CN101376980A - 一种改善带钢润湿性的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善带钢润湿性的工艺，钢卷开卷后进入常压等离子镀膜单元；采用多组电极，每组两个电极；其中高压电极位于钢板的上方，用介电阻挡层覆盖；运行的带钢位于高压电极下方；带钢接地，或者位于接地电极的上方，通过绝缘物质阻隔；在两个电极间加上交流电，介电层阻挡了电流，产生介电放电；通入反应气体后，通过介质阻挡放电产生等离子，钢板在通过等离子区域时，实现表面处理，从而改变钢板表面的润湿性。本发明通过常压下介质阻挡放电(DBD放电)，等离子带钢表面处理，能够有效地提高表面产品的润湿性，从而提高与各种有机薄膜、镀层的结合力；整个生产过程清洁、环保。

Description

一种改善带钢润湿性的工艺
技术领域
本发明涉及带钢表面处理技术，特别涉及一种改善带钢润湿性的工艺。
背景技术
覆膜钢板是家电行业普遍采用的一种表面产品，这种产品具有较高的耐蚀性、可安全使用、具有漂亮的外观，因此应用广泛。表面有机膜与基板的结合力是该产品的关键性能，因为在成形过程中，薄膜的剥落必须抑制。
传统上，采用涂底漆和电镀铬(钝化)工艺来改善其结合力。但是这种化学处理不仅带来环保问题，而且需要消耗大量能量，成本较高。随着各种环保法规的出台，清洁生产成为钢铁行业必须追求的一个目标。
由于结合力很大程度上取决于近表面状态，而与基体材料关系不大。因此，需要寻找可以表面改性且不影响基体材料的工艺方法。真空镀膜作为表面改性和镀膜工艺，已经在电子、玻璃、塑料等行业得到了广泛的应用。真空镀膜技术主要优点在于其环保、良好的薄膜性能和可镀物质的多样性。这些工艺通过镀膜或者等离子刻蚀等改善钢卷表面润湿性，但是它们都需要在一定的真空下进行。为了达到所需的真空度，尤其是对于钢卷大规模生产所用的空对空方式，需要7—8级的多级密封装置，设备复杂，一次性投资费用高，生产维护成本昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善带钢润湿性的工艺，常压下等离子带钢表面处理，整个工艺过程环保，能够有效地提高表面产品的润湿性，从而提高与有机涂层的结合力。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种改善带钢润湿性的工艺，钢卷开卷后进入常压等离子镀膜单元；采用多组电极，每组两个电极；其中高压电极位于钢板的上方，用介电阻挡层覆盖；运行的带钢位于高压电极下方；带钢接地，或者位于接地电极的上方，通过绝缘物质阻隔；在两个电极间加上交流电或直流电，其频率大于200Hz；介电层阻挡了电流，产生介电放电；通入反应气体后，流量大于1sccm，通过介质阻挡放电产生等离子；钢板与等离子放电区的距离控制在1～7mm，钢板或板卷的运行速率在2～200米/分；钢板在通过等离子区域时，实现表面处理，从而改变钢板表面的润湿性。
又，钢卷为冷轧钢卷、不锈钢卷，或者是以钢板为基材的涂镀卷。
所述的反应气体为空气、氩气、氧气、氮气或氦气中的一种或两种以上的混合气体。
所述的阻挡层选用石英、Al2O3或陶瓷材料。
另外，本发明所述的电极采用的交流电压的频率在200Hz到20kHz范围内可调。
所述的DBD处于辉光放电、汤森放电或低温等离子三种状态。
优选地，所述的DBD放电保持在汤森放电范围内。
再有，本发明所述的电极还可以根据需要施加脉冲直流电，频率为500Hz-3kHz。
介质阻挡放电(DBD放电、Dielectric barrier discharge)在两个电极间加上交流电，介电层阻挡了电流，就会产生介电放电。为了提高处理速率，可以采用多组电极，每组两个电极。工艺控制主要通过控制电压频率来进行。
本发明工艺实现过程中基板的平均的气体温升在几度之间，尤其适用于处理一些对温度敏感的基板。通过控制过程工艺参数，实现均匀、高速的表面镀膜。
常压等离子是一个比较经济、可行的表面改性手段，可以有效地提高表面的结合力；同时可以避免环境污染和高成本的问题。许多材料，包括有机材料、无机材料、金属等都可以通过等离子进行表面改性。
常压下，冷放电通常由很多的半径在100微米级别的微放电组成，很容易成弧。电流密度被限制到一定范围内，才能产生等离子。介电阻挡放电是常压下最容易实现等离子的方法，其放电性质可以使辉光放电、汤森放电、等离子放电等形式。通常通过两个电极间的气体层及其中间的固体电介质层来实现。固体电介质可以被当作气体间隙连接的电容。
常压辉光放电通常使用惰性气体，使用氮气来实现汤森放电。在氩气(1013/cm3)或氮气1013/cm3)中的放电脉冲持续的时间和亚稳态原子或分子的密度也不相同，因此分布的电能取决于用来稳定放电的载气。频率为10kHz时，氦气中分布的平均电能为0.1W/cm2，氮气中为5W/cm2。在氦气中，通过增加工作频率可以提高放电中的等离子比例，但是与氦气相比，氮气、氩气、空气的成本要低很多。通过添加氧气还可以实现改变表面结构的作用。
通过选择不同的气体、可以实现不同的介质阻挡放电(DBD放电、Dielectric barrier discharge)。
本发明有益效果
本发明通过常压下介质阻挡放电(DBD放电)，等离子带钢表面处理，能够有效地提高表面产品的润湿性，从而提高与各种有机薄膜、镀层的结合力；整个生产过程清洁、环保。
本发明可以作为家电等行业的覆膜工艺的前处理，还可以作为现有钢铁厂冷轧薄板提高结合力所使用的钝化、有机预涂装等工序的替代工序。
附图说明
图1为本发明一实施例的示意图；
图2为本发明另一实施例的示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明改善带钢润湿性的工艺的一实施例，用于单面镀膜处理。
钢卷开卷后进入常压等离子镀膜单元2；采用多组电极3，每组两个电极；其中高压电极31位于带钢1的上方，用介电阻挡层4覆盖；运行的带钢1位于高压电极31下方；带钢1位于接地电极32的上方，通过绝缘物质6阻隔；在两个电极间加上交(直)流电，介电层阻挡了电流，产生介电放电；通入反应气体5，通过介质阻挡放电产生等离子，带钢1在通过等离子区域时，实现表面处理，从而改变钢板表面的润湿性。
再请参见图2，其为本发明工艺的第二实施例，其用于双面镀膜处理。
钢卷开卷后进入常压等离子镀膜单元2；采用多组电极3，每组两个电极；其中高压电极31位于带钢1的上方，用介电阻挡层4覆盖；运行的带钢1位于高压电极31下方；在两个电极间加上交(直)流电，介电层阻挡了电流，产生介电放电；通入反应气体5，通过介质阻挡放电产生等离子，带钢1在通过等离子区域时，实现表面处理，从而改变钢板表面的润湿性。
实施例1
改变无锡板(TFS板)与绝缘聚脂薄膜(PET薄膜)的结合力。
在本实施例中，在大气中使用介质阻挡放电工艺改变TFS板的表面润湿性，从而提高其与PET的结合力。
钢板与电极的距离在1mm范围内，采用脉冲直流电、频率为3kHz。
在室温、空气环境中，使用去离子水来测量接触角，采用剥落试验来检查其结合力；
钢卷以5-20米/分速度运行；
TFS板未处理前的接触角为90□，进行DBD处理后，随着钢卷运行速度的降低，其表面接触角从30□逐渐减少到接近0□；另外随着在空气中放置的时间延长，接触角会持续保持在10-30□范围内。
DBD处理对钢板表面的粗糙度等没有造成影响。XPS研究发现表面的碳含量减少，氧含量增加。处理后，表面形成的功能团，提高了与PET的健和，从而提高了结合力。剥落所需的最小力从未处理前的20gf增加到了处理后的600gf。
实施例2
对不锈钢表面进行润湿性优化。
在本实施例中，选用氩气，采用DBD工艺产生等离子放电，对不锈钢表面进行处理。
在DBD段，在常压下，以7sccm的速度通入氩气。
电压的频率选择1～10kHz范围内，距钢板的范围在1～2mm范围内可调。
不锈钢板以2～10米/分通过。
采用去离子水、二碘甲烷测量表面能。不锈钢的接触角从50□随着处理时间的增加，逐渐减少到10□。表面能从20增加到40mJ/m2。
实施例3
对镀锡板基板表面进行润湿性优化。
在本实施例中，选用氩气，采用DBD工艺产生等离子放电，对镀锡板基板进行处理。
在DBD段，在常压下，采用氮气和氧气作为反应气体，N2:O2＝4:1。
电压的频率选择1～10kHz范围内，距钢板的范围在1～2mm范围内可调。
冷轧钢板以2～10米/分通过。
表面接触角从50□随着处理时间的增加，逐渐减少到10□左右。表面粗糙度RMS从12.3减小到7.2nm。

