CN1444605A - 具有直立室的等离子体聚合连续处理设备 - Google Patents

Abstract

具有多个室的等离子体聚合连续处理设备，对移动进入室的物质表面通过等离子体聚合进行表面处理，包括至少一个直立室，其中物质垂直移动，及其中包括至少一个电极。由于直立室可由单独或多个室形成，或可与卧式室一起形成，因此可以建造各种类型的等离子体聚合处理系统。另外，根据表面处理的目的，多个室可用于各种功能和应用例如聚合室、后处理室及预处理室。

Description

具有直立室的等离子体聚合连续处理设备

发明领域

本发明涉及具有直立室的等离子体连续处理设备，更具体地说，涉及具有至少一个直立室的等离子体聚合连续处理设备，在所述室中要经表面处理的材料可以垂直移动。

背景技术

当要涂布的物质表面例如金属板经等离子体放电时，在其上形成具有优异硬度和耐磨性能的涂层。具有这样涂层的产品用作磁盘、光盘或超硬合金工具。

另外，当在钢板表面上形成的涂料薄膜经等离子体处理时，可得到具有优异耐久性和耐磨性的涂料涂布的硬质钢板。

WO 99/28530(1999年6月10日公开)公开了等离子体聚合的表面处理设备。

图1是现有技术中的等离子体聚合设备的平面示意图。

如图1所示，传统的等离子体聚合设备包括真空室1、真空泵5和6控制真空室内的压力，测量仪器7和8测量真空度，电源装置3给物质产生势差，反应气控制装置9和10向待处理的表面周围注射聚合气例如不饱和烃气体例如乙炔气，和非聚合气体例如氮。

物质2置于室中，旋转泵6启动。在室内的压力调整到10^-6乇后，启动扩散泵5以保持室内的压力为10^-6乇。

通过电源装置使物质偏压，相对的电极4接地。

当室内的压力保持在一定的真空度时，不饱和的脂肪烃气体如乙炔气和非聚合气体如氮被注射到室内。

当室内的压力达到一定的程度时，使用DC或高频使等离子体放电。

接着，由DC或高频产生的等离子体切断气体分子的键，被切断的链和被活化的正离子或负离子键合在置于电极之间的物质表面上形成聚合的物质。

但是由等离子体聚合的传统的表面处理设备有许多问题。

例如，首先由于表面处理是以这样的方式进行，一种物质被表面处理，不同的物质重新被置于室内进行表面处理。因此很难连续表面处理大量的物质。

其次，在由等离子体聚合处理物质表面例如金属片聚合物膜的情况下，随聚合过程的进行，在电极上形成聚合的物质，引起电极碳化产生碳化物。于是，当碳化物从电极脱落时，其落到了正在进行表面处理的物质表面上损坏表面。

第三，很难保持聚合气体或非聚合气体均一地流动被引入室内到达物质的表面。这样气体流动的不均一性引起了物质表面的不同部分具有不同的表面处理效果，是物质表面上形成均一聚合膜的障碍。

第四，在室内长时间的表面处理过程中，物质不能保证一定的张力，由于重力而下垂。而且，在这样的情况下，物质表面的每一部分具有不同的表面处理效果。

发明内容

因此本发明的目的是提供等离子体聚合的连续处理设备，所述的设备可以更有效地得到高质量的等离子体聚合膜。

本发明的另一个目的是提供等离子体聚合处理系统，通过连续布置多个室而具有各种形式。

本发明的再一个目的是提供等离子体聚合处理系统，其具有减少电极被碳化而形成的碳化物落到物质表面上的可能性。

本发明的又一个目的是提供等离子体聚合处理系统，其可使气体注射到室内均一平稳地流动，这样对于表面每一部分得到的表面处理效果都是均一的。

本发明的另一个目的是提供等离子体聚合处理系统，其具有多个室，其安装空间大幅减少。

本发明的又一个目的是提供等离子体聚合系统，其可防止表面待处理物质由于重力而下垂。

根据本发明目的，为实现在此处具体说明和泛泛描述的这些和其他的优点，提供具有多个室的等离子体聚合连续处理设备，以对被移入室内物质的表面通过等离子体聚合进行表面处理，包括：至少一个直立室，其中待涂布的物质被垂直移动及其中至少包括一个电极。

