CZ33294U1

CZ33294U1 - Equipment for plasma treatment of tubular foils

Info

Publication number: CZ33294U1
Application number: CZ2019-36369U
Authority: CZ
Inventors: Dušan KOVÁČIK; Miroslav ZEMÁNEK; Petra Šrámková; Slavomír Sihelník; Vlasta Štěpánová
Original assignee: Masarykova Univerzita
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2019-10-15

Description

Technické řešení se týká zařízení pro plazmovou úpravu tubulárních fólií z polymemích materiálů s využitím teplotně nerovnovážného plazmatu, generovaného ve vzduchu za atmosférického tlaku povrchovým dielektrickým bariérovým výbojem (DBD), který působí z vnějšku na fólii. Zařízení je kompatibilní s běžnými odvíjecími a navíjecími zařízeními, které se používají v průmyslu polymemích fólií při jejich výrobě, zpracování, resp. úpravě, proto s nimi může tvořit konvenční Roll-to-Roll (R2R) plazmové zařízení.The present invention relates to a device for plasma treatment of tubular films of polymeric materials using a temperature non-equilibrium plasma generated in air at atmospheric pressure by a surface dielectric barrier discharge (DBD) which acts on the film from the outside. The device is compatible with conventional unwinding and winding devices, which are used in the polymer film industry during their production, processing, resp. treatment, therefore, can form a conventional Roll-to-Roll (R2R) plasma device.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Plazmatem se nazývá částečně, nebo plně, ionizovaný plyn složený z iontů, elektronů, excitovaných částic, metastabilních částic nebo neutrálních částic, které vykazují kolektivní chování a kvazineutralitu, tzn. přibližnou rovnost mezi počtem kladně a záporně nabitých častíc. Je známo vysokoteplotní (termální, izotermické) plazma, a dále nízkoteplotní (netermální, neizotermické) plazma, ve kterém mají vysokou teplotu pouze elektrony, zatímco ionty si zachovávají teplotu blízkou okolní teplotě.Plasma is called a partially or fully ionized gas composed of ions, electrons, excited particles, metastable particles or neutral particles that exhibit collective behavior and quasi-neutrality, i. the approximate equality between the number of positively and negatively charged particles. High-temperature (thermal, isothermal) plasma is known, and low-temperature (non-thermal, non-isothermal) plasma in which only electrons have a high temperature, while the ions retain a temperature close to ambient temperature.

Nízkoteplotní plazma je možné generovat pomocí různých druhů elektrických výbojů v plynech, ať už za atmosférického tlaku, nebo ve vakuu. Současně se plazmové úpravy povrchů substrátů také často vyznačují nízkými náklady na provoz, přičemž je tedy důležité generovat plazma v plynech, které nepředstavují velký finanční pořizovací náklad, jako je okolní vzduch. Použití stabilizačních plynů jako je např. čistý dusík, argon, nebo helium, a jejich směsí se jeví vzhledem k tendenci zachování nízkých nákladů ve většině aplikací jako nevyhovující.Low temperature plasma can be generated by various types of electrical discharges in gases, either at atmospheric pressure or under vacuum. At the same time, plasma surface treatments of substrates are also often characterized by low operating costs, and it is therefore important to generate plasma in gases that do not represent a large cost, such as ambient air. The use of stabilizing gases such as pure nitrogen, argon, or helium and mixtures thereof appears unsatisfactory due to the tendency to keep costs low in most applications.

Kontinuální, plazmová povrchová úprava tenkých, flexibilních polymemích fólií za atmosférického tlaku se v průmyslu realizuje pomocí objemového dielektrického bariérového výboje (DBD), tzv. průmyslové koróny. Úprava spočívá v přímé expozici fólií v plazmatu výboje, generovaného mezi elektrodami. Ty jsou nejčastěji tvořeny uzemněným, kovovým, vodícím válcem, s tenkou vrstvou keramiky (vysoká izolační pevnost, vysoká hodnota permitivity, výborné tepelné vlastnosti) na povrchu, a několika stripovými elektrodami, taktéž pokrytými keramikou, umístěnými ve vzdálenosti 1 až 2 mm od vodícího válce.Continuous plasma surface treatment of thin, flexible polymer films at atmospheric pressure is realized in industry by means of volume dielectric barrier discharge (DBD), the so-called industrial corona. The treatment consists in direct exposure of the foils to the plasma discharge generated between the electrodes. These are most often made of a grounded, metal, guide roll, with a thin layer of ceramic (high insulation strength, high permittivity, excellent thermal properties) on the surface, and several strip electrodes, also covered with ceramics, located 1 to 2 mm from the guide roll .

