CN110176366B - 一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统，包括壳体和等离子体处理装置，该等离子体处理装置有两个等离子体处理单元，且两个等离子体处理单元的等离子发生层方向相反。电机带动电容器薄膜材料依次通过两个等离子体处理单元的等离子体发生层进行处理。本发明在实现处理电容器薄膜双面的同时，并不影响材料本体的电学及机械性能，而且具有设备简单、操作容易、节能环保、处理时间短、面积大且效率高等优点，适合于工业大规模生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及电容器薄膜材料表面处理领域，具体涉及一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统。
背景技术
储能电容器因具有高储能密度、充放电速度快、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境和性能稳定的优点，近年来在电力系统、电子器件、脉冲功率电源等方面扮演着重要的角色。电容器薄膜材料由于具有良好的柔韧性、击穿场强高、质量轻、加工温度低、可以大面积成膜等优势，被广泛应用。但由于其介电常数和击穿场强低，储能密度受到限制。通过电容器薄膜改性或掺杂可以提高电容器薄膜的击穿场强，从而提高电容器储能密度，是当前的研究热点。
中国专利文献CN101277576A公开了一种双介质阻挡放电处理薄膜材料表面的系统，这种系统的上下电极由两种绝缘材料(通常是玻璃管或陶瓷管)包覆，结构比较复杂，且造价比较昂贵。中国专利文献CN204014246U公开了一种多层介质阻挡放电低温等离子体产生装置，但是由于其阻挡介质比较多，结构复杂成本也比较高；同时由于其上下电极间距大，击穿电压高，对功率源的要求很高。中国专利文献CN206674287U公布了一种表面介质阻挡放电等离子体材料处理装置。它采用高频高压电源在密封的空间内产生等离子体来处理薄膜表面。由于其没有进气口和出气口，无法保证反应腔体的气压，放电强度不稳定，产生等离子体也不均匀，有可能导致薄膜表面处理不均匀。同时它不能带前驱物进入反应腔，导致镀膜的种类有限。此外上述三个专利一次性只能处理薄膜的一面，其性能改善有一定的限制，处理效率低。
发明内容
本发明为了解决现有技术的设备昂贵，工艺复杂，无法处理电容器薄膜材料双面，不利于大规模工业生产应用的问题，从而提供一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统，降低成本，提高工作效率。
为此，本发明通过高压电源激励金属电极产生大气压低温等离子体，输入合适的前趋物和工作气体，将前驱物附着在电容器薄膜材料的双表面上；等离子体中的高能电子和活性粒子轰击电容器薄膜材料表面，在表面发生聚合和接技作用，从而在电容器薄膜材料沉积一定厚度的绝缘薄膜。
本发明公开了一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统，包括壳体和等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置，包括，
第一等离子体处理单元和第二等离子体处理单元，沿电容器薄膜材料的传动方向上，依次间隔设置于所述壳体内；所述第一等离子体处理单元包括第一阻挡介质层及设置于其两侧的第一等离子体发生层和第一接地电极，所述第二等离子体处理单元包括第二阻挡介质层及设置于两侧的第二等离子体发生层和第二接地电极；
相对于所述第一阻挡介质层或者第二阻挡介质层，所述第一等离子体发生层和第二等离子体发生层分设于所述第一阻挡介质层或者第二阻挡介质层的两侧，以使电容器薄膜材料的一面通过所述第一等离子体发生层并被其处理后，再使电容器薄膜材料的另一面通过所述第二等离子体发生层并被其处理。
其中，在所述第一阻挡介质层上间隔设置若干第一高压电极，若干所述第一高压电极在所述第一阻挡介质层上形成所述第一等离子体发生层；
在所述第二阻挡介质层上间隔设置若干第二高压电极，若干所述第二高压电极在所述第二阻挡介质层上形成所述第二等离子体发生层。
