JP6510774B2 - Film surface treatment method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、被処理フィルムを表面処理する方法及び装置に関し、特にフッ素系樹脂からなる被処理フィルムを表面改質して接着性を向上させるためのフィルム表面処理方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for surface treatment of a film to be treated, and more particularly to a film surface treatment method and apparatus for surface modification of a film to be treated made of a fluorine resin to improve adhesion.
フッ素系樹脂は、耐候性、耐薬品性等に優れている一方で、接着剤の付きが悪く、被接着部材と接着させにくい。そこで、フッ素系樹脂の接着性を向上させるために、種々の表面処理方法が提案されている。
特許文献1では、フッ素系樹脂を火炎処理したり金属ナトリウム処理したりしている。
特許文献2では、フッ素系樹脂の表面を例えばH2/N2混合ガス雰囲気の真空プラズマにてエッチングし、更に上記表面にエキシマレーザーを照射している。
特許文献3では、フッ素系樹脂の表面をスパッタエッチングした後、アセチレン等の不飽和炭化水素を含有する雰囲気下で大気圧プラズマ処理している。
The fluorine-based resin is excellent in weather resistance, chemical resistance and the like, but the adhesion of the adhesive is poor, and it is difficult to adhere to the member to be adhered. Therefore, various surface treatment methods have been proposed to improve the adhesiveness of the fluorine-based resin.
In Patent Document 1, a fluorine-based resin is subjected to flame treatment or metal sodium treatment.
In
In Patent Document 3, after sputter-etching the surface of a fluorine-based resin, atmospheric pressure plasma treatment is performed in an atmosphere containing an unsaturated hydrocarbon such as acetylene.
特許文献1の火炎処理や金属ナトリウム処理では、環境問題が大きくなるだけでなく、改質された部分が紫外線や熱に弱くなる。
特許文献2の真空プラズマエッチング及びエキシマレーザー処理では、装置が大掛かりになるため設備コストが高くなる。
特許文献3のスパッタエッチング及び不飽和炭化水素による大気圧プラズマ処理は、主に物理的なアンカー効果を得るものであり、フッ素系樹脂の表面自体の化学的な改質効果は小さい。また、不飽和炭化水素が粉化しやすく、生産性が悪い。
本発明は、上記事情に鑑み、フッ素系樹脂からなる被処理フィルムの表面を化学的に改質して安定的な接着性能を得ることを目的とする。
In the flame treatment and metal sodium treatment of Patent Document 1, not only environmental problems become serious, but also the reformed portion becomes weak to ultraviolet light and heat.
In the vacuum plasma etching and excimer laser processing of
The sputter etching and the atmospheric pressure plasma treatment with unsaturated hydrocarbon of Patent Document 3 mainly obtain a physical anchor effect, and the chemical modification effect of the surface of the fluorine resin itself is small. In addition, unsaturated hydrocarbons are easily pulverized and the productivity is poor.
An object of this invention is to chemically modify the surface of the to-be-processed film which consists of fluorine-type resin, and to acquire the stable adhesion performance in view of the said situation.
上記課題を解決するため、本発明方法は、フッ素系樹脂からなる被処理フィルムを表面処理する方法であって、
一対の電極どうし間に形成された大気圧近傍の処理空間に前記被処理フィルムを通す搬送工程と、
前記処理空間に、水素及び放電生成ガスを含有するプロセスガスを供給するガス供給工程と、
前記一対の電極どうし間に前記被処理フィルムの絶縁耐電圧以上の電圧を印加して、前記処理空間内に放電を生成する放電生成工程と、
を含むことを特徴とする。
これによって、難接着性のフッ素系樹脂の表面を化学的に改質することができ、安定的な接着性能を得ることができる。
In order to solve the above problems, the method of the present invention is a method of surface treating a film to be treated comprising a fluorine-based resin,
Conveying the film to be processed through a processing space near the atmospheric pressure formed between a pair of electrodes;
A gas supply step of supplying a process gas containing hydrogen and a discharge product gas to the processing space;
A discharge generating step of generating a discharge in the processing space by applying a voltage higher than the insulation withstand voltage of the film to be processed between the pair of electrodes;
It is characterized by including.