Taková konfigurace elektrod vede ke generování plazmatu v podobě velkého množství, v prostoru a čase náhodně distribuovaných mikrofilamentů, které jsou kolmé k oběma elektrodám, a tedy i opracovávané fólii, která je přiváděna do výbojového prostoru pomocí vodícího válce. Filamentámí charakter plazmatu má za následek jeho omezený kontakt s opracovávaným povrchem, protože oblast interakce se omezuje jen na průřez mikrofilamentů. To má za následek nehomogennost takovéto povrchové úpravy. Další nevýhodou je její poměrně nízká účinnost, která souvisí se skutečností, že plazma je generováno v mezielektrodovém prostoru ~ 1 až 2 mm. V případě úpravy tenkých fólií s tloušťkou na úrovni ~ 0,1 mm totiž většina chemicky aktivních částic plazmatu, které jsou generovány ve vzdálenějším prostoru od substrátu, zaniká v důsledku rekombinačních procesů (doba života ~ 1 ps) dříve, než by mohly iniciovat plazmochemické procesy na exponovaném povrchu. Ve většině případů ke zvýšení účinnosti úpravy nedochází ani prodlužováním expozičního času. Toto spíše vede k poškození fólií v důsledku jejich delšího vystavení účinku kolmých, horkých mikrofilamentů. V neposlední řadě je závažným nedostatkem krátká trvanlivost plazmové úpravy, která já opět důsledkem silně filamentámího charakteru plazmatu průmyslové koróny, a prakticky zcela chybějícího difúzního plazmatu.Such an electrode configuration results in the generation of plasma in the form of a plurality of randomly distributed microfilaments distributed perpendicular to both electrodes and hence a processed film which is fed to the discharge space by means of a guide roller. The filamentary nature of the plasma results in its limited contact with the treated surface, since the area of interaction is limited to the cross-section of the microfilaments. This results in an inhomogeneity of such surface treatment. Another disadvantage is its relatively low efficiency, which is related to the fact that the plasma is generated in an interelectrode space of ~ 1 to 2 mm. In the case of treatment of thin films with a thickness of ~ 0.1 mm, most chemically active plasma particles that are generated more distant from the substrate disappear due to recombination processes (lifetime ~ 1 ps) before they could initiate plasmachemical processes on exposed surface. In most cases, the efficiency of the adjustment does not even increase the exposure time. Rather, this leads to foil damage due to prolonged exposure to perpendicular, hot microfilaments. Last but not least, the short-term durability of the plasma treatment, which again results from the strongly filamentary nature of industrial corona plasma and the virtually total lack of diffusion plasma, is a serious drawback.

- 1 CZ 33294 U1- 1 GB 33294 U1

Kolmá orientace mikrofilamentů v plazmatu průmyslové koróny umožňuje nejen povrchovou úpravu exponovaného povrchu polymemích fólií, ale v případě tubulámích fólií i jejich vnitřního povrchu. Výše uvedené nedostatky se však o to více projevují na vnitřním, tedy ne přímo exponovaném povrchu, což v mnoha případech omezuje použití průmyslové koróny, jejíž účinek je nedostatečný především z důvodu rychlého stárnutí plazmové úpravy, tzv. ageing effect.The perpendicular orientation of the microfilaments in the plasma of industrial corona allows not only the surface treatment of the exposed surface of the polymer films, but also the inner surface of the tubular films. However, the aforementioned drawbacks are all the more apparent on the inner, not directly exposed surface, which in many cases limits the use of industrial corona, the effect of which is insufficient mainly due to the rapid aging of the plasma treatment, the so-called ageing effect.

Mezi známá řešení zabývající se úpravou povrchů různých substrátů nízkoteplotním plazmatem patří např. technické řešení známé z užitného vzoru CZ 28677. Technické řešení zahrnuje zařízení generující povrchové plazma na bázi difuzního koplanámího povrchového bariérového výboje (dále jen DCSBD). Zařízení generující povrchové plazma je tvořeno elektrodami s otevřenou geometrií připojenými ke zdroji střídavého vysokého elektrického napětí, přičemž se mezi elektrodami nachází vhodná vrstva dielektrika zabraňující nežádoucímu elektrickému průrazu (přechodu nabitých částic mezi elektrodami). Plazma je generováno jako tenká vrstva na povrchu dielektrika. Plazma generované zařízením v tenké vrstvě dosahuje efektivní tloušťky přibližně 0,3 mm. Technické řešení je určeno pro účinnou a efektivní plazmovou úpravu polymemích fólií, papim, netkaných textilií, a jiných podobných hladkých materiálů, pro které je tloušťka generovaného plazmatu dostatečná.Known solutions for treating surfaces of various substrates with low temperature plasma include, for example, a technical solution known from utility model CZ 28677. The technical solution comprises a surface plasma generating device based on a diffuse coplanar surface barrier discharge (DCSBD). The surface plasma generating device consists of open geometry electrodes connected to an AC high voltage source, with a suitable dielectric layer between the electrodes to prevent unwanted electrical breakdown (transfer of charged particles between the electrodes). Plasma is generated as a thin layer on the surface of the dielectric. The plasma generated by the thin-film device achieves an effective thickness of approximately 0.3 mm. The technical solution is designed for efficient and effective plasma treatment of polymer films, papi, nonwovens, and other similar smooth materials for which the thickness of the generated plasma is sufficient.