进一步的，所述第一高压电极包括并不限于铜管、铜箔和铜导线的任意一种，相邻第一高压电极彼此平行且间距相等；
所述第二高压电极包括并不限于铜管、铜箔和铜导线的任意一种，相邻第二高压电极彼此平行且间距相等。
本系统还包括热熔胶层，设置于所述第一接地电极和第二接地电极上，以将所述第一接地电极包覆于所述第一阻挡介质层上和将所述第二接地电极包覆于所述第二阻挡介质层上。
所述第一阻挡介质层和第二阻挡介质层上分别设置调节单元，以通过所述调节单元调节第一阻挡介质层和第二阻挡介质层和壳体上面板的距离。
本系统还包括传动机构，所述传动机构包括，电机；
传导锟轴，设置于所述壳体内且位于所述第一等离子体处理单元和第二等离子体处理单元之间，所述传导锟轴包括第一传导锟轴和第二传导锟轴，所述第一传导锟轴靠近所述第一等离子体处理单元且与所述第一等离子体发生层平齐，所述第二传导锟轴靠近所述第二等离子体处理单元且与所述第二等离子体发生层平齐；
表面卷绕电容器薄膜材料的释材滚轴和用于传导电容器薄膜材料的第一传导锟轴，均靠近所述第一等离子体发生层设置于所述壳体外，所述释材滚轴和第一传导锟轴间存在适于电容器薄膜材料通过的间隙，以使电容器薄膜材料通过间隙进入所述壳体并通过所述第一等离子体发生层；
用于传导电容器薄膜材料的第二传导锟轴和用于收卷处理后的电容器薄膜材料的收卷滚轴，均靠近所述第二等离子体发生层设置于所述壳体外，所述第二传导锟轴和收卷滚轴间存在适于电容器薄膜材料通过的间隙，以使来自所述壳体内的电容器薄膜材料通过间隙被所述收卷滚轴收卷。
优选的，所述第一阻挡介质层和第二阻挡介质层的厚度均为0.8-1.5mm；
所述第一阻挡介质层和第二阻挡介质层的厚度均为0.8-1.5mm；
所述第一等离子体处理单元和第二等离子体处理单元的间距为5-30cm；
相邻第一高压电极之间的间距为0.3-2cm，相邻第二高压电极之间的间距为0.3-2cm；
第一等离子体处理单元底部与上面板的距离为5-30cm，第一等离子体处理单元底部与上面板的距离为5-30cm。
进一步的，所述第一高压电极和第二高压电极均与电源连接；
所述收卷滚轴与电机连接；
所述壳体上分别设置若干排气孔和至少两个进气孔，以通过所述排气孔将等离子体处理过程中的废气外排，通过所述进气孔向所述壳体内通入前驱物和工作气体；所述进气孔中至少存在一个进气孔分别与第一等离子体发生层和第二等离子体发生层平齐。
优选的，所述电源为高频高压电源和脉冲电源中的任意一种，放电电压范围为4-20kV；
所述前驱物包括并不限于正硅酸乙酯、六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和四氯化钛中的至少一种；
所述工作气体包括并不限于惰性气体、惰性气体与氮气的混合气体、惰性气体与氧气的混合气体中的任意一种。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明通过设置两个拥有方向相反的等离子体发生层的等离子体处理单元，可以一次性处理电容器薄膜材料的两个面，不需要将电容器薄膜材料重复放入系统进行处理。
(2)本发明沉积的绝缘薄膜改变电容器薄膜材料的表面粗糙度，降低了材料表面能，加速电荷消散，从而提高电容器薄膜材料的耐压强度和储能密度。
(3)本发明使用的表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体与其它大气压等离子体相比具有许多优点：
1)SDBD在高功率下放电稳定。
2)SDBD放电由许多等离子通道组成，其密度很大，使得放电在宏观上看上去很均匀，对薄膜的处理也很均匀。
3)SDBD等离子体通道平行于处理薄膜的表面，薄膜材料表面与等离子体接触良好，处理时间相对较短。
4)SDBD激励器结构简单、功耗较低。
(4)本发明系统结构简单且操作容易，可控性强，作用时间短而效率高，适合大批量生产。
本发明的等离子体放电形式不仅限于表面介质阻挡放电，也可通过更换激励器的方式使用针-板弥散放电形式、针-环滑动放电形式和大气压等离子体射流放电等；