By this, the surface of the poorly adhesive fluorocarbon resin can be chemically modified, and stable adhesive performance can be obtained.
前記プロセスガス中の水素含有率が、0.5vol%〜4vol%であることが好ましい。
これによって、所要の処理性能(接着性)を確実に得ることができ、かつ安全性を確保することができる。
The hydrogen content in the process gas is preferably 0.5 vol% to 4 vol%.
As a result, the required processing performance (adhesiveness) can be reliably obtained, and safety can be ensured.
前記放電生成工程における電源から前記電極への供給エネルギーを、前記被処理フィルムの単位面積当たり115kJ/m2〜1000kJ/m2とすることが好ましい。
これによって、所要の処理性能(接着性)を確実に得ることができる。
Supplying energy to the electrode from a power source in the discharge generation step, it is preferable that the unit area per 115kJ / m 2 ~1000kJ / m 2 of the treated film.
By this, the required processing performance (adhesiveness) can be reliably obtained.
本発明装置は、フッ素系樹脂からなる被処理フィルムを表面処理する装置であって、
互いの間に大気圧近傍の処理空間を画成するとともに、電圧印加によって前記処理空間内に放電を生成する一対の電極と、
前記被処理フィルムを前記処理空間に通す搬送機構と、
前記処理空間に、水素及び放電生成ガスを含有するプロセスガスを導入するプロセスガスノズルと、
を備え、前記電極間の印加電圧が前記被処理フィルムの絶縁耐電圧以上であることを特徴とする。
これによって、難接着性のフッ素系樹脂の表面を化学的に改質することができ、安定的な接着性能を得ることができる。
The apparatus according to the present invention is an apparatus for surface treating a film to be treated made of a fluorine-based resin,
A pair of electrodes defining a processing space near atmospheric pressure between each other and generating a discharge in the processing space by applying a voltage;
A transport mechanism for passing the film to be processed through the processing space;
A process gas nozzle for introducing a process gas containing hydrogen and a discharge product gas into the processing space;
The voltage applied between the electrodes is equal to or higher than the insulation withstand voltage of the film to be treated.
By this, the surface of the poorly adhesive fluorocarbon resin can be chemically modified, and stable adhesive performance can be obtained.
本発明の表面処理は、大気圧近傍下で行なうことが好ましい。ここで、大気圧近傍とは、1.013×104〜50.663×104Paの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、1.333×104〜10.664×104Paが好ましく、9.331×104〜10.397×104Paがより好ましい。 The surface treatment of the present invention is preferably performed near atmospheric pressure. Here, the vicinity of the atmospheric pressure means a range of 1.013 × 10 4 to 50.663 × 10 4 Pa, and in consideration of facilitation of pressure adjustment and simplification of the device configuration, 1.333 × 10 4 to 10.664 × 10 4 Pa, and more preferably from 9.331 × 10 4 ~10.397 × 10 4 Pa.
フッ素系樹脂とは、フッ素原子を含有する樹脂、ないしは水素の一部又は全部がフッ素に置換された樹脂を言う。具体的には、フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリビニルフルオライド(PVF)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等が挙げられる。 The fluorine-based resin refers to a resin containing a fluorine atom, or a resin in which part or all of hydrogen is substituted with fluorine. Specifically, as a fluorine-based resin, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinylether copolymer (PFA), polyvinyl fluoride (PVF), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, etc. Combined (FEP), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE), chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc. may be mentioned. .
本発明によれば、難接着性のフッ素系樹脂の表面を化学的に改質することができ、安定的な接着性能を得ることができる。 According to the present invention, the surface of the poorly adhesive fluorocarbon resin can be chemically modified, and stable adhesive performance can be obtained.
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図1は、被処理フィルム9の表面処理装置1を示したものである。被処理フィルム9は、フッ素系樹脂からなる。以下、被処理フィルム9を適宜「フッ素系樹脂フィルム9」と称す。フッ素系樹脂は、耐候性や耐薬品性等に優れている一方で、エポキシ樹脂系接着剤等の一般的な接着剤との親和性が低く、難接着性である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a surface treatment apparatus 1 for a film 9 to be treated. The to-be-processed film 9 consists of fluorine resin. Hereinafter, the to-be-processed film 9 is suitably called "the fluorine resin film 9". A fluorine-based resin is excellent in weather resistance, chemical resistance and the like, but has low affinity with common adhesives such as epoxy resin-based adhesives and is difficult to bond.