Úkolem technického řešení je eliminovat nedostatky při použití průmyslové koróny využitím účinných povrchových DBD výbojů (hustota výkonu v plazmatu min. 60 W/cm³), které generují tenkou vrstvu teplotně nerovnovážného plazmatu, a v případě difuzního koplanámího povrchového bariérového výboje (DCSBD) dokonce s vysokým podílem difuzního plazmatu. Úkolem je tedy navrhnout R2R zařízení, v němž je jako zdroj plazmatu použit povrchový DBD výboj, který je částečně superponován jemnými mikrofilamenty, hořícími kolmo vůči tubulámí fólii, vyznačujícími se podstatně nižšími hodnotami proudu než v případě průmyslové koróny.The purpose of the technical solution is to eliminate deficiencies in the use of industrial corona using efficient surface DBD discharges (plasma power density of at least 60 W / cm ³ ), which generate a thin layer of non-equilibrium plasma and even diffuse coplanar surface barrier discharge (DCSBD) high diffusion plasma. The object is therefore to propose an R2R device in which a surface DBD discharge is used as the plasma source, which is partially superimposed by fine microfilaments burning perpendicular to the tubular film, characterized by substantially lower current values than in the case of an industrial corona.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Nedostatky známých řešení odstraňuje zařízení pro plazmovou úpravu tubulámích fólií typu Roll-to-Roll, které je kompatibilní se všemi běžnými navíjecími a odvíjecími zařízeními pro fólie běžně dostupné na trhu, umožňující plazmovou úpravu vnitřního povrchu tubulámích fólií výbojovou jednotkou povrchového BDB (dielektrického bariérového výboje) působícího na fólii zvenčí. Hlavní podstatou řešení je konstrukce vodícího válce. Aby došlo k superponování povrchového výboje o jemné mikrofilamenty generované kolmo k povrchu tubulámí fólie, v důsledku elektrostatické indukce ve válci, musí být válec vodivý, s měrným elektrickým odporem v rozmezí desítek kQcin² až desítky GQcin². Uvedený elektrický odpor omezuje maximální hodnotu proudu v mikrofilamentech. Při přenášení shodného elektrického náboje je vlivem menšího proudu přes mikrofilamenty v případě navrhovaného technického řešení s vodivým válcem, oproti případu průmyslové koróny, výrazně odlišný charakter mikrofilamentů, díky čemuž plazma nezpůsobuje poškození vnějšího, ani vnitřního povrchu fólie především při delších expozičních časech.The drawbacks of the known solutions are overcome by a roll-to-roll plasma treatment device compatible with all commercially available foil winding and unwinding devices that allow plasma treatment of the inner surface of the tubular film with a discharge BDB (dielectric barrier discharge) discharge unit. acting on the film from the outside. The main essence of the solution is the construction of the guide roller. In order to superimpose the surface discharge by fine microfilaments generated perpendicular to the surface of the tubular film due to electrostatic induction in the roll, the roll must be conductive, with a specific electrical resistance in the range of tens of kQcin ² to tens of GQcin ² . Said electrical resistance limits the maximum current value in the microfilaments. When transmitting the same electric charge, due to the lower current through the microfilaments in the case of the proposed conductive cylinder technical solution, compared to the case of industrial corona, the character of the microfilaments is significantly different, so that the plasma does not cause damage to the outer or inner surface.

Zařízení pro plazmovou úpravu tubulámích fólií typu Roll-to-Roll obsahuje v základu alespoň jednu dvojici paralelních elektrod uspořádaných do výbojové jednotky generující povrchový dielektrický bariérový výboj.The roll-to-roll plasma treatment apparatus for a tubular film comprises at least one pair of parallel electrodes arranged in a discharge unit generating a surface dielectric barrier discharge.