在电容器薄膜材料上沉积的薄膜不仅限绝缘薄膜，也可以通过更换前驱物和电源电压的方法沉积半导体薄膜或有机薄膜等材料，因此，本发明不仅限于提高电容器储能密度，也可用于提高绝缘材料真空耐压特性、加快绝缘材料表面电荷消散、提高金属材料功函数等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统的主视图；
图2为图1所示的该系统的左视图；
图3为图1所示的该系统的第二等离子体处理单元的俯视图；
附图标记说明：
1-壳体；11-电源；12-电机32的操作开关及电源；13-上面板；14-螺丝；15-排气孔；16-进气孔；17-角轮；2-等离子体处理装置；21-第一等离子体处理单元；211-第一等离子体发生层；212-第一高压电极；213-第一阻挡介质；214-第一接地电极；22-第二等离子体处理单元；221-第二等离子体发生层；222-第二高压电极；223-第二阻挡介质；224-第二接地电极；23-热熔胶；24-螺孔；3-传动机构；31-电容器薄膜材料；32-电机；33-释材滚轴；34-收卷滚轴；351-第一传导锟轴；352-第二传导锟轴；353-第三传导锟轴；354-第四传导锟轴。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例公开了一种表面介质阻挡放电处理电容器薄膜材料双面的系统的结构。
参见图1，壳体1和等离子体处理装置2，其中等离子体处理装置2包括第一等离子体处理单元21和第二等离子体处理单元22，沿电容器薄膜材料31的传动方向上，依次间隔设置于所述壳体1内；所述第一等离子体处理单元21包括第一阻挡介质层213及设置于其下侧的第一等离子体发生层211和设置于其上侧第一接地电极214，所述第二等离子体处理单元22包括第二阻挡介质层223及设置于其上侧的第二等离子体发生层221和设置于其下侧的第二接地电极224。
参见图3，在所述第二阻挡介质层223上间隔设置若干第二高压电极222，在所述第二阻挡介质层223上形成所述第二等离子体发生层221；第二高压电极222为铜管，相邻第二高压电极222彼此平行且间距相等。第二阻挡介质层四个角有通透的螺孔24。
同样的，在所述第一阻挡介质层213上间隔设置若干第一高压电极212，在所述第一阻挡介质层213上形成所述第一等离子体发生层211；第一高压电极212为铜管，相邻第一高压电极212彼此平行且间距相等。第一阻挡介质层四个角有通透的螺孔24。
参见图1，等离子体处理装置2包括热熔胶层23，设置于所述第一接地电极214和第二接地电极224上，以将所述第一接地电极214和第二接地电极224包覆于第一阻挡介质层213和第二阻挡介质层223上。
螺丝14下端固定在上面板13，上端通过螺帽后通过螺孔24，拧动螺帽可以调节第一阻挡介质层213和第二阻挡介质层223相对于上面板13的高度，从而使得第一等离子体处理单元21底部与上面板13的距离为5-10cm，第二等离子体处理单元22底部与上面板13的距离为5-10cm。
本系统还包括传动机构3，包括，电机32；传导锟轴，其中传导锟轴包括第一传导锟轴351、第二传导锟轴352、第三传导锟轴353和第四传导锟轴354，所述第一传导锟轴351和第二传导锟轴352设置于所述壳体1内且位于所述第一等离子体处理单元21和第二等离子体处理单元22之间，所述第一传导锟轴351靠近所述第一等离子体处理单元21且与所述第一等离子体发生层211平齐，所述第二传导锟轴352靠近所述第二等离子体处理单元22且与所述第二等离子体发生层221平齐；
电容器薄膜材料31的释材滚轴33和用于传导电容器薄膜材料31的第三传导锟轴353，均靠近所述第一等离子体发生层211设置于所述壳体1外，所述释材滚轴33和第三传导锟轴353间存在适于电容器薄膜材料31通过的间隙，以使电容器薄膜材料31通过间隙进入所述壳体1并通过所述第一等离子体发生层211；
用于传导电容器薄膜材料31的第四传导锟轴354和用于收卷处理后的电容器薄膜材料31的收卷滚轴34，均靠近所述第二等离子体发生层221设置于所述壳体1外，所述第四传导锟轴354和收卷滚轴34间存在适于电容器薄膜材料31通过的间隙，以使来自所述壳体1内的电容器薄膜材料31通过间隙被所述收卷滚轴34收卷。
所述第一阻挡介质层213和第二阻挡介质层的厚度223均为1mm，大小为10cm×10cm，材料为K9玻璃；
