CN103320767A

CN103320767A - 等离子喷涂设备中的吸气阀

Info

Publication number: CN103320767A
Application number: CN2013100700381A
Authority: CN
Inventors: J·克鲁格; A·克劳斯
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: EP2641995B1; DE102012204689A1; CN103320767B; EP2641995A1; US20130251916A1

Abstract

本发明涉及一种用于通过等离子处理喷涂容器(104)，例如一塑料瓶的设备，包括至少一个用于向容器(104)内供应工艺气体的气体喷杆(103)，和至少一个用于从容器内部吸出空气的吸气阀(100)，其特征在于：吸气阀(100)具有至少一个凹槽(102)，例如居中设置的一个凹槽，用于接纳或引入至少一个气体喷杆至容器(104)中，且吸气阀(100)具有至少一个接地的、透气的电气屏蔽元件(101)，所述至少一个接地的，透气的电气屏蔽元件(101)几乎完全防止和/或抑制吸气阀内的等离子点火和/或燃烧。

Description

等离子喷涂设备中的吸气阀

技术领域

本发明涉及一种用于通过等离子处理喷涂容器的设备。

背景技术

为降低中空主体的容器壁/壁的渗透率，例如对于不合需要的物质，提供这些带有阻隔层的壁是有好处的，比如通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)，比如，如EP0881197A2中所述。

这种阻隔层是必需的，例如，为了降低通过容器塑料壁的气体的传输速率。这使得，例如，从填满的产品中损失的二氧化碳或向产品中引入的氧气尽量少。同样地，保护产品防止物质从容器材料逸出也是可能的，物质从容器材料逸出可能会改变产品的颜色或味道。

为通过等离子处理对容器喷涂，例如塑料瓶内部的等离子喷涂，尤其是所谓的高频等离子体可能被用在所谓的低压系统中。

首先，抽吸容器内部至压力为1至10帕之间。然后，一工艺气体通过气体喷杆引入到待喷涂表面的区域，例如容器内部。所述层，即所谓的前体(precursor)——就是从工艺气体中形成的，并使容器内部的压力上升至10至30帕或更高。

这种气体或气体混合物可通过电磁辐射（例如微波或高频，例如13.56MHz的高频）或其他电场部分或全部转变为等离子态，且同时被分解为其组分。

在这种情况下，例如，由容器外部的平端面电极辐射的高频被耦合至一导电的气体喷杆，且容器内部为10至30帕之间这种的良好的压力条件，在待喷涂容器内部点燃等离子。

通过气体喷杆上适当的孔供应至容器内部的部分工艺气体在气相(gas phase)下或在待喷涂基体的表面上使得等离子增强发生作用，例如塑料瓶的内壁，并在该表面上凝结形成一封闭层。

为防止瓶外的等离子点火，相对于容器内部的压力，该区域承受较高的压力，例如3000至4000帕。为此，容器可能被压向一阀门，通过该阀门容器内部的操作压力被抽至1至30帕。

在实践中会出现的问题是等离子可能不只在容器中燃烧，而且以一种不合需要的方式在吸气阀中燃烧。该等离子耗尽未界定的和无法界定的那部分能量，这样，之后在容器中就没有能量来分解工艺气体。在这种情况下，该能量损失难以得到补偿，例如，通过更高的高频电源，因为这可能导致电极上更高的电压。这些更高的电压可能再次导致容器外部的等离子放电，这样容器中可用的电能会进一步减少。

另一个问题是温度和阀内等离子产生的反应气体。它们使得进程更为困难，因为不得不主动冷却阀门以保护其免遭损坏。此外，阀内的密封材料会受到反应气体的影响而需要更经常地进行更换。

就现有条件而言，如果阀由塑料材料制成，原则上它们组成瓶开口的一几何延长。然而，如果采用了高频，等离子就像在容器本身内一样被点燃。如果阀是由金属制成的，且各个部件都是接地的，等离子仍然可能在内部形成，因为一空心阴极可能因此形成。此外，这种空心阴极等离子具有一特别加强型的等离子密度，特别强烈地加热阀部件，从而导致损坏。

发明内容

因此，本发明的目的是，改善一种用于通过等离子处理喷涂容器的设备，例如，喷涂塑料瓶，特别是关于尽量减少容器开口区域中不合需要的等离子点火和/或等离子燃烧。

根据本发明，通过根据权利要求1的一种设备和根据权利要求14的一种方法可达成这一目的。独立权利要求中明确了有利的实施例和进一步的发展。

根据本发明的一种通过等离子处理喷涂容器的设备，例如用于喷涂塑料瓶，可能包括至少一个用于向容器内部供应工艺气体的气体喷杆，和至少一个用于由容器内部吸出空气或气体的吸气阀。

