DE102007039645A1 - Coating or modifying surface of organic or inorganic wires, fibers or assemblies of them comprises exposing them to flame, plasma or stream of hot gas containing layer-forming organic or inorganic components - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung und/oder Modifizierung von anorganischen oder organischen Drähten, Fasern oder deren Verbunden, um ihnen neue Material- und Oberflächeneigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Korrosions- und Haftfestigkeit zu verleihen.The The invention relates to a method and a device for coating and / or modification of inorganic or organic wires, fibers or their associates to give them new material and surface properties, in particular with regard to the resistance to corrosion and adhesion to lend.
Sowohl organische, wie auch anorganische Schichtsysteme werden als Permeationssperren gegenüber Gasen, Ionen und Materialaidditiven beschrieben. Die Wirkung ist sehr stark abhängig von der Struktur der Schicht, bezogen auf die Moleküle denen gegenüber eine Sperrwirkung erzielt werden soll. Anorganische Schichten erreichen bei optimaler Gestaltung eine wesentlich höhere Wirksamkeit als organische Systeme. So lassen sich beispielsweise mit 10 bis 20 nm dicken SiO2-Schichten auf Polymerfolien OTR Werte (cm3/m2·Atm·d) erreichen.Both organic and inorganic layer systems are described as permeation barriers to gases, ions and material additives. The effect is highly dependent on the structure of the layer, based on the molecules to which a barrier effect is to be achieved. Inorganic layers achieve a much higher efficiency than organic systems when optimally designed. For example, with 10 to 20 nm thick SiO 2 layers on polymer films, OTR values (cm 3 / m 2 .atm. D) can be achieved.
Die
Herstellung solcher Schichten erfolgt derzeit über Gasphasenverfahren, bevorzugt über Vakuum-
und Plasmatechniken [siehe hierzu bspw.
Darüber hinaus
gibt es eine Reihe von Versuchen nasschemischer Verfahrenstechniken
zur Herstellung von Barriereschichten zur Anwendung zu bringen [siehe
hierzu
Die
Herstellung von mikro- oder nanoporösen Schicht durch flammengestützte CCVD
Verfahren ist bekannt [siehe hierzu bspw.
Auch
bekannt ist, dass die genannten Verfahren zur Verbesserung der Haftung
organischer Schichten auf unterschiedlichsten Substraten eingesetzt
können
[
Die
Der Nachteil der zuvor stehend genannten Verfahren besteht darin, dass mit ihnen keine Drähte, Fasern oder deren Verbunde beschichtet und/oder modifiziert werden können.Of the Disadvantage of the above-mentioned method is that no wires, fibers with them or their composites can be coated and / or modified.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung und/oder Modifizierung von anorganischen und organischen Drähten, Fasern und deren Verbunden anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und den Drähten, Fasern und deren Verbunden neue Material- und Oberflächeneigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Korrosions- und Haftfestigkeit, verleihen.The Object of the present invention is to provide a method and a Apparatus for coating and / or modifying inorganic and organic wires, To indicate fibers and their compounds, which are the disadvantages of the state avoid the technology and the wires, Fibers and their compounds have new material and surface properties, especially with regard to corrosion and adhesion.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten und neuenten Hauptanspruchs gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche vorteilhaft ausgestaltet.According to the invention This task is characterized by the characterizing features of the first and new main claim and advantageously designed by the features of the subclaims.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein oder mehrere unbeschichtete oder beschichtete Drähte, Fasern bzw. Verbunde zwischen diesen, wie beispielsweise Corde, einer Flamme, einem Plasma oder einem Heißluftstrom ausgesetzt werden.The Essence of the invention is that one or more uncoated or coated wires, Fibers or composites between them, such as cords, a flame, a plasma or a stream of hot air.
Der Flamme, dem Plasma oder dem Heißluftstrom kann eine oder mehrere Schicht bildende oder die Oberflächen modifizierende anorganische oder organische Komponenten zugemischt werden. So ist es beispielsweise möglich, durch anorganische Verbindungen bzw. metallorganische Verbindungen in den Flammen oxidische Beschichtungen auf den unbeschichteten oder bereits beschichteten Drähten, Fasern oder Verbunden – im Folgenden Substrat genannt – von diesen zu erzeugen.The flame, the plasma or the hot air stream may be one or more layer forming or surface modifying inorganic or organic components are mixed. For example, inorganic compounds or organometallic compounds in the flames make it possible to produce oxidic coatings on the uncoated or already coated wires, fibers or composites - referred to below as the substrate - of these.