Claims (8)

1.一种改善带钢润湿性的工艺，钢卷开卷后进入常压等离子镀膜单元；采用多组电极，每组两个电极；其中高压电极位于钢板的上方，用介电阻挡层覆盖；运行的带钢位于高压电极下方；带钢接地，或者位于接地电极的上方，通过绝缘物质阻隔；
在两个电极间加上交流电或直流电，其频率大于200Hz；通入反应性气体，流量大于1sccm；通过介质阻挡放电产生等离子，钢板与等离子放电区的距离控制在1～7mm，钢板或板卷的运行速率在2～200米/分；钢板在通过等离子区域时，实现表面处理，从而改变钢板表面的润湿性。
2.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，所述的电极采用的交流电压的频率在200Hz到20kHz范围内可调。
3.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，所述的电极施加脉冲直流电，频率为500Hz～5kHz。
4.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，所述的介质阻挡放电处于辉光放电、汤森放电或低温等离子三种状态。
5.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，所述的介质阻挡放电保持在汤森放电范围内。
6.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，所述的反应性气体为空气、氩气、氧气、氮气或氦气中的一种或两种以上的混合气体。
7.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，所述的阻挡层选用石英、Al2O3或陶瓷材料。
8.如权利要求1所述的改善带钢润湿性的工艺，其特征是，钢卷为冷轧钢卷、不锈钢卷，或者是以钢板为基材的涂镀卷。
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