Zařízení pro plazmovou úpravu tubulámích fólií dále obsahuje alespoň jeden vodící válec, který provádí vedení tubulámí fólie polem plazmatu, které je nad tímto vodícím válcem generováno. K posunu fólie slouží odvíjecí zařízení odvíjející neupravenou tubulámí fólii a navíjecí zařízení pro navíjení již upravené tubulámí fólie. Odvíjecí i navíjecí zařízení je uspořádáno tak, že jejich osy jsou rovnoběžné s osou vodícího válce. Výbojový prostor je tvořen štěrbinou mezi povrchem výbojové jednotky a povrchem tubulámí fólie pohybující se po vodícím válci. Vodící válec je tvořen z elektricky vodivého materiálu. Výbojová jednotka obsahuje válcově zakřivenou keramiku, přičemž poloměr zakřivení válcově zakřivené keramiky je komplementární seThe plasma treatment device further comprises at least one guide roller that guides the tubular film through the plasma field generated above the guide roller. The foil displacement device is used for unwinding the untreated tubular film and a winding device for winding the already treated tubular film. The unwinding and winding devices are arranged such that their axes are parallel to the axis of the guide roller. The discharge space is formed by a gap between the surface of the discharge unit and the surface of the tubular film moving along the guide roller. The guide roller is formed of an electrically conductive material. The discharge unit comprises a cylindrical ceramic, the radius of curvature of the cylindrical ceramic being complementary to

-2CZ 33294 U1 zakřiveným povrchem vodícího válce. Tím je zajištěno, že vymezená mezera pro vedení tubulámí fólie mezi zakřivenou keramikou a vodícím válcem má po celé své délce stejnou šířku, díky čemuž je v mezeře vytvořené plazma homogenní a působí na procházející fólii stejně ve všech bodech mezery.-2GB 33294 U1 curved guide roller surface. This ensures that the defined gap for guiding the tubular film between the curved ceramic and the guide roll has the same width over its entire length, which makes the plasma formed homogeneous in the gap and acts equally at all points of the gap on the passing film.

Zařízení pro plazmovou úpravu tubulámích fólií obsahuje také nezbytný zdroj vysokého střídavého napětí, který zajišťuje napájení výbojové jednotky. Podle technického řešení je vodící válec tvořen vodivým válcovým jádrem, které je potaženo vrstvou vodivého adhezivního materiálu s měrným elektrickým odporem v rozmezí od 10 kQcm² do 100 GQcm², kdy lze měrný elektrický odpor válcového jádra vodícího válce považovat za zanedbatelný a nemající vliv na výsledný měrný elektrický odpor vodícího válce jako celku.The tubular film plasma treatment apparatus also includes the necessary high-voltage AC source to provide power to the discharge unit. According to the invention, the guide roll consists of a conductive cylindrical core, which is coated with a layer of conductive adhesive material with a specific electrical resistance in the range of 10 kQcm ² to 100 GQcm ² , where the specific electrical resistance of the cylindrical core of the guide roller can be considered negligible and specific electrical resistance of the guide cylinder as a whole.

Zařízení pro plazmovou úpravu tubulámích fólií je dále opatřeno stavěcím prostředkem pro nastavení optimální mezery mezi výbojovou jednotkou a povrchem vodícího válce. Přesnost nastavení je 0,1 mm.The plasma film treatment device is further provided with adjusting means for adjusting the optimum gap between the discharge unit and the surface of the guide roller. The setting accuracy is 0.1 mm.

Ve výhodném provedení je vodivé válcové jádro vodícího válce tvořeno kovovým materiálem ze skupiny materiálů: ocel, mosaz, měď, hliník, tedy materiálů s dobrou elektrickou vodivostí a nízkým měrným elektrickým odporem.In a preferred embodiment, the conductive cylindrical core of the guide roll is formed of a metal material of the material group: steel, brass, copper, aluminum, ie materials with good electrical conductivity and low specific electrical resistance.

V jiném výhodném provedení je vodivým adhezivním materiálem na povrchu vodícího válce vrstva pryže tloušťky 10 až 15 mm. Tato pryž má měrný elektrický odpor v rozmezí od 10 kQ/cm² do 100 GQ/cm².In another preferred embodiment, the conductive adhesive material on the surface of the guide roll is a 10 to 15 mm thick rubber layer. This rubber has a specific electrical resistance in the range of 10 kQ / cm ² to 100 GQ / cm ² .

V dalším výhodném provedení obsahuje stavěči prostředek držák s nastavitelnými mikrometrickými šrouby se stoupáním 1 mm/závit, kdy držák je pevně kotven k hnacímu hřídeli vodícího válce.In a further preferred embodiment, the adjusting means comprises a holder with adjustable micrometer screws with a pitch of 1 mm / thread, the holder being firmly anchored to the drive shaft of the guide roller.

