面為相同直徑的圓或相同邊長的正多邊形，所述正多邊形邊數(shù)至少為6邊；所述真空室的頂蓋和底蓋為與真空室的側(cè)部室體內(nèi)壁橫截面匹配的平板或拱形結(jié)構(gòu)。

所述排氣管豎直安裝于真空室內(nèi)的中心軸上，排氣管一端伸出真空室后與真空泵連接，所述排氣管的管壁上開孔。

所述排氣管內(nèi)徑為25-100mm，其管壁上均勻開孔，孔徑為2-30mm，孔間隔為2-100mm。

所述固定電極連接高頻電源輸出端，所述轉(zhuǎn)動電極接地；所述高頻電源的頻率范圍為10khz-100mhz，所述高頻電源輸出的電壓波形為正弦波或方波。

所述固定電極所在的柱面與轉(zhuǎn)動電極所在的柱面之間的距離為1-5cm。該距離是兩組金屬桿能夠靠近的最小距離，該距離1-5cm是通常等離子體鍍膜氣壓0.1-100pa下的放電距離，保證能夠可靠放電，距離近了或遠了都不能放電或激發(fā)電弧。

所述固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿的直徑范圍為1-20mm，材質(zhì)為銅、鋁或鐵。固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿的直徑越小，其能夠產(chǎn)生的電場越強，更加容易放電，放電空間局域性也越好，但是其剛性較弱，該直徑范圍是綜合考慮放電空間局域性和剛性得到的最優(yōu)范圍值。

所述相鄰兩根固定金屬直桿或相鄰兩根轉(zhuǎn)動金屬直桿之間的間距大于15cm。上述大于15cm的間距是通常等離子體鍍膜氣壓0.1-100pa下放電能夠熄滅的距離，小于這個距離，放電將很可能不能熄滅。

轉(zhuǎn)動電極的轉(zhuǎn)速改變的是放電和熄滅的頻率，轉(zhuǎn)速對鍍膜效果的影響實際上就是放電周期的影響，根據(jù)具體應用在不同材料的鍍膜上，可以采用不同優(yōu)化的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的帶有定轉(zhuǎn)電極組的等離子體引發(fā)聚合裝置工作時，將待處理的基材放在轉(zhuǎn)動電極圍成的空間內(nèi)，將載體氣體和單體蒸汽經(jīng)管路通入真空室，開啟高頻電源使之連續(xù)輸出高頻功率，并使轉(zhuǎn)動電極轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動電極轉(zhuǎn)動使其轉(zhuǎn)動金屬直桿周期性靠近和遠離固定電極的固定金屬直桿，靠近時放電產(chǎn)生等離子體，遠離時等離子體熄滅，從而產(chǎn)生周期性燃滅的等離子體，使單體蒸汽發(fā)生引發(fā)聚合反應并沉積在基材表面形成聚合物涂層。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、價格低、調(diào)試容易，其中采用的高頻電源不需要脈沖調(diào)制，脈沖調(diào)制功能的高頻電源，其缺點是：脈沖調(diào)制高頻電源結(jié)構(gòu)復雜、價格高、不易調(diào)試；脈沖調(diào)制高頻放電產(chǎn)生的等離子體穩(wěn)定性較差；對放電電極結(jié)構(gòu)和加工裝配精度要求高，工藝重復性較差。本發(fā)明正是通過機械旋轉(zhuǎn)運動的方式實現(xiàn)斷續(xù)的等離子體的產(chǎn)生，原理和結(jié)構(gòu)都比較簡單。

(2)本發(fā)明裝置產(chǎn)生的等離子體具有等離子體穩(wěn)定性好、放電電極結(jié)構(gòu)和加工裝配精度要求較低、工藝重復性好等優(yōu)點。

目前的脈沖調(diào)制高頻放電需要精確的匹配同步，同一批設備之間放電電極結(jié)構(gòu)、加工裝配以及同步信號傳輸線的延遲時間稍有不同，就會產(chǎn)生高頻匹配的差異，引起放電效果較大的差別，也使同一工藝參數(shù)下的鍍膜效果產(chǎn)生較大的差別，從而使工藝重復性較差。本發(fā)明專利的等離子體聚合裝置采用機械旋轉(zhuǎn)運動的方式實現(xiàn)斷續(xù)的等離子體的產(chǎn)生，高頻電源連續(xù)輸出，不需要精確的匹配同步，放電電極結(jié)構(gòu)和加工裝配精度要求較低、因此即使存在一定的加工公差，其對等離子體放電影響也不是很顯著，所以等離子體穩(wěn)定性好、工藝重復性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種帶有定轉(zhuǎn)電極組的等離子體引發(fā)聚合裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中沿直徑的縱截面的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、真空室，2、固定金屬直桿，3、絕緣基座，4、導線，5、轉(zhuǎn)動金屬直桿，6、金屬轉(zhuǎn)架，7、高頻電源，8、基材，9、載體氣體和單體蒸汽管路，10、排氣管。