在本发明的等离子体聚合连续处理设备中，电极优选置于与直立室中物质移动方向平行的位置。

在本发明的等离子体聚合连续处理设备中，在连续处理设备的情况下，包括多个直立室，优选在其中之一的直立室中通过等离子体聚合进行物质的表面处理。

在本发明的等离子体聚合连续处理设备中，被连续移动到多个室内要进行表面处理的物质，当给其施加电压时，其本身可以作为电极使用。

在本发明的一个具体实施方式的等离子体聚合连续处理设备中，直立室包括室体，其中物质可垂直移动，该室的一侧是敞开的，室门与室体敞开的一侧结合，及至少一个电极置于与物质移动方向平行的位置。

在本发明的另一个具体实施方式的等离子体聚合连续处理设备中，直立室是结合的直立室，其中在其中心形成分割板以使室分成两个直立区域。

本发明的等离子体聚合连续处理设备，可包括至少一个卧式室其中物质水平地移动，及一个直立室其中物质垂直地移动，这样多个室可以各种形式连接。

优选，本发明的等离子体聚合连续处理设备，对于连续表面处理而言，包括具有展开辊的展开室用于展开以卷形物状态卷饶的物质，及卷辊用于卷绕表面被处理的物质。

参考附图从以下本发明的详细描述中，本发明上述和其他的目的、特征、涉及方面和优点更加显而易见。

附图简述

包括的附图可进一步理解本发明，包含在说明书中并构成说明书的一部分，说明本发明的具体实施方式，及与描述一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1是根据现有技术的等离子体聚合设备的示意图；

图2A是本发明一个具体实施方式的等离子体聚合连续处理设备的剖面图；

图2B是本发明一个具体实施方式图2A直立室放大的剖面图；

图2C是本发明优选实施方式的另一个直立室实例的示意图；

图2D是本发明优选实施方式的又一个直立室实例的示意图；

图3A是本发明优选实施方式的将气体提供到直立室的一个实施例的示意图；

图3B是本发明优选实施方式的将气体提供到直立室的另一个实施例的示意图；

图4是本发明优选实施方式的等离子体聚合连续处理设备的卧式室的剖面图；

图5A是本发明一个实施方式的具有两个直立区域的直立室的剖面图。

图5B是本发明另一个实施方式的具有两个直立区域的直立室的剖面图。

图6是本发明又一个实施方式的具有两个直立区域的直立室的剖面图。

优选实施方式的详细描述

详细参考本发明的优选实施方式，在附图中描述了其实施例。

图2是本发明一个具体实施方式的等离子体聚合连续处理设备的剖面图。

如图2示意，本发明的等离子体聚合连续处理设备大体包括第一直立室20a，第二直立室20b，置于两直立室20a和20b之间的卧式室21，展开辊25用于展开其上卷绕的物质以将其输送到室内，及卷辊26用于卷绕在其上片形式的表面处理的物质。

不管表面处理与否，卧式室可以是水平管简单地用作物质的输送路径。

展开辊和卷辊可以安装在独立的室内(即展开室和卷绕室)，与图2A中示意的不一样。

在本发明的优选实施方式中，只存在两个直立室，但根据聚合系统可以进一步包括第三和第四直立室。或通过建造具有四个以上直立室或具有多个卧式室的聚合系统可以进行各种改造。

从展开辊输送的物质通过直通孔22b，进入第一直立室并垂直移动，这样物质经表面处理。

接下来，物质从第一直立室通过直通孔22a通过卧式室21，其被输送到第二直立室，其中物质经表面处理，最后卷绕在卷辊上。

张紧辊23a和23b置于每一个室之间及展开辊与卷辊之间物质的输送路径上，以给物质施加张力，因此防止物质的下垂及改变物质的移动方向。因此，即使物质沿连续的长路径移动时，也可保持恒定不变的移动速度。