V jiném výhodném provedení je optimální nastavitelná šířka mezery mezi povrchem vodícího válce a válcově zakřivenou keramikou v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm.In another preferred embodiment, the optimal adjustable gap width between the surface of the guide roller and the cylindrical ceramic is in the range of 0.1 to 0.5 mm.

V následujícím výhodném provedení výbojová jednotka dále obsahuje alespoň jednu dvojici paralelně uspořádaných elektrod osazených na vypouklé straně válcově zakřivené keramiky. Elektrody jsou, podle technického řešení, k vypouklé straně válcově zakřivené keramiky kotveny lepeným spojem. Výbojová jednotka dále obsahuje skleněný korpus, který na své spodní straně dosedá na vypouklou stranu válcově zakřivené keramiky, přičemž s ním tak vytváří dutou komoru. Tato dutá komora je vyplněná elektricky nevodivým olejem s vysokou dielektrickou pevností, který tvoří zároveň izolaci mezi jednotlivými elektrodami a zároveň proudí komorou jako chladící médium elektrod.In the following preferred embodiment, the discharge unit further comprises at least one pair of parallel arranged electrodes mounted on the convex side of the curved ceramic. According to the invention, the electrodes are anchored to the convex side of the cylindrical ceramic. The discharge unit further comprises a glass body which abuts on its underside on the convex side of a cylindrical ceramic, thereby forming a hollow chamber therewith. This hollow chamber is filled with an electrically non-conductive oil of high dielectric strength, which at the same time forms insulation between the individual electrodes while flowing through the chamber as the electrode cooling medium.

Hlavní výhodou tohoto technického řešení je, že konstrukce vodícího válce podle technického řešení umožňuje, oproti případu použití průmyslové koróny pro plazmovou úpravu povrchů tubulámích fólií, superponování povrchového výboje o jemné mikrofilamenty, které jsou generované v ideálním směru, tedy kolmo k povrchu tubulámí fólie. Této funkce je dosaženo právě díky vzniku dostatečně vysoké elektrostatické indukce ve vodícím válci zabezpečené použitím vodivého adhezivního povrchu vodícího válce ve formě pryže s měrným elektrickým odporem od lOkQ/cm² do IOOGO/cm². Pryž zároveň zabezpečuje dobrou přilnavost opracovávané fólie k vodícímu válci, a tedy účinné vedení fólie v efektivní vzdálenosti od válcově zakřivené keramiky výbojové jednotky.The main advantage of this technical solution is that the construction of the guide roller according to the technical solution allows, compared to the case of using industrial corona for plasma treatment of tubular film surfaces, superposition of surface discharge by fine microfilaments, which are generated in ideal direction. This function is achieved precisely because of the formation of a sufficiently high electrostatic induction in the guide roller provided by the use of a conductive adhesive surface of the guide roller in the form of a rubber with a specific electrical resistance of from ¹⁰ kq / cm ² to 10,000 / cm ² . At the same time, the rubber ensures good adhesion of the treated film to the guiding roller and thus effective guidance of the film at an effective distance from the cylindrical ceramic of the discharge unit.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresu, který znázorňuje:The technical solution will be explained in more detail by means of a drawing which shows:

-3 CZ 33294 U1-3 GB 33294 U1

Obr. 1 schéma zařízení podle technického řešení;Giant. 1 shows a diagram of the apparatus according to the invention;

