專利名稱：高分子材料表面改性等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高分子材料表面改性處理技術(shù)，特別是利用射頻等離子體對高分子材料表面改性處理的裝置。
技術(shù)背景高分子材料如塑料、纖維等用途極廣，用量極大，但其應(yīng)用范圍和使用效益往往會受到表面性能的制約，即無論材料的力學(xué)特性等體相性質(zhì)有多好，只要表面性能不符合要求，實用上就將受到很大限制，因此常常需按使用目的改善或變換其表面性能，如材料或部件的染色性、粘著性，高分子膜的印刷性、透過性等。而各種表面性能的獲得則取決于材料的表面結(jié)構(gòu)和相關(guān)的表面特性，所以，對高分子材料的表面物性控制是非常必要的。
為了使高分子材料適合各種應(yīng)用需要，人們研究開發(fā)了多種表面處理技術(shù)，諸如化學(xué)濕法處理、光化學(xué)法處理、輻射法處理以及等離子體處理等。其中化學(xué)濕法改性處理是在一定溫度下將高分子材料浸泡于處理液中，再經(jīng)烘干等工藝流程的處理，使材料表面的性能得到改變。該方法的缺點是工序復(fù)雜，產(chǎn)生的廢氣、廢液污染嚴(yán)重；光化學(xué)法處理和輻射法處理是利用紫外線和輻射線的高能量作用于高分子材料表面，產(chǎn)生自由基，從而易于在材料表面引入其它基團，但該方法由于受到紫外線能量的限制，其處理速度較慢，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求；而等離子體處理法是微波、射頻、高壓直流或交流電暈放電等來激勵產(chǎn)生等離子體，并利用等離子體中的高能電子和亞穩(wěn)態(tài)粒子，使其作用于高分子材料表面，導(dǎo)致高分子材料表面的化學(xué)鍵斷裂和重組，從而在表面產(chǎn)生自由基，引入新的功能基團。由于等離子體表面處理是一種干式工藝，省去了濕法化學(xué)處理工藝中所不可缺少的烘干、廢水處理等工序，因此具有省能源、無公害等優(yōu)點。與放射線處理、電子束處理、電暈處理等其他干式工藝相比，其獨特之處在于等離子體表面處理的作用深度僅涉及表面極薄一層，一般約在離表面幾十到數(shù)千埃范圍內(nèi)，因此能使表面物性顯著改善而材料體相卻不受影響。等離子體表面處理技術(shù)既能改變表面結(jié)構(gòu)，控制表面物性，也可以根據(jù)需要進(jìn)行表面敷膜，因此在塑料、天然纖維、功能性高分子膜的表面處理方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
在上述等離子體表面改性處理方法中，微波等離子體處理過程所要求的真空度高，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且難于產(chǎn)生大面積均勻的等離子體，其運行費用也非常昂貴，故其實用化較難；而高壓直流或交流電暈處理所要求的電壓高，存在電極污染，且容易產(chǎn)生局部放電不均勻，導(dǎo)致材料表面局部損傷。射頻等離子體處理是利用射頻激勵產(chǎn)生等離子體，產(chǎn)生的等離子體均勻，通過合理的電極設(shè)計和布置，易于實現(xiàn)大面積等離子體，為該技術(shù)的實用化提供了條件。
利用射頻等離子體對高分子材料進(jìn)行表面處理時，為了保證處理效果的均勻性和處理技術(shù)的實用性，電極的設(shè)計和布置是致關(guān)重要的。公開號為CN1318664A的中國專利“射頻激勵等離子體織物改性處理裝置”中，公開了一種等離子體織物改性處理裝置，其射頻電極對采用了由大面積矩形板條電極組成的技術(shù)，由于在大規(guī)模生產(chǎn)中，需要大面積的放電空間，此時大面積平板電極在準(zhǔn)確定位和精密加工方面要求很高，存在加工困難和裝配復(fù)雜的缺點，因此很難保證產(chǎn)品均勻性和處理效果，另外，在織物的傳動過程中，采用單向傳動的技術(shù)，在同時需要等離子體活化和等離子體接枝或等離子體沉積的場合，無法一次性完成多個步驟的操作，使得生產(chǎn)效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種保證產(chǎn)品均勻性和處理效果，提高工作效率的高分子材料表面改性處理裝置。
