CN101198718A - 用于在连续气压下对工件，尤其是材料板或带进行等离子放电和/或涂层处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在恒定气压下对电绝缘工件，尤其是材料板或材料带，进行等离子放电和/或等离子涂层处理的方法，一个欲处理工件以一定距离相对最少一个在垂直于运动方向、至少在工件被加工上表面的宽度上延伸的高压电极设置，电极和工件在一个运动方向上相互相对运动地设置，在一个高压电极上最好是以交流电的形式施加一个高压，其特征在于，在高压电极和工件之间的第一空间充有第一气氛，在工件与高压电极相对的一侧的背面上想成的第二空间中充有与第一中气氛不同的第二种气氛，选择高压和第一及第二气氛，使得能够在第二气氛中进行等离子放电。

Description

用于在连续气压下对工件，尤其是材料板或带进行等离子放电和/或涂层处理的方法
技术领域
根据权利要求1和6前序部分，本发明涉及用于在连续气压下对工件，尤其是材料板或带进行等离子放电和/或涂层处理的方法，本发明意义上的等离子处理尤其还要理解为等离子涂层。
背景技术
在整理工业或塑料薄膜生产中，通过气体压力等离子处理，也就是所谓的电晕处理使上表面活化。通常，工业电晕放电装置由一个高压电极和一个对应电极组成，对应电极被制成辊子并在其上引导一个紧挨着辊子设置的塑料薄膜。电极相对辊子平行设置，并连接到大约10千伏特、大约20-40千赫兹的高压上，辊子接地。在高压电极和具有塑料薄膜的辊子之间的几毫米空气间隙中，通过电势差形成一个实际功率为1至5千瓦每米的电晕放电。塑料薄膜由于电晕放电而被激活，也就是说其上表面被氧化。
通过这种活化提高上表面的张力，从而对印刷颜色具有足够的粘接性能并保持足够的粘性。
为了满足较高的粘接要求，在等离子活化后要在塑料薄膜上涂敷一种引发剂。引发剂通常是由能够改善粘接性能的成分和稍微多一点的溶剂部分构成。例如通过滚压涂层了引发剂以后，必须去除溶剂，这是由一个干燥通道实现的，假如是一种有机溶剂的话，还要进行热燃烧。
因此，就所要求的工序，即涂层、干燥和复燃而言，这种处理方法在投资和连续工作方面的费用都是很高的。
为此，许多年前已经研究用大气压下的等离子涂层处理来代替湿化学引发剂涂层，等离子涂层处理不用溶剂也行。由此省去了干燥和复燃。涂层工作由大气压下的等离子涂层单元替代。
为了在接地的对应电极上设置的基层上进行涂层，在大气压下等离子放电中将气体载体，例如：空气、氮、惰性气体或这种气体的混合物与前体，例如原硅酸四甲酯、六亚甲基二硅氧烷一起充入在电极系统中。
利用这种方法，除基层之外也对电极系统本身进行了涂敷。这样就会将电极系统和对应电极之间的必须的放电间隙堵住，由于要进行清理工作所以必须将涂层处理过程停下来，而是连续化工业处理过程这是不允许的。
基于上述背景由本发明提出一种方法，利用该方法使一个工件在与电极相对的一侧上经受大气体压等离子处理和/或放电。
为实现上述发明目的，根据本发明提供一种用于在连续大气压下对电绝缘工件，尤其是材料板或材料带，进行等离子处理和/或等离子涂层的方法，其中，被加工工件以一定距离设置在最少一个高压电极之下，该高压电极垂直于工件运动方向、至少在工件被加工上表面的宽度上延伸，电极和工件在一个运动方向上相互相对运动地设置，在一个高压电极上最好是以交流电的形式施加一个高压，其特征在于，在高压电极和工件之间的第一空间充有第一气氛，在工件远离高压电极的一侧、于其背面上形成的第二空间中充有与第一种气氛不同的第二种气氛，选择高压和第一及第二气氛，使得能够在第二种气氛中形成等离子放电。