所述吸气阀可能具有至少一个凹槽，例如居中设置的一个凹槽，用于接纳或引入至少一个气体喷杆至容器中，且所述吸气阀可能包括至少一个接地的、透气的电气屏蔽元件。所述至少一个接地的、透气的电气屏蔽元件能够几乎完全防止和/或抑制吸气阀内的等离子点火和/或燃烧。

避免或尽量减少吸气阀中的等离子点火和/或等离子燃烧是具有优势的，尤其是，吸气阀热加载到一较小的程度，例如不需要主动冷却，这样吸气阀的使用寿命可以更久一点。另外，尽量减少吸气阀内或待喷涂容器区域之外的不合需要的等离子点火和/或等离子燃烧过程的优势是可减少用于喷涂的等离子的能量损失。

所述至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件可具有透气的中空主体结构。优选地，这些透气的中空主体结构可能具有等于或小于喷涂期间产生的等离子的德拜长度(Debye length)的平均直径以便产生有效的电气屏蔽效果，以便尽量减少吸气阀内的等离子点火过程和等离子燃烧过程。

电气屏蔽元件可能具有多种不同的结构。

特别地，所述电气屏蔽元件可能是透气的、疏松多孔结构，所述孔的平均孔径，例如在0.01毫米至6毫米之间，最好在3毫米至4毫米之间。

在这方面，该透气的中空主体结构或电气屏蔽元件的透气的、疏松多孔结构可能是由金属泡沫（例如泡沫铝）制成，或由导电陶瓷泡沫（如氧化铝/氮化钛）制成，或由具有碳素纤维的导电复合陶瓷制成，或由具有导电性的塑料或高分子泡沫材料制成，或由上述泡沫的组合制成。

至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件也具有至少一个网状的网格结构，其平均网眼直径，例如，在0.01毫米至6毫米之间，最好在0.2毫米至0.5毫米之间。例如，可以想象的到，吸气阀包括多个电气屏蔽元件，所述电气屏蔽元件具有一网状的网格结构，可在吸气阀内设置多层网格结构，其间距在0.01毫米至6毫米之间，最好是在0.5毫米至1毫米之间，例如，以防止等离子被点燃和/或沉积于各层之间。

此外，可以想象的到，至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件包括同心设置的、具有径向中间间壁的壁，同心设置的壁的平均壁间距的范围，例如，在0.01毫米和6毫米之间，最好在3毫米和4毫米之间，且径向中间间壁的平均距离，例如在0.01毫米至6毫米的范围之间，最好在3毫米和4毫米之间。

至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件也可成形为蜂窝结构，其蜂窝管的平均蜂窝直径范围是，例如，在0.01毫米至6毫米之间，最好是在3毫米和4毫米之间。

蜂窝管的平均长度，在这种情况下，要大于蜂窝管的平均蜂窝直径。例如，蜂窝管的平均长度可能大于蜂窝管的平均蜂窝直径乘以一个系数：1.5、2.0、4.0、6.0、10.0或更大，最好是5到10。这是具有其优势的，尤其是，沿吸气阀的纵轴上的等离子被击穿的风险可降至最低。

蜂窝管的横截面的形状可以是正多边形（例如三角形、四边形、五边形、六边形），凸面体和/或非凸面内壁状，星状多边形，环形（如圆形、椭圆形），或上述形状的组合。但是，六边形横截面是最佳的，这样能够在蜂窝结构材料、蜂窝结构体积和蜂窝结构稳定性之间获得一最佳的关系。

此外，也可用金属板作电气屏蔽元件，其上可能具有多个孔，平均孔径为0.01至6毫米，最好是3至4毫米。孔的长度可能是平均孔径的数倍，最好超过平均孔径的5至10倍。

电气屏蔽元件可能由金属（例如铝）制成，由导电陶瓷（如氧化铝/氮化钛）制成，由具有碳素纤维的导电复合陶瓷制成，由具有导电性的塑料材料组成，或由上述材料的组合制成。

从容器中抽吸空气或气体时吸气阀的流动阻力主要取决于吸气阀的开口截面、吸气阀内壁上的摩擦阻力和阀中的气传导。容器内部可被抽至所需操作压力处的速率首先被容器自身的开口横截面所限制。

因此优选地，吸气阀的开口横截面可能具有至少与容器的开口横截面一样的尺寸。优选地，同样，抽吸期间吸气阀的流动阻力可能等于或小于穿过容器开口时的流动阻力。

这样的好处在于，容器内部可抽至一需要的操作压力，例如在1至30帕之间，要足够快，例如，在少于500毫秒内，从而以一速度处理或喷涂容器，所述速度为它们穿过生产流程，例如在圆盘传送器的传送带或固定卡具上的速度。