在本发明的优选实施方式中，优选至少一个直立室安装在聚合处理系统中，根据表面处理的目的可以将多个直立室和卧式室布置在一起。

特别是，在安装了几个卧式室和直立室的情况下，要适当控制在每一个室内的(保护)气体、压力及施加的电压，这样可通过所述的室通过不同的过程进行表面处理。同时，气体类型、气体供给比、给电极施加电压的范围及室内的压力，这些聚合条件的至少一种要在多于两个相邻室中相同，以作为聚合室。

另外，在每一个室中的表面处理可以分为预处理、第一聚合处理、第二聚合处理和后处理，这样当物质经过几个室时，可对该物质进行各种表面处理。

特别的是，在预处理室中，优选进行清洗以去除附着在物质表面的各种污染物，之后通过等离子体放电形成聚合膜。

因此，预处理室被置于物质移动路径的前面。非聚合气体例如氧、氮或氩被注射到预处理室内，这样通过等离子体放电使物质表面清洁。

聚合过程可以在直立室中或卧式室中进行，在聚合过程中聚合气体被注射到室内，将DC或高频电压施加到其上以使等离子体放电。在该方面，为解决现有技术中存在的问题，优选至少一个直立室作为聚合室。

在聚合室中物质的表面被处理后，优选在将空气注射到室内后通过等离子体放电在不同的室内连续进行表面处理。在空气气氛下这样的后处理有助于防止其上形成聚合膜的物质表面特征的逐渐减少。

如上所述，包括直立室的具有多个室的等离子体聚合处理设备通过多步处理可实现物质的各种表面处理效果，一旦物质从展开辊移动到卷辊，物质每一种所需要的表面处理可一次进行。

在本发明优选实施方式的直立室中，由于物质可以垂直移动，即向上或向下，优选电极也被垂直安装在室内。

图2B是根据本发明一个实施方式的图2A的直立室放大的剖面图。

形成的直立室为长方形平行六面体，宽高比大于1，室底平面占据的面积与卧式室相比非常小，这样聚合处理系统的整个空间被大幅减少。

电极27安装在室内，所述的室垂直布置与物质24移动方向平行。

尽管在附图中显示一个电极安装在两个室内，但几个电极也可垂直地一排布置。示意的物质通孔22a和22b安装在室的上侧面和下侧面。

图2C是本发明优选实施方式的直立室的另一个实施例的剖面图。

如图2C所示意，直立室20包括其中含有电极27的室体29a，连接到室一侧的室门29b用于打开和关闭室。另外的电极28被连接到室门内侧面。

由于电极连接到室门上，电极仅有一面(相对物质的面)参与等离子体放电，防止了由于聚合材料而在其它面上产生碳化物。

另外，由于电极被简单地连接到室门上，因此电极的安装很容易。

同样，在本发明该具体实施方式中，如上所述，电极可以置于与物质移动方向平行的位置。

同时，与图2B的情况不同，注意到物质通孔22a在室的顶部和底部形成。

对于直立室，根据物质的输送路径和室之间的连接结构，直通孔可以在顶部和底部或上侧面和下侧面上选择形成。

因此，即使多个直立室和卧式室可被连接成各种形式，但物质的移动方向可从垂直方向到水平方向，及从水平方向到垂直方向自由改变。

图2D是本发明优选实施方式的直立室的另一个实施例的剖面图。

如图2D示意，直立室有点儿不同与图2C中的直立室。即安装在室门29c的电极28与门面分离。在这样结构中，通过控制电极与物质之间的距离，很容易使电极的位置靠近物质的表面。

参考图2B～2D，朝向物质两个面的两个电极被安装在室内。给电极施加DC或AC电压，电力也可施加到表面被处理的物质，这样物质可被作为电极。

为给物质施加电力，可将电力施加到与物质接触的部分，这样电力可被间接施加到物质上。

例如，辊被安装在多个室中，例如具有展开辊的展开室，具有卷绕辊的卷绕室和聚合室，优选电力施加到与移动物质接触的其中之一的辊上，这样将电力施加到物质上。在这样的情况下，电源装置另外被包括在室的内部或外部以给辊施加电力。

