CN2673629Y - 高分子材料表面改性等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高分子材料表面改性等离子体处理装置，其真空密封室内的电极采用圆柱状，并按“+”、“－”相间的阵列方式放置；电极阵列两端安装有导向辊，物料经导向辊在电极对中通过；电极内部为空腔，两端分别设有冷却水进、出口，与冷却水循环装置连接。该装置不仅能完成对薄膜状高分子材料的等离子体表面活化处理，而且可以同步完成等离子体接枝或等离子体沉积处理，具有处理效果均匀、工作效率高、无环境污染等特点。

Description

高分子材料表面改性等离子体处理装置

                         技术领域

本实用新型涉及一种高分子材料表面改性处理技术，特别是利用射频等离子体对高分子材料表面改性处理的装置。

                         技术背景

高分子材料如塑料、纤维等用途极广，用量极大，但其应用范围和使用效益往往会受到表面性能的制约，即无论材料的力学特性等体相性质有多好，只要表面性能不符合要求，实用上就将受到很大限制，因此常常需按使用目的改善或变换其表面性能，如材料或部件的染色性、粘着性，高分子膜的印刷性、透过性等。而各种表面性能的获得则取决于材料的表面结构和相关的表面特性，所以，对高分子材料的表面物性控制是非常必要的。

为了使高分子材料适合各种应用需要，人们研究开发了多种表面处理技术，诸如化学湿法处理、光化学法处理、辐射法处理以及等离子体处理等。其中化学湿法改性处理是在一定温度下将高分子材料浸泡于处理液中，再经烘干等工艺流程的处理，使材料表面的性能得到改变。该方法的缺点是工序复杂，产生的废气、废液污染严重；光化学法处理和辐射法处理是利用紫外线和辐射线的高能量作用于高分子材料表面，产生自由基，从而易于在材料表面引入其它基团，但该方法由于受到紫外线能量的限制，其处理速度较慢，无法满足工业生产的要求；而等离子体处理法是微波、射频、高压直流或交流电晕放电等来激励产生等离子体，并利用等离子体中的高能电子和亚稳态粒子，使其作用于高分子材料表面，导致高分子材料表面的化学键断裂和重组，从而在表面产生自由基，引入新的功能基团。由于等离子体表面处理是一种干式工艺，省去了湿法化学处理工艺中所不可缺少的烘干、废水处理等工序，因此具有省能源、无公害等优点。与放射线处理、电子束处理、电晕处理等其他干式工艺相比，其独特之处在于等离子体表面处理的作用深度仅涉及表面极薄一层，一般约在离表面几十到数千埃范围内，因此能使表面物性显著改善而材料体相却不受影响。等离子体表面处理技术既能改变表面结构，控制表面物性，也可以根据需要进行表面敷膜，因此在塑料、天然纤维、功能性高分子膜的表面处理方面有着巨大的应用潜力。

在上述等离子体表面改性处理方法中，微波等离子体处理过程所要求的真空度高，装置结构复杂，而且难于产生大面积均匀的等离子体，其运行费用也非常昂贵，故其实用化较难；而高压直流或交流电晕处理所要求的电压高，存在电极污染，且容易产生局部放电不均匀，导致材料表面局部损伤。射频等离子体处理是利用射频激励产生等离子体，产生的等离子体均匀，通过合理的电极设计和布置，易于实现大面积等离子体，为该技术的实用化提供了条件。

利用射频等离子体对高分子材料进行表面处理时，为了保证处理效果的均匀性和处理技术的实用性，电极的设计和布置是致关重要的。公开号为CN1318664A的中国专利“射频激励等离子体织物改性处理装置”中，公开了一种等离子体织物改性处理装置，其射频电极对采用了由大面积矩形板条电极组成的技术，由于在大规模生产中，需要大面积的放电空间，此时大面积平板电极在准确定位和精密加工方面要求很高，存在加工困难和装配复杂的缺点，因此很难保证产品均匀性和处理效果，另外，在织物的传动过程中，采用单向传动的技术，在同时需要等离子体活化和等离子体接枝或等离子体沉积的场合，无法一次性完成多个步骤的操作，使得生产效率降低。

                         发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种保证产品均匀性和处理效果，提高工作效率的高分子材料表面改性处理装置。

为了实现本实用新型的发明目的，采用的技术方案是：一种高分子材料表面改性等离子体处理装置，包括真空密封室及通过管道连接的真空泵、连接射频电源的电极对和喂料装置，所述的真空密封室内的电极为圆柱状，内部为空腔，电极两端分别设有冷却水进、出口，冷却水进、出口通过接口管道与真空室外部的冷却水循环装置连接，电极按正极(+)、负极(-)相间的阵列方式放置。

所述的喂料装置由驱动辊、减速机构、调速电机和程序控制器组成，驱动辊与真空室外的减速机构连接，减速机构与调速电机连接，调速电机的控制端与程序控制器连接；所述的电极阵列两端安装有导向辊，物料经导向辊在电极对中通过；所述的真空密封室内的电极阵列、驱动辊和导向辊安装在一对固定板上；真空密封室的底座上安装有滑动轨道，真空罩置于轨道上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的显著优点：

1.由于真空密封室内的电极采用空心圆柱结构，因此，易于加工和安装，易于实现大面积均匀等离子体的产生和大规模生产；还因为电极对具有冷却装置，可以保证在处理过程中真空室内的温度恒定，保证处理质量的均匀性，并使处理环境保持在较低的温度，避免了对基体材料造成损害，处理效果得到有效提高。