根据本发明的方法的一个重要的方面在于：在工件与至少一个高压电极相对的一侧以及工件远离电极的一侧上形成不同的气氛。通过对两种气氛和高压电的调整可以在各种情况下在第二种气氛中实现等离子放电，所述第二种气氛是工件远离高压电极那一侧的气氛。由此可以实现所希望的对工件的背面处理或涂层。
尤其是在等离子涂层的情况下可以避免对最少一个高压电极本身进行涂层以及相应的间断清理工作。
对不同气氛的调整可以例如通过引入不同的气体或气体混合物实现(如权利要求2)，也可以通过调整不同的压力实现(如权利要求3)。就此而言需要强调的是，本发明意义上的“大气压力”应理解为相对1.013毫巴的正常压力稍高或稍低。在此，相对正常压力±100毫巴压力差都属于“大气压力”。
实践中，经常选择调整不同的气氛，也就是调整不同的气体或气体混合物的变化形式。例如，当只想对背面(在第二中气氛中)进行等离子放电的时候就可以这样做。此时，使用了一种气体或气体混合物，这种气体允许高度自由的行程并且可以用比第一气氛中低的高压形成等离子引爆。本发明意义上的不同气体混合物应该被理解为那些不同的气体或气体混合物，其中气体混合之一物包含一种前体，而第二种不同成分的气氛不包含。利用这样一种调整就可以实现，通过只在第二种气氛中引入前体而在工件的背面上实现涂层，而在其前面(与高压电极相对的面)上仅仅进行等离子处理。
在一种变化实施例中，如上所述那样，还可以在仅仅第二中气氛中进行用于等离子处理和/或等离子涂层的等离子放电，此时相应地选择第一和第二气氛以及在至少一个高压电极上的高压(如权利要求4)。如上面已经描述过的那样，作为一种变换实施例也可以在两种气氛中触发等离子放电，其中相应地调整气氛以及至少一个高压电极上的高压。
最好是(如权利要求5)只在背面，即其上有第二气氛的那一面上实施对工件的等离子涂层，因为那里-并且也只是那里-将一些化学试剂(前体)作为涂层的原材料添加进来。
通常为了产生等离子放电或电晕放电至少使用两个高压电极，这两个电极设置在工件(在第一气氛中)的一例即同一例(如权利要求6)。
作为实施本方法用的高压电极可以是栏栅电极(权利要求7)，或金属电极(权利要求8)或这种电极(例如：栏栅电极和金属电极)的组合。
附图说明
下面将根据附图结合图中所示具体实施例通过对本发明做进一步详细的描述来给出本发明的进一步的优点和特征。其中：
图1是沿着一个被连续处理或通过前体涂层的工件的运输方向截取的示意剖视图，该示意图表示的是用于实施本发明方法的装置的第一变化实施例，该装置具有两个栏栅电极以及在工件远离栏栅电极的一侧上的等离子放电；
图2是与图1类似的视图，表示用金属电极替代栏栅电极的装置的一个变化实施例；
图3是与图1类似的一个视图，其中表示了具有由金属电极和栏栅电极组合的电极配置的另一种变化装置；
图4是与图1类似的一个视图，其中表示了具有在两个栏栅电极之间设置一个金属电极的组合的电极配置的另一种变化装置；
图5是与图1类似的一个视图，其中表示了具有在两个栏栅电极之间设置一个金属电极的组合的电极配置的另一种变化装置；
图6是与图1类似的一个视图，其中，通过对该方法的控制在工件的两面都实施等离子放电；
图7表示图3所示的装置，其中，通过对该方法的控制在工件的两面都实施等离子放电；
图8表示图4所示的装置，其中，通过对该方法的控制在工件的两面都实施等离子放电；
图9表示图5所示的装置，其中，通过对该方法的控制在工件的两面都实施等离子放电。
具体实施例
附图中用相同的标号表示相同或类似元件。