為了實現(xiàn)本實用新型的發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是一種高分子材料表面改性等離子體處理裝置，包括真空密封室及通過管道連接的真空泵、連接射頻電源的電極對和喂料裝置，所述的真空密封室內(nèi)的電極為圓柱狀，內(nèi)部為空腔，電極兩端分別設(shè)有冷卻水進(jìn)、出口，冷卻水進(jìn)、出口通過接口管道與真空室外部的冷卻水循環(huán)裝置連接，電極按正極(+)、負(fù)極(-)相間的陣列方式放置。
所述的喂料裝置由驅(qū)動輥、減速機構(gòu)、調(diào)速電機和程序控制器組成，驅(qū)動輥與真空室外的減速機構(gòu)連接，減速機構(gòu)與調(diào)速電機連接，調(diào)速電機的控制端與程序控制器連接；所述的電極陣列兩端安裝有導(dǎo)向輥，物料經(jīng)導(dǎo)向輥在電極對中通過；所述的真空密封室內(nèi)的電極陣列、驅(qū)動輥和導(dǎo)向輥安裝在一對固定板上；真空密封室的底座上安裝有滑動軌道，真空罩置于軌道上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下的顯著優(yōu)點1.由于真空密封室內(nèi)的電極采用空心圓柱結(jié)構(gòu)，因此，易于加工和安裝，易于實現(xiàn)大面積均勻等離子體的產(chǎn)生和大規(guī)模生產(chǎn)；還因為電極對具有冷卻裝置，可以保證在處理過程中真空室內(nèi)的溫度恒定，保證處理質(zhì)量的均勻性，并使處理環(huán)境保持在較低的溫度，避免了對基體材料造成損害，處理效果得到有效提高。
2.由于采取了設(shè)置導(dǎo)向輥和多電極對的結(jié)構(gòu)，可充分利用真空室空間，提高處理效率；3.通過設(shè)置調(diào)速裝置，可以連續(xù)調(diào)節(jié)驅(qū)動輥的轉(zhuǎn)速，以保持基體材料運行速度的恒定，保證產(chǎn)品質(zhì)量，并可以滿足不同工藝對處理時間的要求，工藝適用性較寬；同時，調(diào)速裝置的逆向運轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)離子體活化和等離子體接枝或等離子體沉積的一次性完成；4.真空密封室的底座上安裝有滑動軌道，只需將真空罩在軌道上沿水平方向移動便可打開真空室，裝料過程在真空室外進(jìn)行，便于操作和提高勞動效率。
本裝置適用于薄膜狀高分子材料，包括薄膜、織物和非織造布等的表面改性處理。對于不同材質(zhì)的物料和不同的改性要求，通過改變工作氣體的種類和配比以及工藝過程和工藝條件，可以滿足不同的表面改性要求。


圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例的電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例的電極對布置示意圖。
具體實施方式
實施例參見附圖1，在真空密封室的底座23上安裝有滑動軌道，真空罩16安裝在軌道上，打開真空室時，只需將真空罩在軌道上沿水平方向移動；真空密封室的內(nèi)部安裝有驅(qū)動輥14、15和導(dǎo)向輥7，兩根驅(qū)動輥分別與真空室外的減速機構(gòu)連接。在真空室的中部垂直安裝有空心圓柱電極19，在電極兩端有冷卻水進(jìn)出口接口，電極和兩根驅(qū)動輥均安裝在一對固定板20上，冷卻水進(jìn)出口與真空室外部的冷卻水循環(huán)裝置接通，冷卻水循環(huán)裝置由水泵22和恒溫水槽21組成。
本實施例所述的薄膜狀高分子材料表面改性處理設(shè)備的驅(qū)動機構(gòu)由調(diào)速電機、減速器和傳動機構(gòu)組成；物料的勻速運動由調(diào)速電機、可編程控制器2控制。工作氣體分別由各自的氣源11經(jīng)針閥10、并經(jīng)流量計(或電子流量控制儀)9計量后進(jìn)入到氣體混合器12，混合器通過管道13與真空室進(jìn)氣口連接。工作氣體可以是空氣、氧氣、氬氣、含氟氣體、氮氣、氦氣、二氧化碳、二氧化硫、氨氣、烯烴類氣體、含硅氣體等單一種類氣體或者是兩種或多種氣體的混合氣體。對于某些室溫下呈液態(tài)的工作介質(zhì)，可以通過加熱和控溫裝置8將其汽化后單獨使用或與上述氣體混合使用。真空室上具有抽氣口與真空泵3連通，真空泵上還裝有電磁閥4和真空碟閥6。排出氣體在進(jìn)入真空泵之前經(jīng)酸吸收裝置5凈化。放氣閥18、射頻電源、驅(qū)動電機和真空泵均通過線路與控制裝置1連接。
參見附圖2，電極為空心圓柱電極，電極兩端為冷卻水進(jìn)、出口接口。