上記のフッ素系樹脂フィルム9を表面処理装置1にて表面改質することによって、フッ素系樹脂フィルム9の被接着部材(図示省略)に対する接着性を高める。被接着部材としては特に限定がない。例えば、被接着部材の材質は、樹脂でもよく、ゴムでもよく、その他の材質であってもよい。被接着部材の形状は、フィルム状でもよく、板状でもよく、筒状でもよく、その他の形状であってもよい。 By modifying the surface of the above-mentioned fluorine-based resin film 9 with the surface treatment apparatus 1, the adhesiveness of the fluorine-based resin film 9 to a member to be bonded (not shown) is enhanced. There is no limitation in particular as a member to be adhered. For example, the material of the member to be bonded may be resin, rubber, or any other material. The shape of the adherend may be a film, a plate, a cylinder, or any other shape.
フィルム表面処理装置1は、ロール電極11と、プラズマヘッド20を備えている。ロール電極11は、円筒形状になっており、その軸線は、図1の紙面に対して直交している。ロール電極11の少なくとも外周部は金属にて構成され、かつ外周面には固体誘電体層(図示省略)が被覆されている。ロール電極11の前記金属部分は、電気的に接地されている。これによって、ロール電極11は接地電極を構成している。被処理フィルム9が、ロール電極11の外周の約半周部分に掛け回され、ロール電極11と接している。被処理フィルム9の幅方向は、ロール電極11の軸線と平行に図1の紙面と直交する方向へ向けられている。以下、図1の紙面と直交する方向を「処理幅方向」と称す。
The film surface processing apparatus 1 includes a
ロール電極11にモータ等の回転駆動部12が接続されている。回転駆動部12によって、ロール電極11が図1の例えば時計まわりに回転される。このロール電極11の回転に伴って、被処理フィルム9が図1の矢印aにて示す向きに搬送される。ロール電極11及び回転駆動部12は、被処理フィルム9の搬送機構13を構成している。
A
更に、ロール電極11には温調手段16が設けられている。温調手段16は、ロール電極11内の温調媒体流路16aを含む。水等の温調媒体が、所定の温度に調節されたうえで温調媒体流路16aに通される。これによって、ロール電極11を介して被処理フィルム9が温調(冷却)される。
Further, the
ロール電極11の一側部(図1において右)にプラズマヘッド20が設けられている。プラズマヘッド20は、平板電極21と、誘電部材22を含む。平板電極21は、金属にて構成され、図1の紙面と直交する処理幅方向へ延びる長尺板状になっている。この平板電極21が高周波電源2に接続されている。高周波電源2は、直流電力を高周波交流に変換して平板電極21に供給する。これによって、平板電極21が、電圧印加電極になっている。
A
平板電極21には温調手段26が設けられている。温調手段26は、平板電極21内の温調媒体流路26aを含む。水等の温調媒体が、所定の温度に調節されたうえで温調媒体流路26aに通される。これによって、平板電極21が温調される。
A temperature control means 26 is provided on the
ロール電極11と平板電極21とが、互いに処理幅方向と直交する対向方向(図1の左右方向)に対向することによって、一対の電極を構成している。平板電極21におけるロール電極11との対向面は、放電面21aを構成している。放電面21aは、長手方向を処理幅方向(図1の紙面直交方向)へ向け、かつ短手方向を処理幅方向及び対向方向と直交する縦方向(図1において上下)へ向けた平面になっている。
The
平板電極21の放電面21aには誘電部材22が設けられている。誘電部材22は、例えばセラミック(誘電体)にて構成され、放電面21aよりも大面積の平板状になっている。誘電部材22によって放電面21aの全体が覆われている。
A