所述第一等离子体处理单元21和第二等离子体处理单元22的间距为15cm；
相邻第一高压电极212之间的间距为0.6cm，相邻第二高压电极222之间的间距为0.6cm。
第一高压电极212和第二高压电极222均与电源11连接；
收卷滚轴34与电机32连接；
参见图2，所述壳体1顶部设有排气孔15和两个进气孔16，以通过所述排气孔15将等离子体处理过程中的废气外排，通过所述进气孔16向所述壳体1内通入前驱物和工作气体；所述进气孔16分别与第一等离子体发生层211和第二等离子体发生层221平齐。
参见图1，壳体1还设置有电机32的操作开关及电源12，壳体底部四个角落有角轮17。
电源11为高频高压电源，放电电压范围为4-20kV；
前驱物包括并不限于正硅酸乙酯、六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和四氯化钛中的至少一种；
工作气体包括并不限于惰性气体、惰性气体与氮气的混合气体、惰性气体与氧气的混合气体中的任意一种。
可以处理的电容器薄膜材料31包括并不限于聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺和铁电聚合物中的任意一种
壳体1材料为不锈钢，上面板13材料为塑料。
实施例2
本实施例公开实施例1处理电容器电容器薄膜材料的方法。
参见图1，电源11给第一高压电极212和第二高压电极222提供高压电，在其表面形成分别产生大气压低温等离子体；电机32带动收卷滚轴34转动，配合第四传导锟轴354收卷电容器薄膜材料31，使得释材滚轴33配合第三传导锟轴353释放电容器薄膜材料31，电容器薄膜材料31随着传导锟轴固定的路线行进；参见图2，进气孔16中通入前驱物和工作气体，将前驱物分别在附着在电容器薄膜材料31的两个面，经过第一等离子体发生层211和第二等离子体发生层221时，等离子体中的高能电子和活性粒子轰击电容器薄膜材料31表面，在电容器薄膜材料31表面发生聚合和接技作用，从而在电容器薄膜材料31的两个面分别沉积一定厚度的绝缘薄膜。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种电容器薄膜材料的双面等离子体处理系统，包括壳体(1)和等离子体处理装置(2)，其特征在于，所述等离子体处理装置(2)，包括，
第一等离子体处理单元(21)和第二等离子体处理单元(22)，沿电容器薄膜材料(31)的传动方向上，依次间隔设置于所述壳体(1)内；所述第一等离子体处理单元(21)包括第一阻挡介质层(213)及设置于其两侧的第一等离子体发生层(211)和第一接地电极(214)，所述第二等离子体处理单元(22)包括第二阻挡介质层(223)及设置于其两侧的第二等离子体发生层(221)和第二接地电极(224)；
相对于所述第一阻挡介质层(213)或者第二阻挡介质层(223)，所述第一等离子体发生层(211)和第二等离子体发生层(221)分设于所述第一阻挡介质层(213)或者第二阻挡介质层(223)的两侧，以使电容器薄膜材料(31)的一面通过所述第一等离子体发生层(211)并被其处理后，再使电容器薄膜材料(31)的另一面通过所述第二等离子体发生层(221)并被其处理；
所述壳体(1)上分别设置若干排气孔(15)和至少两个进气孔(16)，以通过所述排气孔(15)将等离子体处理过程中的废气外排，通过所述进气孔(16)向所述壳体(1)内通入前驱物和工作气体；所述进气孔(16)中至少存在一个进气孔(16)分别与第一等离子体发生层(211)和第二等离子体发生层(221)平齐。
2.根据权利要求1所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，在所述第一阻挡介质层(213)上间隔设置若干第一高压电极(212)，若干所述第一高压电极(212)在所述第一阻挡介质层(213)上形成所述第一等离子体发生层(211)；
在所述第二阻挡介质层(223)上间隔设置若干第二高压电极(222)，若干所述第二高压电极(222)在所述第二阻挡介质层(223)上形成所述第二等离子体发生层(221)。