在图1中示意性地表示了一个用于实施根据本发明方法的装置，表示该装置如何在第一变形实施例中实现这种方法。这种装置包含两个栏栅电极1，这两个电极1设置在相对一个工件3的上表面一定距离的位置上，在栏栅电极1上连接有高压电，最好是交流电。栏栅电极1的内部设有一个导电体，该导电体相对周围环境与栏栅材料电绝缘。这种材料最好是一种氧化铝陶瓷，这种陶瓷在本申请中总是一种特例。在栏栅电极1对和工件3(在本例中是工件带)上表面之间的空间中填充有第一气氛。在工件3远离栏栅电极1的“背面”上设置有一个壳体5，壳体5中形成具有第二气氛的第二空间。第二空间填充有处理气体7以及优选地填充前体6(如图中用两个箭头表示的那样)。就像在栏栅电极1和工件3之间的区域中那样，利用这种方式和方法在壳体5的这个空间中调整成另一种气氛。利用这种不同的气氛可以通过选择一个适宜的高压在工件3的“背面”上形成等离子放电4，这种等离子放电4作为一种在处理气氛中的纯粹的等离子放电将工件3的这一面上形成一种等离子处理，在附加利用前体6的情况下形成一种等离子涂层。工件3将如表示运动方向的箭头P所示的那样沿着箭头所示的方向连续地移动穿过示意性表示的装置，并以这种方法在整个“背面”上完成等离子处理或等离子涂层。标号8表示排出，也就是，将具有可能需要的前体6的处理气体7和在等离子放电4过程中产生的种抽出来并且进行在此没有详细表示但接着要进行的废气处理，以便防止不需要的等离子产物，例如尤其是臭氧，被排放到周围环境中。在此还要再次强调的是，对于本方法实施而言，并非必须将用附图标号6表示的前体强制性地送入壳体5和第二种气氛中。即使没有附加前体，也能够很好地用一种纯处理气体7来实施该方法，从而在工件3的“背面”上实施等离子处理。
在图1所示的设置中，希望并且有选择地仅在工件的一面实施等离子处理或等离子涂覆，而保持其另一面不被处理或不被涂层。这是非常重要的，因为例如在聚酯薄膜作为工件3的时候，对于许多整理处理过程而言，例如在包装工业中的封印而言，没有处理过的聚酯表面是一个不可改变的前体条件。
如图1所示，两个共同构成一个高压电极对的栏栅电极1通过一个间隙相互隔开并相间设置。在此要注意的是，假如栏栅电极1之间的间隙或距离不是太大的话，则总会在工件3的背面上形成连续的等离子放电4。图1中所示的间隙的调整对于普通技术人员而言可以根据其专业知识或一系列简单的实验得出。
图1所示的栏栅电极的设置并不是一种限制。在所示间隙的各侧不要一个宽的间隙并且直接相互排列多个栏栅电极1也一样好。将两个以上通过间隙相互分开的栏栅电极1作为电极装置也是可能的。
空气、氮气、二氧化碳、水或惰性气体，如氩等或这些气体的混合物都适于用为处理气体7。适宜的前体6例如可以是气相的原硅酸四甲酯，六亚甲基二硅氧烷或气态前体，例如硅烷。利用这种前体可以例如在纳米至微米范围内在工件的“背面的”上表面上形成一层硅氧化层。这种层的功能相当于一种湿化学引物的置换。但是，根据前体的种类也可以使涂层具有诸如防粘连层、防划伤层或栏栅层类的其他化学功能和其他作用。
在实施例中所示的栏栅电极1的长度可以直至几米。导体2例如可以是金属粉末填充物，但也可以是一种设置于栏栅电极1内部的金属涂层，导体2是为了在具有不同的电动势的高压(交变电压)变化过程中在栏栅电极1之间形成电位差而设置的。作为栏栅电极1最好选择那些具有一条或多条槽道的矩形管。
在本实施例中，为了实施本发明的方法，最好使用频率为1至100千赫兹、最好为5至30千赫兹、10至60千伏安的正弦电压。电压也可以是波动的。
在表示了同样的放电情况的附图2至5中，表示了不同的适用于实现本发明方法的电极配置，这并不构成一种相关的表示。图2中表示了一个与图1类似的配置，这里表示的高压电极是金属电极9。在其他附图3至5中，表示了由栏栅电极1和金属电极9构成的不同的电极配置，这些电极都适用于实施根据本发明的方法。
在图6至9中，在具有栏栅电极1和金属电极9的电极配置的各种不同配置中，表示了第二种变形形式的实施本发明方法的装置。
参考图6对于这种方法及其工作方式进行详细描述。这些方法的工作方式与不同方式组合的电极的配置相同，故在此不再赘述。
