CN102740963A - 用于连续基底的常压等离子处理的机器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于连续材料基底的常压等离子处理的机器，包括：用于进给基底（3）以沿着进给路径（A）移动其的装置（6）；至少两个电极（4），每个电极（4）定位在基底（3）的一个面（5）处，每个电极（4）面向基底（3）的相应的面（5），电势差可施加在两个电极（4）上，以产生放电；进给装置（6）包括至少一个第一辊（7）和一个第二辊（8），第一辊（7）和第二辊（8）与相应的电极（4）重合，并且每个辊作用于基底（3）的相应的面（5）上。

Description

用于连续基底的常压等离子处理的机器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于成行（线上，in-line）可渗透材料的基底（衬底，substrate）的常压等离子处理（atmospheric plasma treatment）的机器，即，能够通过电离气体处理由织物、非编织织物、纤维带、增强织物（例如玻璃纤维或碳纤维）或其他材料制成的基底的机器。
等离子处理允许获得具有改进特性的可渗透材料（可透过材料，permeable material）的基底。特别地，此处理允许改进材料的特性，例如防水性、颜色和染料的吸收性、防缩绒特性（anti-felting properties）（在羊毛的情况下），等等。等离子处理还允许，在诸如非编织织物的特殊基底上使材料沉积在基底本身上。
背景技术
现有技术的用于可渗透材料的基底的等离子处理的机器包括圆柱形空心辊筒。辊筒可围绕其自己的中心旋转轴线旋转，以传送待处理的基底。特别地，在机器操作过程中，基底部分地覆盖辊筒的外圆柱形表面。
该机器包括覆盖辊筒的外圆柱形表面的第一电极。更详细地，在机器操作过程中，第一电极夹在辊筒和基底之间。
该机器还包括面向第一电极并在辊筒之外的第二电极。在机器操作过程中，将待处理的基底定位在第一电极和第二电极之间。换句话说，第二电极部分地包围辊筒。
第二电极包括多个圆柱形杆，每个杆自己的延伸主轴与辊筒的中心旋转轴线平行。该杆离辊筒的中心旋转轴线的距离相等。它们还彼此以相等的角度隔开。
辊筒的圆柱形外表面具有允许气体从外部朝着辊筒中的内腔通过的开口。内腔与抽风机连接。在操作过程中，抽风机迫使气体从辊筒的外部移动至内部，从而在第二电极和第一电极的杆之间产生气流。特别地，在操作过程中，所述气流通过位于电极之间的基底。
在操作过程中，两个电极上存在电势差，这会在第二电极和第一电极的杆之间产生放电。这样，使在第一电极和第二电极之间移动的气体电离，在基底附近产生等离子体，并允许基底被处理。
现有技术的用于可渗透材料的基底的等离子处理的机器具有明显的缺点。首先，辊筒的旋转使基底受到切向力，该切向力能够使其变形并拉断低阻力材料（例如纤维带）。
另一个缺点是基底与第一和第二电极之间的不同距离。这会导致在基底的两个面上进行不均匀的处理。
发明内容
在本上下文中，形成本发明的基础的技术目的是，提出一种克服了现有技术的上述缺点的用于可渗透材料的基底的常压等离子处理的机器。
特别地，本发明的目标是，提供了一种用于对切向力具有低阻力的可渗透材料的基底的等离子处理的机器。
术语低阻力或低密度材料指的是，具有优选短纤维的松散且基本上不规则的编织的可渗透材料。
本发明的另一个目标是，提出一种能够确保材料的两个面上具有相等特性的用于可渗透材料的基底的等离子处理的机器和方法。
所指出的技术目的和所规定的目标基本上通过这样的机器和方法来实现，其是具有一项或多项所附权利要求中描述的技术特征的用于可渗透材料的基底的等离子处理的机器和方法。
附图说明
从遵循用于可渗透材料的基底的等离子处理的机器和方法的一个优选的、非限制性的实施方式的非限制性描述中，本发明的其他特征和优点是更显而易见的，如附图中所示，在附图中：