具體實施方式

下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。

實施例1

如圖1和圖2所示的一種帶有定轉(zhuǎn)電極組的等離子體引發(fā)聚合裝置。該裝置包括真空室1、固定電極、轉(zhuǎn)動電極；所述真空室上安裝有載體氣體和單體蒸汽管路9及排氣管10，待處理的基材8放置于真空室內(nèi)轉(zhuǎn)動電極圍成的空間內(nèi)；

固定電極包括一組固定金屬直桿2、一組絕緣基座3和導線4，固定金屬直桿2通過絕緣基座沿真空室軸向等間距固定連接在真空室內(nèi)壁上，固定金屬直桿2經(jīng)導線串聯(lián)連接構(gòu)成固定電極；

所述轉(zhuǎn)動電極包括一組轉(zhuǎn)動金屬直桿5和金屬轉(zhuǎn)架6，所述金屬轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)軸與真空室的中心軸同軸，金屬轉(zhuǎn)架可繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述轉(zhuǎn)動金屬直桿5沿真空室軸向等間距固定連接在金屬轉(zhuǎn)架上，構(gòu)成轉(zhuǎn)動電極；

所述固定電極與轉(zhuǎn)動電極構(gòu)成定轉(zhuǎn)電極組。

真空室側(cè)部的室體內(nèi)壁任一橫截面為相同直徑的圓，所述真空室的頂蓋和底蓋為與真空室的側(cè)部室體內(nèi)壁橫截面匹配的平板結(jié)構(gòu)。

排氣管10豎直安裝于真空室內(nèi)的中心軸上，排氣管一端伸出真空室后與真空泵連接，所述排氣管的管壁上開孔。排氣管內(nèi)徑為25mm，其管壁上均勻開孔，孔徑為2mm，孔間隔為50mm。

固定電極連接高頻電源7輸出端，所述轉(zhuǎn)動電極接地；所述高頻電源的頻率范圍為10khz，所述高頻電源輸出的電壓波形為正弦波。

固定電極所在的柱面與轉(zhuǎn)動電極所在的柱面之間的距離為1cm。

固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿的直徑范圍為1mm，材質(zhì)為鐵。

相鄰兩根固定金屬直桿之間的間距為15.5cm；

相鄰兩根轉(zhuǎn)動金屬直桿之間的間距為15.5cm。

實施例2

該實施例與實施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同的技術(shù)參數(shù)如下：

(1)、真空室側(cè)部的室體內(nèi)壁任一橫截面為相同邊長的正多邊形，所述正多邊形邊數(shù)為6邊；所述真空室的頂蓋和底蓋為與真空室的側(cè)部室體內(nèi)壁橫截面匹配的拱形結(jié)構(gòu)。

(2)排氣管內(nèi)徑為45mm，其管壁上均勻開孔，孔徑為12mm，孔間隔為100mm。

(3)高頻電源的頻率范圍為1mhz，所述高頻電源輸出的電壓波形為方波。

(4)固定電極所在的柱面與轉(zhuǎn)動電極所在的柱面之間的距離為5cm。

(5)固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿的直徑范圍為6mm，材質(zhì)為鋁。

相鄰兩根固定金屬直桿之間的間距為20cm；相鄰兩根轉(zhuǎn)動金屬直桿之間的間距為25cm。

實施例3

該實施例與實施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同的技術(shù)參數(shù)如下：

(1)、真空室側(cè)部的室體內(nèi)壁任一橫截面為相同邊長的正多邊形，所述正多邊形邊數(shù)為8邊；所述真空室的頂蓋和底蓋為與真空室的側(cè)部室體內(nèi)壁橫截面匹配的平板結(jié)構(gòu)。

(2)排氣管內(nèi)徑為78mm，其管壁上均勻開孔，孔徑為20mm，孔間隔為80mm。

(3)高頻電源的頻率范圍為25mhz，所述高頻電源輸出的電壓波形為方波。

(4)固定電極所在的柱面與轉(zhuǎn)動電極所在的柱面之間的距離為15cm。

(5)固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿的直徑范圍為13mm，材質(zhì)為銅。

相鄰兩根固定金屬直桿之間的間距為30cm；相鄰兩根轉(zhuǎn)動金屬直桿之間的間距為40cm。

實施例4

該實施例與實施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同的技術(shù)參數(shù)如下：

(1)、真空室側(cè)部的室體內(nèi)壁任一橫截面為相同直徑的圓；所述真空室的頂蓋和底蓋為與真空室的側(cè)部室體內(nèi)壁橫截面匹配的拱形結(jié)構(gòu)。

(2)排氣管內(nèi)徑為100mm，其管壁上均勻開孔，孔徑為30mm，孔間隔為100mm。

(3)高頻電源的頻率范圍為100mhz，所述高頻電源輸出的電壓波形為正弦波。

(4)固定電極所在的柱面與轉(zhuǎn)動電極所在的柱面之間的距離為20cm。

(5)固定金屬直桿和轉(zhuǎn)動金屬直桿的直徑范圍為20mm，材質(zhì)為銅。

相鄰兩根固定金屬直桿之間的間距為35cm；相鄰兩根轉(zhuǎn)動金屬直桿之間的間距為50cm。