CN110936596A - 低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法。鞋材表面处理后通过进料输送机构将鞋材输送至中转机构，中转机构将鞋材输送至密闭的等离子腔室内，等离子腔室内设有等离子发生器，对等离子腔室抽真空，向等离子发生器的电极板间供入含氧气的工作气体，打开等离子发生器后通过等离子电场电离氧气形成等离子体，等离子体朝向鞋材处喷射，开启电源为等离子体施加使等离子体发散的偏置电场以使得等离子体均匀作用于鞋材表面，中转机构携带被处理后的鞋材移动至中转位置，待第二批鞋材被输送至等离子腔室内时，中转机构携带被处理后的鞋材移动至出料工位。优点：操作简单，无污染，工作效率高，成本低，处理效果好、产品质量高。

Description

低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法

技术领域

本发明涉及低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法。

背景技术

目前，鞋子的质量受到越来越多的关注，制鞋过程中，鞋底与鞋面之间的粘接质量是鞋子质量的关键，粘接不好容易出现开胶等问题。而现有的大多数鞋材，尤其是鞋底材料，均为高分子聚合材料，如EVA、TPR、TPU、ETPU，这些材料是没有极性的，其粘接能力差，因此需要在与鞋面粘接之前对鞋底进行预处理。

现有对于鞋底材料的处理工艺多采用人工，通过在鞋材表面涂刷UV处理剂，加热烘烤，然后UV照射，在紫外光照射下，UV处理剂中的物质发生裂变，释放自由基，引发自由基与鞋材表面发生接枝共聚反应，增强鞋材表面极性，从而提高其与鞋面之间的粘合力，避免鞋面与鞋底配合处开胶。传统处理方式一般需要8-10人配合操作、效率低下、费时费力、成本高、人力劳动量大、污染严重，药水含有挥发性有机物，危害职工健康；工艺自动化水平低，效率低下；运行成本高，药水消耗量大，且由于会排放VOCs，不仅危害工人身体健康还会污染环境，导致企业成本增加且面临整治风险。

发明内容

本发明提出一种低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，以解决现有UV处理方式费时费力、成本高、效率低、污染环境的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法包括以下步骤：

S10、对鞋材表面进行清理；

S20、通过进料输送机构将鞋材输送至中转机构，中转机构将鞋材输送至密闭的等离子腔室内，等离子腔室内设有等离子发生器，对等离子腔室抽真空，向等离子发生器的电极板间供入含氧气的工作气体，打开等离子发生器后通过等离子电场电离氧气形成等离子体，等离子体通过喷枪朝向鞋材处喷射，开启电源为等离子体施加使等离子体发散的偏置电场以使得等离子体均匀作用于鞋材表面，中转机构携带被处理后的鞋材移动至中转位置，待第二批鞋材被输送至等离子腔室内时，中转机构携带被处理后的鞋材移动至出料工位。

进一步地，调整等离子发生器的功率至500～1200W，调整电压至8～13V，对鞋材的处理时间为20～120s。

进一步地，工作气体包括氧气和氩气。

进一步地，在S20中，进料输送机构的进料工位和出料工位共用一个工位以方便单人操作。

进一步地，对等离子腔室抽真空时，将腔体压力抽至20～35Pa。

进一步地，工作气体中，氧气的含量不低于20%。

进一步地，在等离子腔室内设置两层金属网板，上层金属网板上的鞋材的待处理表面朝上设置，下层金属网板上的鞋材的待处理表面朝下设置，等离子发生器的两个电极板分别设置在等离子腔室的上部和下部。

有益效果：由于等离子发生器的电极板分别设置在上、下方，将两层鞋材的待处理表面分别朝向所靠近的一侧的电极板，从而起到更好的处理效果。

进一步地，在S10中，对鞋材表面的清理包括打磨和水洗。

进一步地，在S20之前，根据选择的不同的鞋材的材质选择不同的气体配方。

进一步地，等离子腔室的底板由中转机构构成，等离子发生器的其中一个电极板位于中转机构上。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

（1）操作简单，相对于传统技术，省略了涂覆化学试剂、加热烘烤、UV照射等工序，只需将鞋材放在进料输送机构的进料工位上即可，设备自动处理完成后即可从出料工位送出，操作十分方便；

（2）无污染，整个处理过程中无需涂覆有毒有污染的化学试剂，工作气体中也不含有毒有害的物质，处理过程中也不会产生新的有毒有害物质，对环境十分友好，操作人员也不会吸入有毒有害物质，无需轮班倒以避免吸入过多有害气体，大大改善工作环境；

（3）工作效率高，相对于传统人工一个个涂刷化学试剂以及后续的多个工序的方法，一方面其一次可以处理一批鞋材，另一方面，其工序少且对每个鞋材的处理速度变快，整体工作效率显著提高；