-图1是根据本发明的用于连续材料的基底的等离子处理的机器的示意性侧视图；
-图2是图1的机器的细节的示意性侧视图。
具体实施方式
参考附图，数字1整体表示根据本发明的用于可渗透材料的基底3的等离子处理的机器。例如，基底3可由织物、非编织织物、增强织物（例如玻璃纤维或碳纤维）、纤维带等制成。
机器1包括框架（结构，frame），在该框架中形成至少一个用于基底3的常压等离子处理的操作室2。所述实施方式优选地包括多个连续（串联，in series）布置的室2。特别是参考图1，机器1包括三个室2。
可以在室2中插入基底3，以执行常压等离子处理。实际上，每个室2容纳对等离子体产生来说所必需的气流。
主气体优选地是空气，尽管气体可能是主气体与任何其他可用于待处理基底3的等离子处理的特殊气体（例如，活性气体（氮气、二氧化碳或其他前体类型的气体），或惰性气体（氦气等），或它们的混合物）的混合物。
根据机器1的未示出的可替换实施方式，在下文中标为处理区域9的区域处，该机器包括相应的用于特殊（前体）气体的局部鼓风的装置。
对于等离子体产生，机器1包括至少两个电极4，优选地插在每个室2中。特别地，每个电极4面向基底3的相应的面5。实际上，电势差施加在电极4上，以产生放电，这会使气体电离并在待处理基底3附近产生等离子体。
机器1还包括用于基底3的进给装置（进料装置，feed means）6，用于沿着进给路径A移动基底3。特别地，进给装置6包括至少一个第一辊7和一个第二辊8，优选地容纳在一个室2中。优选地，每个室2容纳相应的第一辊7和第二辊8。
第一辊7和第二辊8与基底3的相应的相对面5接触。特别地，第一辊7和第二辊8以相反的方向旋转，优选地以相同的速度旋转，通过这样的方式，使得它们在基底3的两个面5上施加相等的进给作用（feedaction）。
术语“进给作用”指的是，辊7，8由于在辊的外表面和基底本身之间产生的静摩擦而与基底伴随（贴合，accompany），当沿着路径A进给基底3时，不会对其造成任何拉动。
在所述实施方式中，第一辊7和第二辊8之间的距离有利地小于待处理基底3的厚度。所述距离优选地大于0.4mm。
有利地，第一辊7和第二辊8各自与相应的电极4重合（迭合，coincide）。由于此原因，使用由介电材料优选硅酮制成的涂层对第一辊7和第二辊8在它们的外圆柱形表面上进行涂覆。特别是参考图2，为了在第一辊7和第二辊8上产生上述电势差，将第一辊7与诸如交流发电机15的发电机连接，而将第二辊8与地电位连接。
第一辊7和第二辊8各自具有相应的旋转轴线。旋转轴线优选地彼此平行。此外，将旋转轴线定位为，与用于基底3的进给路径A垂直。
更详细地，第一辊7和第二辊8是圆柱形的。第一辊7和第二辊8还具有50mm至90mm之间的相同直径，优选地是70mm。使用介电层涂覆辊7，8，使得它们可产生介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge）（DBD）类型的放电。
在所述实施方式中，机器1包括第一辊7的阵列和第二辊8的阵列。将所述阵列优选容纳在室2中。
第一辊7的每个阵列和第二辊8的每个阵列在基底3的相应的面5上操作，以这样的方式，使得在多个位于每个第一辊7和第二辊8之间的放电区域9处产生等离子体。该阵列还在处理区域处的基底3上操作。通过存在于室2中的放电区域9的组合，形成该处理区域。
该阵列还以这样的方式彼此一起在基底3上操作，以便沿着进给路径A移动基底3。
机器1的进给装置6包括至少一个作用于所有第一辊和第二辊7，8上、驱动它们旋转的电机（未示出）。换句话说，每个第一辊7和第二辊8是电机驱动的，并以相同的速度旋转。有利地，这允许在基底3上均匀地施加所述进给作用。特别地，在整个处理区域上均匀地分配该进给作用，沿着进给路径A进给基底3。
第一辊7的旋转轴线位于第一参考平面中，并优选相等地隔开。类似地，第二辊8的旋转轴线位于第二参考平面中，并优选相等地隔开。第一参考平面和第二参考平面彼此平行。