电气屏蔽元件可能由一件或多件组成，其高度占吸气阀高度的至少10%、20%、30%或60%或更多。

然而，吸气阀可能还包括多个电气屏蔽元件，且各个电气屏蔽元件的高度的总和占吸气阀高度的至少10%、20%、30%或60%或更多。电气屏蔽元件可能，例如，由蜂窝结构，疏松多孔的泡沫或网格的组合组成，不同部分之间的垂直距离可能小于1、2毫米，最好小于0.5毫米。

根据本发明的一种用于通过等离子处理喷涂容器的方法，例如用于喷涂塑料瓶，一气体喷杆通过位于容器开口处的吸气阀的凹槽引入容器内部。通过吸气阀，容器内部可被抽至一操作压力，例如1至30帕。在容器内部，一由气体喷杆供应的工艺气体，可部分或全部转变为等离子体，且容器内部可通过等离子体增强化学气相沉积法喷涂，例如，用气体阻隔层。位于吸气阀上的一个或多个电气屏蔽元件几乎完全防止和/或抑制吸气阀内或不被喷涂区域内的等离子点火和/或燃烧。

附图说明

以实例显示附图：

图1：具有气体喷杆和吸气阀的容器；

图2：吸气阀；

图3：吸气阀；

图4：蜂窝结构；

图5：用于电气屏蔽元件的典型的横截面。

具体实施方式

图1以实例显示了包括吸气阀100的容器104。一气体喷杆103可通过吸气阀100上的一凹槽102引入容器中。吸气阀100可具有一电气屏蔽元件101，所述电气屏蔽元件具有一高度105，所述高度可延伸，例如，穿过吸气阀100的近乎整个高度106。

图2以实例显示了容器212的开口，同样具有一吸气阀200位于其上。一气体喷杆201可通过吸气阀200的一凹槽211引入到容器212中。吸气阀200可包括多个电气屏蔽元件203、204、205，其可具有不同的高度206、207和208，和相互之间的距离209、210，例如，距离209、210在0.01毫米至6毫米之间，最好在0.5毫米至1毫米之间。电气屏蔽元件203、204、205各自的高度206、207和208的总和可占吸气阀200的高度202的至少10%、20%、30%或60%或更高。

此外，电气屏蔽元件203、204、205的材料和结构相互之间可各不相同。例如，电气屏蔽元件205可制成疏松多孔的金属泡沫，电气屏蔽元件204可制成蜂窝结构，电气屏蔽元件203可制成网格结构。

图3以实例显示了容器305的开口，其上具有一吸气阀300。气体喷杆301可通过吸气阀300的一凹槽304引入到容器305中。气体喷杆301可另外由一保持架303固定。吸气阀300可包括一成形为蜂窝结构的电气屏蔽元件302。蜂窝管306的平均长度可能大于蜂窝管306的蜂窝直径乘以一个系数：1.5、2.0、4.0、6.0、10.0或更大，最好是5到10。蜂窝管306的蜂窝直径307可在0.01毫米至6毫米之间，最好在3毫米和4毫米之间。在这方面同样参见图4，举例说明了蜂窝结构403中蜂窝管的蜂窝直径401和长度402。

图5a、5b、5c、5d以实例显示了不同的典型电气屏蔽元件的不同的横截面形状。

图5a中的电气屏蔽元件500具有，例如，凹槽501周围的疏松多孔结构，借此孔502的平均孔径可在0.01毫米至6毫米之间，最好在3毫米至4毫米之间。

图5b中的电气屏蔽元件600具有，例如，凹槽601周围的带有径向中间间壁603的同轴壁602的结构，同轴壁602和径向中间间壁603之间的平均距离都可在0.01毫米至6毫米之间，最好在3毫米至4毫米之间。

图5c中的电气屏蔽元件700具有，例如，凹槽701周围的带有网眼702的网格结构，所述网格结构的平均网眼直径可在0.01毫米至6毫米的范围之间，优选的是在0.2毫米至0.5毫米之间。网眼702的几何形状可以是规则的或不规则的。

图5d以实例显示了一电气屏蔽元件800，所述电气屏蔽元件具有一环绕凹槽801的蜂窝结构，蜂窝管802的平均蜂窝直径可在，例如0.01毫米至6毫米的范围内，最好在3毫米至4毫米之间。蜂窝的横截面可以是五边形的，如图所示。然而，其他的横截面形状也是可以的，例如正多边形（例如三角形、四边形），凸面体和/或非凸面内壁状，星状多边形，环形（如圆形、椭圆形），或上述形状的组合。

优选的是具有六边形蜂窝横截面的结构，尤其是，为了有利地获得蜂窝管开口横截面和蜂窝管壁横截面之间的最佳的关系，且例如，为了通过折叠和连接的方法使蜂窝结构易于生产，如薄膜材料。