Als besonders günstig haben sich dabei Verbindungen erwiesen, die Oxide von Silizium, Aluminium, Zirkon oder Titan darstellen. Dies trifft auch für Magnesium oder Silber in nicht oxidischer Form zu.When very cheap have proven compounds, the oxides of silicon, Aluminum, zirconium or titanium. This is also true for magnesium or silver in non-oxidic form.
So wie Flammen, kann man dazu auch oxidierende Plasmen oder Heißluftströme einsetzen, denen bevorzugt metallorganische Verbindungen zugeführt werden.So Like flames, it is also possible to use oxidizing plasmas or hot air streams for this purpose preferably organometallic compounds are supplied.
Durch sauerstofffreie Plasmen oder Heißgasströme lassen sich auch nichtoxidische Verbindungen auf den Oberflächen abscheiden.By Oxygen-free plasmas or hot gas streams can also be non-oxidic Connections on the surfaces deposit.
Die Art der Beschichtung oder Modifizierung lässt sich gemäß der Erfindung durch die Wahl der Oberflächentemperatur des Substrats steuern. Dabei hat sich ein Temperaturbereich zwischen Null und dem Doppelten der Schmelztemperatur, besonders günstig im Bereich zwischen 50 °C und der Schmelztemperatur, erwiesen.The Type of coating or modification can be according to the invention by choosing the surface temperature of the substrate. It has a temperature range between Zero and twice the melting temperature, particularly favorable in the Range between 50 ° C and the melting temperature.
Gemäß der Erfindung kann man Flamme, Plasma oder Heißluftstrom auch getrennt durch Reaktion mit der anorganischer oder organischer Komponente auf der Oberfläche des Substrats zur Reaktion bringen.According to the invention you can also flame, plasma or hot air stream also separated by Reaction with the inorganic or organic component on the surface of the substrate to react.
Durch die Wahl einer Oberflächentemperatur oberhalb der Glastemperatur (Tg) ist es erfindungsgemäß auch möglich, die beschichtete Komponente in die Oberfläche des Substrats zu infiltrieren sowie eine Oberflächenschicht zu 200 nm in ihrer Struktur und Zusammensetzung zu verändern und damit neue Eigenschaften der Substrate herbeizuführen.By choosing a surface temperature above the glass transition temperature (T g ), it is also possible according to the invention to infiltrate the coated component into the surface of the substrate and to change its surface structure to 200 nm in structure and composition and thus to bring about new properties of the substrates.
Bei den zugemischten oder zugeführten anorganischen oder organischen Precursorverbindungen kann es sich sowohl um eine Verbindung als auch um eine Mischung von mehreren unterschiedlichen Verbindungen handeln.at the added or added inorganic or organic precursor compounds may be present both a compound and a mixture of several act different compounds.
Die Flammen können auch durch Mischung aus Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Trägergas, im einfachsten Fall Luft, erzeugt werden.The Flames can also by a mixture of fuel gas and an oxygen-containing carrier gas, in the simplest case air, be generated.
Der Anteil an Sauerstoff kann dabei zwischen > 0 % und 100 % variiert werden. Als Brenngas lassen sich sowohl organische Brenngase, wie beispielsweise Methan, Propan, Butan und Acetylen als auch Wasserstoff verwenden.Of the Percentage of oxygen can be varied between> 0% and 100%. Leave as fuel gas Both organic fuel gases, such as methane, propane, Butane and acetylene as well as hydrogen use.
Plasmen und Heißluftströme bieten darüber hinaus die Möglichkeit, durch Verwendung von Inertgasen, wie Edelgasen oder Stickstoff, oxidfreie Modifizierungen oder Beschichtungen zu erzeugen.plasmas and provide hot air streams Furthermore the possibility, by using inert gases, such as noble gases or nitrogen, to produce oxide-free modifications or coatings.
Auch kann das Plasmaträgergas aus Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas bestehen.Also can the plasma carrier gas consist of oxygen or an oxygen-containing gas.