在所述实施方式中，两个相邻第一辊7的两条旋转轴线之间的距离在第一辊7的直径的100%至150%之间。该距离优选地在第一辊7的直径的120%至130%之间。在所述实施方式中，两个相邻第二辊8的两条旋转轴线之间的距离在第二辊8的直径的100%至150%之间。该距离优选地在第二辊8的直径的120%至130%之间。
将每个第一辊7操作地定位在两个第二辊8之间。换句话说，每个第一辊7的旋转轴线的操作平面中的投影在两个第二辊8的旋转轴线的两个投影之间。
操作平面是与第一参考平面和第二参考平面平行且离其距离相等的平面。
换句话说，在上述布局中，第一辊7和第二辊8彼此偏离。
特别地，每个第一辊7的旋转轴线的操作平面中的每个投影离两个第二辊8的旋转轴线的两个投影的距离相等。
应注意，第二辊8的阵列包括多个第二辊8，其比第一辊7的阵列中的第一辊7的数量多一个。由于此原因，第一辊7位于这样的地方，其离室2的壁部的距离比第二辊8和室2的壁部之间的距离更远。有利地，这防止第一辊7和室2的壁部之间的放电。
因此，每个第一辊7面向两个第二辊8，形成两个在其中产生等离子体的放电区域9。
机器1还包括用于每个室2的风扇装置，其用于引入主气体，有利地，空气的流。
如果在放电区域9附近存在用于特殊气体的鼓风装置并且有利地是前体气体，那么，该机器有利地包括用于将所述气体注入鼓风装置中的压缩机（未示出）。
每个室2具有用于横向进给（infeed）主气体的开口10。该开口10优选被制造在室2的壁部中，并且面向第一辊7的阵列或第二辊8的阵列，用于朝着两个阵列中的一个引入主气体。这样，气体在放电区域9处的第一辊7和第二辊8之间流动。
有利地，风扇装置包括调节单元，在附图中未示出，用于控制引入室2中的空气的湿度。
风扇装置允许同时冷却第一辊7、第二辊8和基底3，帮助避免在与第一辊7和第二辊8接触的基底3的一部分上的燃烧。
在处理区域中由风扇装置导致的气体（空气和/或其他气体）的流还在肉眼上使组成基底的材料上的等离子处理均匀，从而避免由位于基底的相同点处的重复放电而导致的材料上的燃烧。
此外，由风扇装置产生的空气流对带走由于等离子体和基底之间的相互作用而形成的多余气体来说是有用的，这会对放电引起不希望的变化，使得处理非常不均匀。
每个室2还包括用于抽出气体的另一个开口14。此开口优选地位于室2的另一个壁部中，该壁部与在其中制造开口10的室2的壁部相对。有利地，这允许抽出由气体电离得到的气态产物。
在一个实施方式中，等离子处理不发生在第一室2中。换句话说，在第一室2中的第一辊和第二辊7，8不用作电极4，而是仅用于基底3的进给。换句话说，实际上，在第一室2中的第一辊7和第二辊8之间没有放电。这允许制备基底3，将其浸入气态环境中，在第一室2中不执行等离子处理。可替换地，如果所述制备不是必需的，那么第一室2中的第一辊7和第二辊8用作电极4，并在所有室2中执行等离子处理。
机器1包括作用于基底3上并操作地定位在室2之间的转移装置（transfer means）11，用于将基底3从一个室2移动至另一个室2。特别地，转移装置11包括多对圆筒（缸体，cylinder）12。圆筒12具有与第一辊7和第二辊8的旋转轴线平行的它们自己的旋转轴线。更详细地，每个圆筒12作用于基底3的一个面5上，伴随其沿着进给路径的运动。将每对圆筒12操作地定位在两个室2之间。这样，每对圆筒12在两个室2（其一个位于另一个之后）之间转移基底3。
机器1还包括多个密封件13，每个密封件13定位在圆筒12和室2之间，以防止室2之间的气体交换。在所述实施方式中，密封件13是优选地由弹性体材料制成的片。
根据本发明的用于可渗透材料的基底3的等离子处理的方法包括，沿着进给路径A进给基底3的步骤。
基底3优选地通过将基底3浸在包含随后将电离的气体的环境中来制备。
然后，并且与进给步骤同时，通过在包含上述气体的环境中触发放电，来产生等离子体。将这样产生的等离子体施加至处理区域处的基底3。
特别地，通过在处理区域中执行进给作用（不在基底上有任何拉动），而产生进给基底3的步骤。