參見附圖3，電極采用交替布置，按“+”、“-”極相間排列為一組。電極對之間安裝有導(dǎo)向輥，被處理物料17從電極對19之間穿過，用本實用新型實施例所提供的裝置進(jìn)行高分子材料表面改性處理，其工作過程如下工作基材采用丙綸塑料薄膜，目的是改善表面的親水性能。處理前物料需經(jīng)洗滌和烘干。工作氣體采用氬氣和丙烯酸，酸氣吸收物質(zhì)采用氫氧化鈉顆粒。工作氣體的流量調(diào)節(jié)裝置采用轉(zhuǎn)子流量計，喂料速度的勻速控制采用變頻調(diào)速電機和可編程序變頻調(diào)速器完成。
打開真空室，移出真空罩，將待處理物料丙綸塑料薄膜(卷狀)裝在驅(qū)動輥上，使物料經(jīng)過導(dǎo)向輥，穿過電極之間的間隙，并纏繞在驅(qū)動輥14上的收料筒上，推入真空罩，關(guān)閉真空室，關(guān)閉放氣閥18。通過向可編程控制器輸入控制程序，控制電機轉(zhuǎn)速，將物料線速度恒定在約5米/min。采用加熱和控溫裝置將丙烯酸溫度恒定在30℃，預(yù)熱射頻電源15分鐘后，啟動真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到極限值(1Pa)后，開通電極冷卻水水泵，恒溫水槽中的冷卻水經(jīng)電極板上的冷卻水進(jìn)出口接口循環(huán)冷卻。
開啟氬氣和丙烯酸氣路上的針閥并通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計上的針閥將其流量分別調(diào)整到預(yù)定值。開啟射頻電源，產(chǎn)生輝光，啟動驅(qū)動輥14上的驅(qū)動電機(驅(qū)動輥15從動)，對薄膜材料進(jìn)行活化和接枝處理。處理完畢后，關(guān)閉電源、關(guān)閉氬氣和丙烯酸氣路上的針閥，停真空泵，開啟放氣閥，將真空室內(nèi)壓力恢復(fù)常壓，打開真空室，移出真空罩，取出已處理物料，完成整個處理過程。必要時可以重復(fù)以上處理步驟，但驅(qū)動輥反向轉(zhuǎn)動，工作氣體或處理工藝條件可以不同，以達(dá)到更好的處理結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種高分子材料表面改性等離子體處理裝置，包括真空密封室及通過管道連接的真空泵、連接射頻電源的電極對和喂料裝置，其特征在于所述的真空密封室內(nèi)的電極為圓柱狀，內(nèi)部為空腔，電極兩端分別設(shè)有冷卻水進(jìn)、出口，冷卻水進(jìn)、出口通過接口管道與真空室外部的冷卻水循環(huán)裝置連接，電極按正極、負(fù)極相間的陣列方式放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料表面改性等離子體處理裝置，其特征在于所述的喂料裝置由驅(qū)動輥、減速機構(gòu)、調(diào)速電機和程序控制器組成，驅(qū)動輥與真空室外的減速機構(gòu)連接，減速機構(gòu)與調(diào)速電機連接，調(diào)速電機的控制端與程序控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料表面改性等離子體處理裝置，其特征在于所述的電極陣列兩端安裝有導(dǎo)向輥，物料經(jīng)導(dǎo)向輥在電極對中通過。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料表面改性等離子體處理裝置，其特征在于所述的真空密封室內(nèi)的電極陣列、驅(qū)動輥和導(dǎo)向輥安裝在一對固定板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料表面改性等離子體處理裝置，其特征在于所述的真空密封室的底座上安裝有滑動軌道，真空罩置于軌道上。
專利摘要本實用新型公開了一種高分子材料表面改性等離子體處理裝置，其真空密封室內(nèi)的電極采用圓柱狀，并按“+”、“－”相間的陣列方式放置；電極陣列兩端安裝有導(dǎo)向輥，物料經(jīng)導(dǎo)向輥在電極對中通過；電極內(nèi)部為空腔，兩端分別設(shè)有冷卻水進(jìn)、出口，與冷卻水循環(huán)裝置連接。該裝置不僅能完成對薄膜狀高分子材料的等離子體表面活化處理，而且可以同步完成等離子體接枝或等離子體沉積處理，具有處理效果均勻、工作效率高、無環(huán)境污染等特點。
文檔編號B29C59/00GK2673629SQ20042002414
公開日2005年1月26日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者王紅衛(wèi) 申請人:蘇州鴻達(dá)等離子體技術(shù)開發(fā)有限公司