（4）成本低，传统方式需要8～10人配合进行操作，人工成本较高且处理速度慢，本方法仅需1～2人操作即可完成且处理速度更快，因此可大大降低生产成本；

（5）处理效果好、产品质量高，采用等离子技术，等离子体中的粒子能量在10～20eV，鞋材聚合物中大部分的键能在0～10eV，能够破坏聚合物表面的化学键，并形成新的活性基团，而采用氧气作为工作气体，可形成羟基，提高比表面积，将鞋材的极性从无极改为有极，提高鞋材表面粘力和亲水性能；更重要的是，通过在等离子腔室内设置偏置电场，可提高冲击速度和离子活性，并改变等离子体走向，使得等离子体分布更加均匀，从而起到对鞋材表面整体处理的目的，不会出现局部处理不到位而导致开胶的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺流程框图；

图2为等离子处理设备的立体图；

图3为等离子处理设备的主视图；

图4为等离子处理设备的纵剖主视图；

图5为图2中的内部核心部件的立体图；

图6为图5的纵剖结构图；

图7为中转机构的立体图；

图8为等离子腔室的上部主体部分的立体图；

图9为等离子处理设备的整机工作流程框图；

其中：1-机架，11-主机体，111-导向杆，12-副机体，2-上料输送机构，3-中转机构，4-等离子腔室，41-进气孔，42-排气孔，5-回流输送机构，201-链轮，202-链条，203-导向条，6-电极板，7-触摸显示屏。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法的具体实施例：如图1所示，主要包括以下步骤：

1)打磨；

2)水洗；

打磨与水洗为现有技术中对鞋材表面的预处理方式，有些鞋材也可不设置打磨工序，这两步的目的是清理鞋材表面的沾污、污垢等。

本实施例中，之后步骤中的操作均在等离子处理设备中完成，下面先介绍等离子处理设备的具体结构，如图2所示，等离子处理设备包括机架1、上料输送机构2、中转机构3、等离子腔室4、托盘（图中未示出，为金属网板制作而成的框式结构）、回流输送机构5等，其中上料输送机构2和回流输送机构5结构相同，均包括电机、链轮201、链条202、导向条203等，托盘放在其上后，电机驱动链轮201旋转，链轮201带动链条202转动，链条202带动置于其上的托盘移动，导向条203对称设置，设置在托盘两边，用于为托盘导向，上料输送机构2和回流输送机构5分别设置在主机体11的两侧，主机体11高度是两个副机体12的两倍，主机体11上设有多根竖直设置的导向杆111和丝杠螺母机构，等离子腔室4的上部主体部分和下部底板分别由丝杠螺母机构驱动以便沿竖直方向运动，中转机构3的作用除了中转之外，还充当等离子腔室4的底板，因此，鞋材在传送至中转机构3上时，也是直接放在了等离子腔室4的底板上，而中转机构3与等离子腔室4的上部主体部分对接面上设置有界面密封结构，例如密封圈、密封垫或者密封气囊等，以便对接后形成密闭的等离子腔室4，方便后续抽真空和充气时的气密性。如图2、5、6、8所示，等离子腔室4的上部主体部分的两侧分别设有进气孔41和排气孔42，分别与工作气体供应装置和抽真空装置连接，工作气体供应装置包括气罐、安全阀、控制阀、流量计等，抽真空装置包括真空泵、阀门以及用于检测等离子腔室4内的压强的传感器。如图7所示，中转机构3上设有电极板6和传送机构，电极板6为等离子发生器的下部电极，等离子腔室4的顶部设置另一个电极板6，两个电极板6之间形成等离子工作区域，工作气体在该区域被电离而形成等离子体，中转机构3上的传送机构包括电机、链条202和链轮201等，以实现将托盘在左侧的进料输送机构与右侧的出料的回流输送机构5之间传递的目的。另外，设备上还设有PLC控制器、触摸显示屏7、电源开关等人机交互部件，实现工人对设备的操作。

为了说明等离子体对鞋材均匀处理的效果，下面针对本设备用到的原理介绍如下：

等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，被认为是与固体、液体、气体并列的物质的第四种状态，由大量自由电子、离子组成，整体表现为电中性。

等离子体分为低温等离子体和高温等离子体，本发明使用的是低温等离子体，低温等离子体通常是由气体放电的方式产生。气体的放电方式一般有如下几种：辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电和微波放电。本实施例中通过施加高功率，在两个电极板之间形成高电压，从而击穿氧气，氧气分子从最初的绝缘状态逐渐放电并被击穿，氧气分子结构被破坏，化学键断裂，产生大量的氧自由基。

在等离子体表面活化产生的基团或等离子体引发聚合层不能与材料表面牢固结合时，常采用等离子体接枝的方法来改善。等离子体接枝的原理为：首先利用表面活化在材料表面产生新的活性基团，利用此基团与后续的活性物质产生化学共价键结合，后续的活性物质中带有能够满足应用的特定基团，以达到既能满足表面特性又能牢固结合的目的。

击穿氧气形成等离子体后，在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场，电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等。