3.根据权利要求2所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，所述第一高压电极(212)包括铜管、铜箔和铜导线的任意一种，相邻第一高压电极(212)彼此平行且间距相等；
所述第二高压电极(222)包括铜管、铜箔和铜导线的任意一种，相邻第二高压电极(222)彼此平行且间距相等。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，还包括热熔胶层(23)，设置于所述第一接地电极(214)和第二接地电极(224)上，以将所述第一接地电极(214)包覆于所述第一阻挡介质层(213)上和将所述第二接地电极(224)包覆于所述第二阻挡介质层(223)上。
5.根据权利要求4所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，所述第一阻挡介质层(213)和第二阻挡介质层(223)上分别设置调节单元，以通过所述调节单元调节第一阻挡介质层(213)和第二阻挡介质层(223)与壳体(1)上面板(13)的距离。
6.根据权利要求5所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，还包括传动机构(3)，所述传动机构(3)包括，电机(32)；
传导锟轴，所述传导锟轴包括第一传导锟轴(351)、第二传导锟轴(352)、第三传导锟轴(353)和第四传导锟轴(354)，所述第一传导锟轴(351)和第二传导锟轴(352)设置于所述壳体(1)内且位于所述第一等离子体处理单元(21)和第二等离子体处理单元(22)之间，所述第一传导锟轴(351)靠近所述第一等离子体处理单元(21)且与所述第一等离子体发生层(211)平齐，所述第二传导锟轴(352)靠近所述第二等离子体处理单元(22)且与所述第二等离子体发生层(221)平齐；
电容器薄膜材料(31)的释材滚轴(33)和用于传导电容器薄膜材料(31)的第三传导锟轴(353)，均靠近所述第一等离子体发生层(211)设置于所述壳体(1)外，所述释材滚轴(33)和第三传导锟轴(353)间存在适于电容器薄膜材料(31)通过的间隙，以使电容器薄膜材料(31)通过间隙进入所述壳体(1)并通过所述第一等离子体发生层(211)；
用于传导电容器薄膜材料(31)的第四传导锟轴(354)和用于收卷处理后的电容器薄膜材料(31)的收卷滚轴(34)，均靠近所述第二等离子体发生层(221)设置于所述壳体(1)外，所述第四传导锟轴(354)和收卷滚轴(34)间存在适于电容器薄膜材料(31)通过的间隙，以使来自所述壳体(1)内的电容器薄膜材料(31)通过间隙被所述收卷滚轴(34)收卷。
7.根据权利要求6所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，所述第一阻挡介质层(213)和第二阻挡介质层的厚度(223)均为0.8-1.5mm；
所述第一等离子体处理单元(21)和第二等离子体处理单元(22)的间距为5-30cm；
相邻第一高压电极(212)之间的间距为0.3-2cm，相邻第二高压电极(222)之间的间距为0.3-2cm；
第一等离子体处理单元(21)底部与上面板(13)的距离为5-30cm，第二等离子体处理单元(22)底部与上面板(13)的距离为5-30cm。
8.根据权利要求7所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，所述第一高压电极(212)和第二高压电极(222)均与电源(11)连接；
所述收卷滚轴(34)与电机(32)连接。
9.根据权利要求8所述的双面等离子体处理系统，其特征在于，所述电源(11)为高频高压电源和脉冲电源中的任意一种，放电电压范围为4-20kV；
所述前驱物包括正硅酸乙酯、六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和四氯化钛中的至少一种；
所述工作气体包括惰性气体、惰性气体与氮气的混合气体、惰性气体与氧气的混合气体中的任意一种。
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