Die zugemischte anorganische oder organische Komponente bewirkt durch Reaktion mit dem Trägergas eine Modifizierung oder Beschichtung der Substrate. Diese können vor der Beschichtung oder Modifizierung vortemperiert werden, was bevorzugt im Bereich zwischen 50 °C und ihrer zweifachen Schmelztemperatur erfolgt.The admixed inorganic or organic component causes by Reaction with the carrier gas a modification or coating of the substrates. These can be before the coating or modification are pre-tempered, which is preferred in the Range between 50 ° C and its twice the melting temperature.
Als Plasmen werden erfindungsgemäß bei Normaldruck arbeitende Freistrahlplasmen oder Barierreentladungen verwendet.When Plasmas are inventively at atmospheric pressure working free-jet plasmas or Barierreentladungen used.
Die Heißluftströme können Temperaturen zwischen 200 °C und 2000 °C, bevorzugt jedoch zwischen 400 °C und 1500 °C besitzen.The Hot air flows can be temperatures between 200 ° C and 2000 ° C, but preferably between 400 ° C and 1500 ° C have.
Zur Beschichtung und/oder Modifizierung der Substrate kann sowohl eine einzelne Flamme, Plasma oder Heißluftstrom als auch mehrere oder Kombinationen von Flammen, Plasmen oder Heißluftströmen eingesetzt werden.to Coating and / or modification of the substrates can be both a single flame, plasma or hot air flow as well as several or combinations of flames, plasmas or hot air streams.
Das
Prinzip der Vorrichtung, mit der die Beschichtung und/oder die Modifizierung
der Substrate erreicht wird, ist der beiliegenden
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Substrat (die Substrate) in einem Winkel zwischen 0 ° und 90 °, bevorzugt zwischen 45 ° und 90 °, zur Achse eines Energieträgers (der Energieträger) gerichtet und kann relativ bewegt werden.at the device according to the invention For example, the substrate (s) is at an angle between 0 ° and 90 ° between 45 ° and 90 °, to Axis of an energy source (the energy carrier) and can be moved relatively.
Für jeden Energieträger kann ein unterschiedlicher Winkel gewählt werden bzw. vorteilhaft sein.For each fuels a different angle can be chosen or be advantageous.
Der Abstand zwischen Substrat und Flamme, Plasma oder Heißluftstrom kann dabei über weite Bereiche variiert werden, wobei im Fall von Flammen oder Plasmen, bevorzugt der unmittelbar leuchtende Flammen- oder Plasmabereich, mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird.Of the Distance between substrate and flame, plasma or hot air flow can over it wide ranges are varied, in the case of flames or plasmas, preferably the immediately luminous flame or plasma region, with the surface of the Substrate is brought into contact.
Die Flammen, Plasmen oder Heißluftströme- Energieträger genannt – können dabei einzeln oder in Kombination, hintereinander in Reihe, konzentrisch um das Substrat oder schraubenförmig in Reihe vorrichtungsseitig angeordnet werden. Durch Verwendung mehrere Energieträger können gleichzeitig mehrere Substrate beschichtet und/oder modifiziert werden.The Flames, plasmas or hot air streams - called energy sources - can do this individually or in combination, one behind the other in a row, concentric around the substrate or helically be arranged in series on the device side. By using several energy sources can at the same time several substrates are coated and / or modified.
Verwendet
man eine Barierreentladung als Plasma, kann diese, wie in
Die Temperatur der Substrate kann vorrichtungsseitig auf unterschiedlichste Weise realisiert werden. Entstehen Fasern aus Spinndüsen, so kann durch Wahl des Abstandes zwischen Spinndüse und Energieträger die Temperatur des Substrats eingestellt werden.The The temperature of the substrates on the device side can vary widely Be realized manner. Emerge fibers from spinnerets, so can by selecting the distance between spinneret and energy carrier the Temperature of the substrate can be adjusted.
Andernfalls
ist eine Temperierung über
eine Wärmestrahlung,
einen Heißluftstrom
oder eine Temperierwalze möglich.
So zeigt
Claims (9)
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DE102007039645A Ceased DE102007039645A1 (en) | 2006-09-08 | 2007-08-20 | Coating or modifying surface of organic or inorganic wires, fibers or assemblies of them comprises exposing them to flame, plasma or stream of hot gas containing layer-forming organic or inorganic components |
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-
2007
- 2007-08-20 DE DE102007039645A patent/DE102007039645A1/en not_active Ceased
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