在图6至9所示的情况中，不仅在工件的“背面”还是远离电极配置的“前面”都设有一个壳体5，该壳体围出一个空间(在“前面”是第一空间；在“后面”是第二空间)。如图1至5所示及所述的那样，第二空间由处理气体7和必要时添加的前体6充填，并且连接有一个排出口8。这样，在该变形方法中，依然在“背面”上实现所希望的等离子放电4。
与上述实施方式不同的是，在本实施方式中与高压电协调地选择第一空间(包含电极配置且封闭于壳体5中的空间)中的气氛，从而在此实现等离子放电10。也可以在这个空间中充入一种处理气体(图中未表示)，这种气体与处理气体7的成分不同，处理气体7在壳体5所封闭的空间中被输送到工件3的“背面”上。由壳体5在工件3上包含电极配置的一例上所围出的空间上连接有一个排出口8，用于将等离子放电10所产生的反应物，例如臭氧抽出并做无害处理。
重要的是，在此所示的实施例中，仅仅是在工件的“背面”上充入前体，在等离子放电中前体不会被带到电极侧，由此避免在高压电极(栏栅电极1/金属电极9)上形成涂层。
在上述第二变形中，根据本发明的方法可以在工件3的“背面”上实现等离子放电和/或等离子涂层，同时也可以在远离电极配置的“前面”上实现等离子放电。
上述对实施例的描述和图示都不构成对本申请保护的发明的限制而仅仅是用于对本发明的详细的描述。
附图标号
1.栏栅电极
2.导电体
3.公家
4.等离子当点
5.壳体
6.前体
7.处理气体
8.排出口
9.金属点击
10.等离子放电(电极侧)
P.箭头

Claims (8)

1.用于在连续大气压下对电绝缘工件，尤其是材料板或材料带，进行等离子处理和/或等离子涂层的方法，其中，被加工工件以一定距离设置在最少一个高压电极之下，该高压电极垂直于工件运动方向、至少在工件被加工上表面的宽度上延伸，电极和工件在一个运动方向上相互相对运动地设置，在一个高压电极上最好是以交流电的形式施加一个高压，其特征在于，在高压电极和工件之间的第一空间充有第一气氛，在工件远离高压电极的一侧、于其背面上形成的第二空间中充有与第一种气氛不同的第二种气氛，选择高压和第一及第二气氛，使得能够在第二种气氛中形成等离子放电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由不同的气体或气体混合物构成第一和第二气氛。
3.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一和第二种气氛保持在不同的压力下。
4.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，选择地和第二气氛以及高压，使得仅在第二种气氛中进行等离子放电。
5.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在第二种气氛中作为等离子放电的原材料的化学试剂(前体)涂敷于工件远离高压电极一侧上。
6.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用一对用于形成等离子放电(电晕放电)电极对，该电极对至少由两个在工件的同一侧设置的高压电极构成。
7.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一个栏栅电极作为最少一个高压电极的组成部分。
8.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一个金属电极作为最少一个高压电极的组成部分。
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