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Zařízení 1 pro plazmovou úpravu tubulámích fólií 4 typu Roll-to-Roll podle obr. 1 kombinuje známou technologii navíjecího zařízení 7 a odvíjecího zařízení 6, která jsou běžně dostupná na trhu s novou technologií konstrukce vodícího válce 3 a výbojové jednotky 2, zabezpečující mnohem lepší kvalitu vytvářeného dielektrického bariérového výboje působícího na tubulámí fólii 4 zvenčí. Podstata technického řešení podle obr. 1 tkví především v konstrukci vodícího válce 3. Konstrukce vodícího válce 3 podle technického řešení je založená na vodivém válcovém jádru 12 vyrobeném z kovového materiálu s velmi dobrou elektrickou vodivostí a minimálním měrným elektrickým odporem na povrchu opatřeném vodivým adhezivním povrchem 13 tvořeným pryží směrným elektrickým odporem od lOkQcm² do 100 GQcm², kdy měrný elektrický odpor válcového jádra 12 vodícího válce 3 lze považovat za zanedbatelný a nemající vliv na výsledný měrný elektrický odpor vodícího válce 3 jako celku. Tato kombinace dvou materiálů způsobuje, že dochází k superponování povrchového výboje o jemné mikrofilamenty generované kolmo k povrchu tubulámí fólie 4. Uvedený elektrický odpor omezuje maximální hodnotu proudu v mikrofilamentech. Při přenášení shodného elektrického náboje je vlivem menšího proudu protékajícího přes mikrofilamenty, v případě navrhovaného technického řešení s vodivým vodícím válcem 3, výrazně odlišný charakter mikrofilamentů, oproti případu využívání průmyslové koróny. Díky tomu mikrofilamenty nezpůsobují poškození vnějšího, ani vnitřního povrchu tubulámí fólie 4 ani při delších expozičních časech působení.The roll-to-roll plasma treatment device 1 of FIG. 1 combines the known technology of the winding device 7 and the unwinding device 6, which are commercially available with the new technology of construction of the guide roll 3 and the discharge unit 2, providing much better the quality of the dielectric barrier discharge formed on the tubular film 4 externally. The principle of the technical solution according to FIG. 1 lies mainly in the construction of the guiding roller 3. The construction of the guiding roller 3 according to the technical solution is based on a conductive cylindrical core 12 made of a metallic material with very good electrical conductivity and minimal specific electrical resistance on the surface provided with conductive adhesive surface 13 formed of rubber with a direct electrical resistance of from 10kqcm ² to 100Gqcm ² , wherein the specific electrical resistance of the cylindrical core 12 of the guide roller 3 can be considered negligible and does not affect the resulting specific electrical resistance of the guide roller 3 as a whole. This combination of two materials causes superficial superimposition of the fine microfilaments generated perpendicular to the surface of the tubular film 4. The electrical resistance limits the maximum current value in the microfilaments. When transmitting the same electric charge, due to the smaller current flowing through the microfilaments, in the case of the proposed technical solution with the conductive guide roller 3, the character of the microfilaments is significantly different from that of the industrial corona. As a result, the microfilaments do not cause damage to the outer or inner surface of the tubular film 4 even at longer exposure times.

Zařízení 1 pro plazmovou úpravu tubulámích fólií 4 umožňuje plazmovou úpravu i vnitřního povrchu tabulámích fólií 4 výbojovou jednotkou 2, produkující povrchový dielektrický bariérový výboj, ale přitom působícího na tubulámí fólii 4 zvenčí.The device 1 for plasma treatment of tubular foils 4 allows plasma treatment of the inner surface of the sheets 4 by a discharge unit 2, producing a surface dielectric barrier discharge, but acting on the tubular foil 4 externally.

Zařízení 1 pro plazmovou úpravu tubulámích fólií 4 typu Roll-to-Roll podle obr. 1 obsahuje alespoň jednu dvojici plazmových elektrod 14 nebo plazmových zářičů uspořádaných do výbojové jednotky 2 generující povrchový dielektrický bariérový výboj produkující plazma.The roll-to-roll plasma treatment device 4 of the tubular film 4 of FIG. 1 comprises at least one pair of plasma electrodes 14 or plasma emitters arranged in a discharge unit 2 generating a plasma-producing surface dielectric barrier discharge.

Zařízení 1_ pro plazmovou úpravu tubulámích fólií 4 podle obr. 1 dále obsahuje alespoň jeden vodící válec 3, který slouží pro vedení tubulámí fólie 4 polem plazmatu, které je nad tímto vodícím válcem 3 generováno. K posunu tubulámí fólie 4 slouží odvíjecí zařízení 6 odvíjející neupravenou tubulámí fólii 4 a navíjecí zařízení 7 pro navíjení již upravené tubulámí fólie 4. Odvíjecí zařízení 6 i navíjecí zařízení 7 jsou uspořádány osově tak, že jejich osy jsou rovnoběžné s osou vodícího válce 3.The plasma treatment device 1 of the tubular film 4 of FIG. 1 further comprises at least one guide roller 3, which serves to guide the tubular film 4 through the plasma field generated above the guide roller 3. The unwinding device 6 unwinding the untreated tubular film 4 and the winding device 7 for winding the already treated tubular film 4 serve to move the tubular film 4. The unwinding device 6 and the winding device 7 are arranged axially so that their axes are parallel to the axis of the guide roll 3.