需要指出的是，电气屏蔽元件和吸气阀各自典型的圆形外形分别是对通常为圆形的容器开口形状的适应性结果。因此，使吸气阀和电气屏蔽元件的几何形状适应非圆形的容器开口，例如矩形容器开口，也是有可能的。

附件为2页共8幅说明书附图。

用于指代的参考数字如下：

100、200、300吸气阀

101、203、204、205、302、500、600、700、800电气屏蔽元件

102、211、304501、601、701、801凹槽

103、201、301气体喷杆

104、212、305容器

105、206、207、208电气屏蔽元件高度

209、210相邻电气屏蔽元件之间的距离

106、202吸气阀高度

303用于气体喷杆和/或电气屏蔽元件的保持架

306、802蜂窝管

307、401蜂窝管直径

402蜂窝管长度

403蜂窝结构

502孔

602同轴壁

603径向中间间壁

702网眼

Claims

1.一种通过等离子处理喷涂容器(104)，例如一塑料瓶，的设备，包括至少一个用于向容器(104)内供应工艺气体的气体喷杆(103)，和至少一个用于从容器内部吸出空气的吸气阀(100)，其特征在于：吸气阀(100)具有至少一个用于接纳或引入至少一个气体喷杆至容器(104)中的凹槽(102)，例如居中设置的一个凹槽，且吸气阀(100)具有至少一个接地的、透气的电气屏蔽元件(101)，所述至少一个接地的，透气的电气屏蔽元件(101)几乎完全防止和/或抑制吸气阀内的等离子点火和/或燃烧。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件具有一疏松多孔结构，其孔的平均孔径，例如在0.01毫米至6毫米之间，最好是在3毫米至4毫米之间。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：电气屏蔽元件由金属泡沫，例如铝泡沫，制成，或由导电陶瓷泡沫，例如氧化铝/氮化钛，制成，或由具有碳素纤维的导电复合陶瓷制成，或由具有导电性的塑料或高分子泡沫材料制成，或由上述泡沫的组合制成。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件具有至少一个网状的网格结构，其平均网眼直径，例如在0.01毫米至6毫米之间，最好在0.2毫米至0.5毫米之间。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件包括同心设置的、具有若干径向中间间壁的壁，同心设置的壁的平均壁间距的范围，例如在0.01毫米至6毫米之间，最好是3毫米至4毫米之间，且径向中间间壁的平均距离，例如在0.01毫米至6毫米的范围之间，最好是在3毫米至4毫米之间。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个凹槽周围的、用于接纳或引入所述的至少一个气体喷杆的电气屏蔽元件具有一蜂窝状结构，其蜂窝管的平均蜂窝直径，例如在0.01毫米至6毫米的范围之间，最好是在3毫米至4毫米之间。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：蜂窝管的平均长度大于蜂窝管的平均蜂窝直径，例如，蜂窝管的平均长度超过蜂窝管的平均蜂窝直径乘以一个系数：1.5、2.0、4.0、6.0、10.0或更大，最好是5到10。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：蜂窝管的横截面具有正多边形的形状，例如三角形、四边形、五边形、六边形，凸面体和/或非凸面内壁状，星状多边形，环形，如圆形、椭圆形，或上述形状的组合。

9.根据权利要求1、4、5、6、7或8所述的设备，其特征在于：电气屏蔽元件由导电陶瓷，如氧化铝/氮化钛，制成，由具有碳素纤维的导电复合陶瓷制成，由金属，例如铝，制成，由具有导电性的塑料材料制成，或由上述材料的组合制成。

10.根据以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于：抽吸时吸气阀的流动阻力等于或小于通过容器开口时的流动阻力。

11.根据以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于：吸气阀配置为允许容器内部被抽至一所需的操作压力，例如在1至30帕之间，少于500毫秒之内。

12.根据以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于：电气屏蔽元件的高度占吸气阀高度的至少10%、20%、30%或60%或更多。

13.根据以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于：吸气阀包括多个电气屏蔽元件，且根据以上权利要求形成电气屏蔽元件的一组合，例如根据权利要求4的网格结构形成的第一部分以及根据权利要求2的疏松多孔的泡沫形成的第二部分。

14.一种通过等离子处理喷涂容器的方法，例如喷涂塑料瓶，包括：

引入一气体喷杆至容器内部，所述气体喷杆穿过位于容器开口处的吸气阀上的一凹槽，或者说由位于容器开口处的吸气阀上的一凹槽接纳，

抽吸容器内部至一操作压力，例如1至30帕，

通过气体喷杆向容器内部供应工艺气体，

通过化学气相沉积法对容器内部进行等离子增强喷涂，其中位于吸气阀上的一个或多个电气屏蔽元件几乎完全防止和/或抑制吸气阀内或不被喷涂区域内的等离子点火和/或燃烧。