2.由于采取了设置导向辊和多电极对的结构，可充分利用真空室空间，提高处理效率；

3.通过设置调速装置，可以连续调节驱动辊的转速，以保持基体材料运行速度的恒定，保证产品质量，并可以满足不同工艺对处理时间的要求，工艺适用性较宽；同时，调速装置的逆向运转，可以实现离子体活化和等离子体接枝或等离子体沉积的一次性完成；

4.真空密封室的底座上安装有滑动轨道，只需将真空罩在轨道上沿水平方向移动便可打开真空室，装料过程在真空室外进行，便于操作和提高劳动效率。

本装置适用于薄膜状高分子材料，包括薄膜、织物和非织造布等的表面改性处理。对于不同材质的物料和不同的改性要求，通过改变工作气体的种类和配比以及工艺过程和工艺条件，可以满足不同的表面改性要求。

                         附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的电极结构示意图；

图3为本实用新型实施例的电极对布置示意图。

                       具体实施方式

实施例：

参见附图1，在真空密封室的底座23上安装有滑动轨道，真空罩16安装在轨道上，打开真空室时，只需将真空罩在轨道上沿水平方向移动；真空密封室的内部安装有驱动辊14、15和导向辊7，两根驱动辊分别与真空室外的减速机构连接。在真空室的中部垂直安装有空心圆柱电极19，在电极两端有冷却水进出口接口，电极和两根驱动辊均安装在一对固定板20上，冷却水进出口与真空室外部的冷却水循环装置接通，冷却水循环装置由水泵22和恒温水槽21组成。

本实施例所述的薄膜状高分子材料表面改性处理设备的驱动机构由调速电机、减速器和传动机构组成；物料的匀速运动由调速电机、可编程控制器2控制。工作气体分别由各自的气源11经针阀10、并经流量计(或电子流量控制仪)9计量后进入到气体混合器12，混合器通过管道13与真空室进气口连接。工作气体可以是空气、氧气、氩气、含氟气体、氮气、氦气、二氧化碳、二氧化硫、氨气、烯烃类气体、含硅气体等单一种类气体或者是两种或多种气体的混合气体。对于某些室温下呈液态的工作介质，可以通过加热和控温装置8将其汽化后单独使用或与上述气体混合使用。真空室上具有抽气口与真空泵3连通，真空泵上还装有电磁阀4和真空碟阀6。排出气体在进入真空泵之前经酸吸收装置5净化。放气阀18、射频电源、驱动电机和真空泵均通过线路与控制装置1连接。

参见附图2，电极为空心圆柱电极，电极两端为冷却水进、出口接口。

参见附图3，电极采用交替布置，按“+”、“-”极相间排列为一组。电极对之间安装有导向辊，被处理物料17从电极对19之间穿过，

用本实用新型实施例所提供的装置进行高分子材料表面改性处理，其工作过程如下：工作基材采用丙纶塑料薄膜，目的是改善表面的亲水性能。处理前物料需经洗涤和烘干。工作气体采用氩气和丙烯酸，酸气吸收物质采用氢氧化钠颗粒。工作气体的流量调节装置采用转子流量计，喂料速度的匀速控制采用变频调速电机和可编程序变频调速器完成。

打开真空室，移出真空罩，将待处理物料丙纶塑料薄膜(卷状)装在驱动辊上，使物料经过导向辊，穿过电极之间的间隙，并缠绕在驱动辊14上的收料筒上，推入真空罩，关闭真空室，关闭放气阀18。通过向可编程控制器输入控制程序，控制电机转速，将物料线速度恒定在约5米/min。采用加热和控温装置将丙烯酸温度恒定在30℃，预热射频电源15分钟后，启动真空泵，当真空度达到极限值(1Pa)后，开通电极冷却水水泵，恒温水槽中的冷却水经电极板上的冷却水进出口接口循环冷却。

开启氩气和丙烯酸气路上的针阀并通过调节转子流量计上的针阀将其流量分别调整到预定值。开启射频电源，产生辉光，启动驱动辊14上的驱动电机(驱动辊15从动)，对薄膜材料进行活化和接枝处理。处理完毕后，关闭电源、关闭氩气和丙烯酸气路上的针阀，停真空泵，开启放气阀，将真空室内压力恢复常压，打开真空室，移出真空罩，取出已处理物料，完成整个处理过程。必要时可以重复以上处理步骤，但驱动辊反向转动，工作气体或处理工艺条件可以不同，以达到更好的处理结果。

Claims (5)

1.一种高分子材料表面改性等离子体处理装置，包括真空密封室及通过管道连接的真空泵、连接射频电源的电极对和喂料装置，其特征在于：所述的真空密封室内的电极为圆柱状，内部为空腔，电极两端分别设有冷却水进、出口，冷却水进、出口通过接口管道与真空室外部的冷却水循环装置连接，电极按正极、负极相间的阵列方式放置。

2.根据权利要求1所述的高分子材料表面改性等离子体处理装置，其特征在于：所述的喂料装置由驱动辊、减速机构、调速电机和程序控制器组成，驱动辊与真空室外的减速机构连接，减速机构与调速电机连接，调速电机的控制端与程序控制器连接。

3.根据权利要求1所述的高分子材料表面改性等离子体处理装置，其特征在于：所述的电极阵列两端安装有导向辊，物料经导向辊在电极对中通过。

4.根据权利要求1所述的高分子材料表面改性等离子体处理装置，其特征在于：所述的真空密封室内的电极阵列、驱动辊和导向辊安装在一对固定板上。

5.根据权利要求1所述的高分子材料表面改性等离子体处理装置，其特征在于：所述的真空密封室的底座上安装有滑动轨道，真空罩置于轨道上。

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