Výbojový prostor 5 je podle technického řešení tvořen štěrbinou mezi povrchem výbojové jednotky 2 a povrchem tubulámí fólie 4 pohybující se po vodícím válci 3, kdy vodící válec 3 je tvořen z elektricky vodivého materiálu. Výbojová jednotka 2 obsahuje válcově zakřivenou keramiku 9, kdy poloměr zakřivení válcově zakřivené keramiky 9 je komplementární se zakřiveným povrchem 13 vodícího válce 3. Tím je zajištěno, že vymezená mezera 8 pro vedení tubulámí fólie 4 mezi zakřivenou keramikou 9 a vodícím válcem 3 má po celé své délce stejnou šířku, díky čemuž je v mezeře 8 vytvořené plazma homogenní a působí na procházející tubulámí fólii 4 stejně ve všech bodech mezery 8.The discharge space 5 according to the invention is formed by a gap between the surface of the discharge unit 2 and the surface of the tubular foil 4 moving along the guide roller 3, the guide roller 3 being formed of an electrically conductive material. The discharge unit 2 comprises a cylindrical ceramic 9, wherein the radius of curvature of the cylindrical ceramic 9 is complementary to the curved surface 13 of the guide roller 3. This ensures that the defined gap 8 for guiding the tubular film 4 between the curved ceramic 9 and the guide roller 3 its length is the same width, making the plasma formed in the gap 8 homogeneous and acting on the passing tubular film 4 equally at all points of the gap 8.

Zařízení 1 pro plazmovou úpravu tubulámích fólií 4 je dále opatřeno stavěcím prostředkem pro nastavení optimální mezery 8 mezi výbojovou jednotkou 2 a adhezivním povrchem 13 vodícího válce 3. Nastavení mezery 8 je s přesností 0,1 mm.The plasma treatment device 1 of the tubular film 4 is further provided with adjusting means for adjusting the optimum gap 8 between the discharge unit 2 and the adhesive surface 13 of the guide roller 3. The gap adjustment 8 is accurate to 0.1 mm.

Vodivé válcové jádro 12 vodícího válce 3 je tvořeno kovovým materiálem ze skupiny materiálů: ocel, mosaz, měď, hliník, tedy materiálem s dobrou elektrickou vodivostí a nízkým měrným elektrickým odporem. Vodivým adhezivním materiálem na povrchu 13 vodícího válce 3 je vrstvaThe conductive cylindrical core 12 of the guide cylinder 3 is made of a metal material from the group of materials: steel, brass, copper, aluminum, ie a material with good electrical conductivity and low specific electrical resistance. The conductive adhesive material on the surface 13 of the guide roller 3 is a layer

-4CZ 33294 U1 pryže tloušťky 10 až 15 mm. Použitá pryž musí být odolná vůči ozónu a její teplotní odolnost musí být alespoň do 80 °C.-4GB 33294 U1 rubber 10 to 15 mm thick. The rubber used must be ozone resistant and have a temperature resistance of at least 80 ° C.

Stavěči prostředek obsahuje držák s nastavitelnými mikrometrickými šrouby se stoupáním 1 mm/závit, kdy držák je pevně kotven k hnacímu hřídeli vodícího válce 3. Toto uspořádání umožňuje přesné nastavení šířky mezery 8 mezi povrchem vodícího válce 3 a povrchem válcově zakřivené keramiky 9. Vzdálenost 0 mm odpovídá dokonale těsnému kontaktu vodícího válce 3 a válcově zakřivené keramiky 9. Nastavení požadované šířky mezery 8 se následně dosáhne odtlačením výbojové jednotky 2 od povrchu vodícího válce 3 pootočením mikrometrických šroubů do požadované polohy. Podle jednoho z příkladů uskutečnění je optimální nastavitelná šířka mezery 8 mezi povrchem vodícího válce 3 a válcově zakřivenou keramikou 9 v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm.The adjusting means comprises a holder with adjustable micrometer screws with a pitch of 1 mm / thread, the holder being firmly anchored to the drive shaft of the guide roller 3. This arrangement allows precise adjustment of the gap width 8 between the guide roller surface 3 and the surface of the curved ceramic 9. The adjustment of the desired gap width 8 is then achieved by pushing the discharge unit 2 away from the surface of the guide cylinder 3 by rotating the micrometer screws to the desired position. According to one embodiment, the optimal adjustable width of the gap 8 between the surface of the guide roller 3 and the cylindrical ceramic 9 is in the range of 0.1 to 0.5 mm.