由于将电力施加到物质，因此物质可以是阳极或阴极。在这方面，考虑表面处理效果，更优选物质成为阳极，面对的电极成为朝向物质两面的相反的电极。

在通过等离子体放电进行表面处理中，引入室内的气体流动是严格的。如果气体不能均匀地流入室内，物质表面处理的均一性将变差。

特别是，在连续表面处理中，对于被输送的物质很难保持气体均匀流动。因此在本发明优选实施方式的直立室的情况下，由于物质的移动方向相对于卧式室是垂直的，因此提供进入室内的气体相对于物质流动地非常均匀。

图3A是本发明优选实施方式的提供气体进入直立室的一个实施例的剖面图。

在直立室20的底部形成气体入口31a，在其顶部形成气体出口31b。

在这样的情况下，气体流动与物质的移动方向平行，这样气体可被均匀地提供到物质表面的每一位置。

在本发明的优选实施方式中，气体流动方向可与物质的移动方向相同或相反的方向。在物质被向上移动的情况下，气体入口被置于室的上部，气体出口被置于其下部，这样物质的移动方向与气体的流动方向相反。

图3B是本发明优选实施方式的提供气体进入直立室的另一个实施例的剖面图。

如图3B示意，与图3实施方式不同，注意到在水平方向将气体提供到室内。气体提供到气体入口32a，与物质移动方向垂直的方向流动，然后通过气体出口32b排出。尽管在附图中各自仅示意了两个气体入口和出口，但可以在室的右侧和左侧形成多个气体入口和气体出口，以使气体流动平稳均匀。

在直立室中不管气体的流动方向，即与物质移动方向是平行还是垂直，在本发明优选实施方式的直立室中，可大幅减少由于在聚合过程中产生的碳化物附着在表面上的污染物。理由是相对于物质被水平移动的情况，由于物质垂直移动，碳化物附着在物质表面上的可能性非常小。

因此，不需要除灰装置以去除附着在物质表面上的碳化物或各种灰尘，简化了设备的结构。

如图2A示意的等离子体聚合设备包括卧式室和直立室。如直立室一样，卧式室也可是聚合室。在卧式室中，预处理可以在聚合过程之前进行，或在聚合过程后进行后处理。

图4是本发明优选实施方式的等离子体聚合连续处理设备的卧式室的剖面图。

物质通孔45a和45b在室的右端和左端形成，上部门42a和下部门42b安装在室的上部和下部。电极43a和43b分别连接在上部门和下部门上。

尽管未示意，可以在室内形成气体入口和气体出口。

电极可以连接在上部门和下部门的门面上，或与门面间隔连接。上部门向上打开，而下部门向下打开。

当电极连接到卧式室上时，卧式室可以作为聚合室、预处理室或后处理室。或没有电极，卧式室简单地用作物质的移动路径。

图5A是本发明一个实施方式的具有两个直立区域直立室的剖面图。

如图5A示意，直立室50a包括在一个室内的中心处垂直方向形成的分割板52。分割板52将室分为两个直立区域51a和51b。至少一个电极置于每一个直立区域。

在本发明的优选实施方式中，形成的两个电极(53a和53b、54a和54b)在每一个直立区域中相互面对。

在直立室的下部，形成可供连接的水平路径(或卧式室)58a和58b。

在物质55通过左侧的水平路径58a后，被引入到一个水平区域51a，其使物质通过在分割板上部形成的直通孔57a，被移动到另外的垂直区域51b，然后通过另外的水平路径58b，这样被移出。

物质的移动可以相反的方向进行。

由于通过分割板将直立室的每一个直立区域分开，每一个直立区域可以作为独立的室分别进行具有不同过程的表面处理。

例如在一个直立区域进行预处理，在另一个直立区域进行聚合过程。或之后，在一个直立区域进行聚合过程，而在另一个直立区域进行后处理。

当然，聚合过程也可在两个直立区域中进行。

对于具有两个直立区域的结合的直立室，尽管物质表面处理的路径长，但实质上被聚合室占据的区域相对小，因此其空间利用非常有效。另外，可以在单一的室内对于被输送的物质进行两种不同的表面处理。