在处理过程中，产生待电离的上述气体的流，并将其引入处理区域中。
在一个优选实施方式中，产生气流的步骤包括，在处理区域引导气体（其优选地是空气）之前调节气体的步骤。
将产生并施加等离子体的步骤有利地重复多次。在所述实施方式中，重复两次。
可选地，气体的类型及其调节可随着每次重复而变化。
可选地，可以将室2中的气流方向改变成在一个室中与另一个室相比相反的方向。
本发明实现了预设目标并带来重要的优点。根据本发明的机器包括至少两个辊，所述辊作用于基底的两个面上，均匀地处理其并防止基底的机械磨损（机械损伤，mechanical deterioration）。
此外，由于辊也是电极，所以在基底上均匀地执行处理。
此外，由于辊使基底在两个面上以相同的方式受到处理，所以所述面将具有相似的特征。
该机器以这样的方式包括两个辊阵列，使得分配对沿着其长度的一部分进给基底来说必需的作用，从而明显地减小局部张力。在以其他方式会损坏的低密度材料的情况中，这是特别有利的。
此外，根据本发明的机器包括风扇装置，其能够改变处理区域中的气体并同时冷却基底和辊，从而防止基底上的燃烧。
第一辊和第二辊7，8执行基底3固定作用，其确保，通过其的空气流/气流不会导致基底3破裂或在任何情况中的损坏，与在使基底悬浮然后再次通过拉动作用拾起，并由此容易暴露于磨损的等离子处理机器中所发生的不同。

Claims (9)

1.一种用于连续基底的常压等离子处理的机器，包括：用于进给基底（3）的装置（6），用于沿着进给路径（A）移动所述基底（3）；至少两个电极（4），每个电极（4）定位在所述基底（3）的一个面（5）处，电势差可施加在所述电极（4）上，以产生放电；其特征在于，进给装置（6）包括至少一个第一辊（7）和一个第二辊（8），所述第一辊和第二辊（7，8）与相应的电极（4）重合，并且每个辊作用于所述基底（3）的相应的面（5）上。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述进给装置（6）包括所述第一辊（7）的阵列和所述第二辊（8）的阵列，所述阵列彼此一起作用于所述基底（3）上，以沿着所述进给路径（A）传送所述基底（3）。
3.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，每个第一辊（7）被操作地定位在两个第二辊（8）之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述进给装置（6）包括至少一个作用于所述第一辊（7）和所述第二辊（8）上用于驱动它们旋转的电机。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述机器包括室（2）和用于将气流引入所述室（2）中的装置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述机器包括至少一个与转移装置（11）操作地连续定位的室（2），所述转移装置（11）作用于所述基底（3）上并操作地定位于所述室（2）之外，以使所述基底（3）转移通过所述室（2）。
7.一种用于连续基底的常压等离子处理的方法，包括以下步骤：沿着进给路径（A）进给基底（3）；产生放电并对处理区域中的所述基底（3）施加常压等离子体，其特征在于，通过施加在所述处理区域中分布的力而产生进给所述基底（3）的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括在处理步骤的过程中冷却辊（7，8）的步骤。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法包括当将所述基底（3）定位在所述处理区域（9）中时在所述处理区域（9）中引导气流的步骤。
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