Výbojová jednotka 2 dále obsahuje alespoň jednu dvojici paralelně uspořádaných elektrod 14 osazených na vypouklé straně válcově zakřivené keramiky 9. Elektrody 14 jsou k vypouklé straně válcově zakřivené keramiky 9 kotveny lepeným spojem. Výbojová jednotka 2 dále obsahuje skleněný korpus 15, který na své spodní straně dosedá na vypouklou stranu válcově zakřivené keramiky 9, přičemž s ním tak vytváří dutou komoru 16. Dutá komora 16 je vyplněná elektricky nevodivým olejem 11 s vysokou dielektrickou pevností, který tvoří zároveň izolaci mezi jednotlivými elektrodami 14 a zároveň proudí komorou 16 jako chladící médium elektrod 14. Chlazení oleje 11 je podle jednoho příkladu uskutečnění technického řešení prováděno připojením externího chladícího média oleje 11.The discharge unit 2 further comprises at least one pair of parallel arranged electrodes 14 mounted on the convex side of the cylindrical ceramic 9. The electrodes 14 are anchored to the convex side of the cylindrical ceramic 9. The discharge unit 2 further comprises a glass body 15 which abuts on its underside the convex side of the cylindrical ceramic 9, thereby forming a hollow chamber 16. The hollow chamber 16 is filled with an electrically non-conductive high dielectric strength oil 11 which also forms insulation between the electrodes 14 and at the same time flows through the chamber 16 as the electrode cooling medium 14. Oil cooling 11 is according to one embodiment of the invention carried out by connecting an external oil cooling medium 11.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení najde uplatnění v průmyslu, kde je třeba plazmatem upravovat nebo sterilizovat nebo čistit nebo dekontaminovat povrchy materiálů, který je ve formě dlouhých tubulámích fólií, aniž by došlo k nežádoucí abrazi povrchu jinými čistícími látkami a materiály nebo ovlivnění látkami, které jsou například agresivní k ošetřovanému povrchu vzorku. Technologie je nízkoteplotní, a tedy šetrná i k materiálům, které při vyšších teplotách degradují nebo hoří, přičemž je možné působit na hladké povrchy, stejně jako na vzorky se strukturovaným povrchem (nerovným povrchem).The technical solution will find application in the industry where plasma treatment or sterilization or cleaning or decontamination of material surfaces, which is in the form of long tubular foils, has to be done without undesirable abrasion of the surface by other cleaning agents and materials or by aggressive substances the treated sample surface. The technology is low-temperature and therefore environmentally friendly to materials that degrade or burn at higher temperatures, and it is possible to act on smooth surfaces as well as on textured surface samples (uneven surfaces).

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

A roll-to-roll plasma treatment apparatus (1) comprising at least one pair of plasma electrodes (14) or plasma emitters arranged in a surface dielectric barrier discharge discharge unit (2), further comprising at least one guide roller (3) ) for guiding the tubular film (4) through the plasma field generated above the guide roll (3), and also comprising a unwinding device (6) for unwinding the tubular film (4) and a winding device (7) for winding the tubular film (4) which are arranged axially parallel to the axis of the guide roller (3), wherein the discharge space (5) is formed by a gap between the surface of the discharge unit (2) and the surface of the tubular foil (4) moving on the guide roller (3). wherein the discharge unit (2) comprises a cylindrically curved ceramic (9), the radius of curvature of the cylindrically curved ceramic (9) being e complementary to the curved surface (13) of the guide roll (3) such that the gap (8) for guiding the tubular film (4) and the plasma formation is parallel and thus equally wide along the length of the two curved surfaces;

The device (1) comprises a high AC voltage source (10) for supplying the discharge unit (2), characterized in that the guide roller (3) is formed by a conductive cylindrical core (12) with a guide roller surface (13) (3) provided with a layer of conductive adhesive material having a specific electrical resistance in the range of 10kQcm ² to 100GGcm ² , and the device (1) is further provided with adjusting means for adjusting the gap (8) between the discharge unit (2) and the guide roller surface (3) with an accuracy of 0.1 mm.

Device according to claim 1, characterized in that the conductive cylindrical core (12) of the guide roller (3) is made of a metal material from the group of materials: steel, brass, copper, aluminum.

Device according to claims 1 and 2, characterized in that the conductive adhesive material on the surface (13) of the guide roller (3) is a rubber layer of 10-15 mm thickness with a specific electrical resistance in the range of 10 kQcm ² to 100 GQcm ² .

Device according to claim 1, characterized in that the adjusting means comprises a holder with adjustable micrometer screws with a pitch of 1 mm / thread, the holder being mounted on the drive shaft of the guide roller (3).

Device according to claim 1, characterized in that the width of the gap (8) between the surface (13) of the guide roller (3) and the cylindrical curved ceramic (9) is in the range of 0.1 to 0.5 mm.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the discharge unit (2) further comprises at least one pair of parallel arranged electrodes (14) mounted on the convex side of the cylindrical ceramic (9), the electrodes (14) being cylindrically curved to the convex side. the ceramic (9) anchored by the bond, and further comprising a glass body (15) which abuts on its underside the convex side of the curved ceramic (9), forming a hollow chamber (16) therewith, the hollow chamber (16) being filled with an electrically non-conductive oil (11) of high dielectric strength to isolate the individual electrodes (14) from each other and cool them.