参考号57b表示在直立室与水平路径之间的物质通孔，57c表示在水平路径的端部形成的物质通孔，及56表示张紧辊。

图5B是本发明另一个实施方式的具有两个直立区域的直立室的剖面图。

如图5B示意，直立室与图5A一样，直立室50b由室内中心处形成的分割板52分为两个直立区域，不同之处在于物质55通过一个直立区域51a，通过另外的水平区域58，之后进入另外的直立区域51b。

水平区域与直立室形成为一体，物质在直立区域与水平路径之间通过在直立区域和水平区域之间形成的通孔57d移动。

具有一体化形成的水平区域和两个直立区域的直立室的优点是，由于在每一个区域可独立地进行表面处理，可使空间利用达到最大，在单一的室内可顺序进行三种表面处理过程。

图6是本发明另一个实施方式的具有两个直立区域的直立室的剖面图。

如图6示意，直立室60包括室体61，其包括由室内中心处形成的分割板65分割的两个直立区域，安装在室体两端的室门62a和62b用于打开和关闭室。

物质66通过直通孔68在直立室的每一个直立区域移动。每一个张紧辊67改变物质的移动方向，使物质从外部移动到直立区域或从一个直立区域移动到另一个直立区域。

直立室包括电极64a和64b，其置于室体中心隔板65两侧与物质移动方向平行的位置，电极63a和63b置于室门的门面上与物质移动方向平行的位置。

安装在室门上的电极可连接到门面上或与门面间隔，这样其与物质的间隔可以调整。

尽管示意的从一个直立区域到另一个直立区域的物质移动处于暴露的外部空间，优选将另外的水平路径(或卧式室)与直立室连接，类似上述的实施方式。

如上述的描述，本发明的等离子体聚合连续处理设备具有许多优点。

例如，第一，由于直立室可以单独或由多个室形成，或可以与卧式室一起形成，因此可以建造各种类型的等离子体聚合处理系统。

第二，根据表面处理的目的，多个室可用于各种功能和应用中，例如聚合室、后处理室及预处理室。

第三，由于电极被碳化产生的碳化物落到物质表面的可能性大幅减少，在卧式室中，用于去除落在物质表面的碳化物或各种灰的除灰装置就没有必要。

第四，由于注射到室中的气体在其中可向上或向下流动，气体相对于物质两面可以平稳均匀地流动。因此，在物质的两面都可以得到均匀的表面处理效果，及由此增加了表面处理的可靠性。

第五，在一些或所有的聚合处理系统被建造为直立室的情况下，由于在工厂中系统空间可被大幅减少，所以甚至在空间利用上是有利的。

第六，在要进行表面处理的物质通过室被输送的过程中，当物质通过直立室时，由于通常施加张力，可防止物质由于重力而下垂。

包括直立室的等离子体聚合处理设备对于连续处理设备而言是必要的组件，由此物质可被迅速大量的进行表面处理。

在没有背离本发明的精神或实质特征之下，采用几种形成对本发明进行了具体描述，但也应理解上述的具体实施方式并不由以上描述的细节所限制，除非另有说明，而应由其所附的权利要求限定的精神和范围来进行广义的解释，因此所有的变化和改变都在本权利要求限定的范围之内，或因此其范围内的等同物也意欲包括在所附的权利要求之中。

Claims (27)