在此基础上，为了使形成的等离子体作用在鞋材表面上时分布更加均匀，通过在等离子腔室中加偏置电场，从而改变等离子体的方向，使得等离子体分布更加均匀。

3)上料，本步骤中，工人将鞋材均匀摆放在进料输送机构上部放置的托盘上，托盘由金属网板制成，可供等离子体自由穿过；

4)进料输送机构送料至中转机构，进料输送机构的电机转动，带动链轮和链条转动，从而带动其上的托盘从左向右移动，且移动时被导向条导向，直至将托盘移动至处于图2所示位置的中转机构上，中转机构的电机带动链轮、链条转动，将托盘位置调整至正中央；

5)中转机构携带携带上升，中转机构与上部腔体围成封闭的等离子腔室，鞋材处于等离子腔室内，并处于托盘的金属网板上，其中上层金属网板上的鞋材的底面朝下、待处理表面朝上，下层金属网板上的鞋材的底面朝上、待处理表面朝下，以便鞋材的待处理表面正对与之最靠近的电极板设置；

6)腔室内抽真空，通过抽真空装置对等离子腔室抽真空至20～35Pa；

7)腔室内填充工作气体（含O₂），通过工作气体供应装置向等离子腔室内供入氧气或者氧气与氩气的混合气体；

8)开启等离子发生器，并施加偏置电场，处理20-120s；

9)中转机构携带鞋材下降至中转位，与此同时，第二批鞋材上料至等离子腔室处理；

10)回流输送机构携带装携带的托盘出料。

在设备使用时，整机工作流程如图9所示，包括开机、根据鞋材种类选择对应的气体配方、等待启动信号、发生器工作轴启动、等待停止信号、发生器关闭轴停止、关机。

具体的设备开机流程如下：

1)打开氧气瓶阀，观察数字表盘

2)通过旋钮打开设备电源（旋至“ON”）

3)观察托盘，是否在“入料工位”“清洗上层”“清洗下层”，托盘拉到底

4)如若托盘摆放不正，需要人为纠偏摆正

5)按住“急停”按钮，然后弹起“急停”按钮

6)点击“复位”按钮，设备进入初始化中，在“监控画面”观看“原点”状态指示灯是否灯亮，复位完成，“原点等亮”

7)入料位摆放需要处理的产品，上层鞋材的鞋底面朝下，下层鞋材的鞋底面朝上

8)点击“启动”按钮，设备自动进入自运行模式

9)如若生产中途离开，操作员需点击“连动/单动”按钮，如若继续生产，切换至“连动”即可

10)当生产完成，或者需要下班停机时，最后一托盘产品清洗完成，腔体下降到位，点击“监控画面”里的“清料”变为“清料中”

11)取出托盘里的产品，然后点击“启动”，依次取出产品

12)将电源旋钮旋至“OFF”关闭电源

13)关闭氧气瓶阀（催化剂瓶阀）

为了验证该工艺方法的效果，做了以下实验，该实验采用上述方法，采用下表所述的条件，得到表中对应的结果，具体见表：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、对鞋材表面进行清理；

S20、通过进料输送机构将鞋材输送至中转机构，中转机构将鞋材输送至密闭的等离子腔室内，等离子腔室内设有等离子发生器，对等离子腔室抽真空，向等离子发生器的电极板间供入含氧气的工作气体，打开等离子发生器后通过等离子电场电离氧气形成等离子体，等离子体通过喷枪朝向鞋材处喷射，开启电源为等离子体施加使等离子体发散的偏置电场以使得等离子体均匀作用于鞋材表面，中转机构携带被处理后的鞋材移动至中转位置，待第二批鞋材被输送至等离子腔室内时，中转机构携带被处理后的鞋材移动至出料工位。

2.根据权利要求1所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，调整等离子发生器的功率至500～1200W，调整电压至8～13V，对鞋材的处理时间为20～120s。

3.根据权利要求1或2所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，工作气体包括氧气和氩气。

4.根据权利要求1或2所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，在S20中，进料输送机构的进料工位和出料工位共用一个工位以方便单人操作。

5.根据权利要求1或2所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，对等离子腔室抽真空时，将腔体压力抽至20～35Pa。

6.根据权利要求3所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，工作气体中，氧气的含量不低于20%。

7.根据权利要求1或2所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，在等离子腔室内设置两层金属网板，上层金属网板上的鞋材的待处理表面朝上设置，下层金属网板上的鞋材的待处理表面朝下设置，等离子发生器的两个电极板分别设置在等离子腔室的上部和下部。

8.根据权利要求1或2所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，在S10中，对鞋材表面的清理包括打磨和水洗。

9.根据权利要求1或2所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，在S20之前，根据选择的不同的鞋材的材质选择不同的气体配方。

10.根据权利要求7所述的低温等离子技术处理鞋材表面的工艺方法，其特征在于，等离子腔室的底板由中转机构构成，等离子发生器的其中一个电极板位于中转机构上。

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