1.等离子体聚合的连续处理设备，其具有多个室以利用等离子体聚合对移动进入室的物质表面进行表面处理，包括：

至少一个直立室，其中物质垂直移动，及至少一个电极包括在其中。

2.如权利要求1的设备，其中电极置于与室内物质移动方向平行的方向。

3.如权利要求2的设备，其中室包括多个电极，每一个电极排成一排置于与室内物质移动方向平行的方向。

4.如权利要求1的设备，其中直立室是聚合室，其中通过等离子体聚合处理物质的表面。

5.如权利要求1的设备，其中直立室包括在上部和下部形成的物质通孔。

6.如权利要求1的设备，其中直立室包括在其顶部和底部的物质通孔。

7.如权利要求1的设备，其中当给物质施加电力时，物质本身被作为电极。

8.如权利要求1的设备，其中直立室包括：

室体，其中物质垂直移动，室的一侧敞开；

室门，其与室体敞开的一侧相连接；及

至少一个电极，其置于与物质移动方向平行的方向。

9.如权利要求8的设备，其中电极置于室体内。

10.如权利要求8的设备，其中电极置于室门上。

11.如权利要求1的设备，其中直立室包括在其中心处的分割板，这样直立室由隔板分为两个直立区域。

12.如权利要求11的设备，其中物质的移动方向在两个直立区域相反。

13.如权利要求11的设备，其中两个直立区域分别包括至少一个置于与物质移动方向平行方向的电极。

14.具有直立室的等离子体聚合的连续处理设备，其中提供多个室以利用等离子体聚合对移动进入室的物质表面进行表面处理，包括：

第一直立室，其中物质垂直移动，具有至少一个电极；及

第二直立室，其中物质垂直移动，具有至少一个电极并与第一直立室保持一定间隔。

15.如权利要求14的设备，其中至少第一和第二直立室之一为聚合室，其中通过等离子体聚合对物质进行表面处理。

16.如权利要求15的设备，其中包括至少一个卧式室，其中物质水平移动。

17.如权利要求16的设备，其中如果第二直立室是聚合室，其余室之一为预处理室，其中物质表面被清洁，之后进行聚合。

18.如权利要求16的设备，其中如果第一直立室是聚合室，其余室之一为后处理室，其中向其中注入空气，通过等离子体放电进行后处理。

19.如权利要求16的设备，其中卧式室包括：

室体，其具有在其左侧和右侧形成的通孔，这样物质可从其中通过；

上部门，在其内部有电极，所述的门向上打开和关闭；及

下部门，在其内部有电极，所述的门向下打开和关闭。

20.如权利要求15的设备，其中第一和第二直立室为聚合室，具有至少是如下一种相同的条件：气体提供于室、气体的提供速率、给电极施加电压的范围及室内的压力。

21.具有直立室的等离子体聚合的连续处理设备，包括具有展开辊的展开室用于展开在其上卷绕的物质，具有卷辊的卷绕室用于卷绕表面被处理的物质，及聚合室，其中通过等离子体放电对来自展开室被输送的物质进行表面处理，

其中在聚合室中物质垂直移动，及在聚合室中包括至少一个电极。

22.如权利要求21的设备，其中聚合室包括在其内部具有形成电极的室体，在其内部具有形成电极的门，打开和关闭室体。

23.如权利要求21的设备，其中，其中之一的室包括：

至少一个卷辊，被移动的物质与其接触；及

电源装置用于当电力提供给卷辊时，通过使物质接触卷辊而使物质本身成为电极。

24.具有直立室的等离子体连续处理设备，包括：

展开室，具有展开辊用于展开卷绕的物质；

卷绕室，具有卷辊用于卷绕表面被处理的物质；

第一聚合室，通过等离子体放电对从展开室输送来的物质进行表面处理，及具有在其中至少一个电极的上部和下部形成的物质通孔；

第二聚合室，通过等离子体放电对从展开室输送来的物质进行表面处理，及具有在其中至少一个电极的上部和下部形成的物质通孔；

其中在第一和第二聚合室中物质的移动方向相反。

25.如权利要求24的设备，其中第一和第二聚合室分别是结合室，其中，在其中心形成有分割板将每一个室分为两个区域。

26.如权利要求24的设备，其中的结合室包括：

室体，在其中心有隔板，在隔板的两侧布置有电极，室可以在左侧和右侧敞开；及

第一和第二门，在其内部具有电极，所述的门在室体的左侧和右侧打开和关闭。

27.如权利要求26的设备，其中第一和第二门包括与物质移动方向平行方向布置的电极。

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