誘電部材22とロール電極11との間の最狭部及びその周辺部に処理空間1aが画成されている。処理空間1aは、処理幅方向(図1の紙面直交方向)へ延びるとともに、縦方向(図1の上下)の両端が、外部雰囲気に連通している。処理空間1aの圧力は、ほぼ大気圧である。処理空間1aを電極21,11どうしの対向方向(図1において左右側方)から見た投影面積(放電面積)は、放電面21aの面積と実質等しい。処理空間1aの最狭部の上記対向方向に沿う厚みは、好ましくは0.6mm〜2.0mm程度であり、より好ましくは1mm程度である。0.6mmより小さいと、最大厚み(一般に0.5mm程度)の被処理フィルム9を通過させにくい。2.0mmより大きいと、放電が安定しない。
A
高周波電源2からの電力供給によって電極21,11間に電界が印加される。これによって、処理空間1a内に放電が生成され、処理空間1aが放電空間となる。追って詳述するように、電極21,11間の印加電圧Vpは、被処理フィルム9の絶縁耐電圧に応じた比較的高電圧に設定される。
被処理フィルム9におけるロール電極11に掛け回された部分が、処理空間1a内に配置されている。
An electric field is applied between the
The part wound around the
プラズマヘッド20における縦方向の一側部(図1において上側)には、ノズルユニット30が付設されている。ノズルユニット30は、図1の紙面と直交する処理幅方向にプラズマヘッド20と同程度の長さ延びている。ノズルユニット30には、プロセスガスノズル31とカーテンガスノズル34とが設けられている。プロセスガスノズル31は、処理空間1aへ向かって斜めに開口されている。このノズル31にプロセスガス供給源3が接続されている。プロセスガス供給源3は、プロセスガスをノズル31へ供給する。このプロセスガスが、ノズル31から吹き出され、処理空間1aへ向かって流れる。プロセスガスの吹き出し流は、処理幅方向に均一化されている。
A
プロセスガスは、水素及び放電生成ガス(ないしは希釈ガス)を含有している。放電生成ガスは、処理空間1aにおいて安定的なプラズマ放電を生成するためのガスであり、好ましくは不活性ガスが用いられる。不活性ガスとしては、窒素(N2)の他、アルゴン(Ar)やヘリウム(He)等の希ガスが挙げられる。ここでは、放電生成ガスとして、コスト等の観点から窒素(N2)が用いられている。プロセスガス中の水素の体積含有率は、H2x100/(N2+H2)=0.5vol%〜4vol%程度が好ましい。水素含有率が低すぎると、所望の効果を得るのが困難になる。水素含有率が高すぎると、安全性の問題が生じる。上記水素含有率範囲の上限(4vol%)は、大気中の水素の爆発限界濃度に相当する。
The process gas contains hydrogen and a discharge product gas (or a dilution gas). The discharge generated gas is a gas for generating a stable plasma discharge in the
ノズルユニット30におけるプロセスガスノズル31よりも外側(平板電極21とは反対側)には、カーテンガスノズル34が配置されている。カーテンガスノズル34は、ロール電極11に向かって開口されている。このノズル34にカーテンガス供給源4が接続されている。カーテンガス供給源4は、カーテンガスをノズル34へ供給する。カーテンガスとしては、例えば窒素(N2)が用いられている。このカーテンガスがノズル34から吹き出されることで、ノズル34とロール電極11との間にガスカーテンが形成される。
A
プラズマヘッド20におけるノズルユニット30とは反対側(図1において下側)の側部には、遮蔽壁25が設けられている。遮蔽壁25は、誘電部材22よりもロール電極11側へ突出されている。
A shielding
上記のフィルム表面処理装置1によってフッ素系樹脂からなる被処理フィルム9を表面処理する方法を説明する。
<搬送工程>
処理すべき被処理フィルム9をロール電極11に掛け回す。そして、ロール電極11を図1において時計まわりに回転させ、被処理フィルム9を矢印a方向に所定速度で搬送する。この被処理フィルム9が処理空間1a内を縦方向に通される。
The method to surface-treat the to-be-processed film 9 which consists of fluorine resin by said film surface treatment apparatus 1 is demonstrated.
<Transporting process>
The film 9 to be treated is wound around the
<ガス供給工程>
被処理フィルム9の搬送と併行して、プロセスガス供給源3からのプロセスガス(N2+H2)をプロセスガスノズル31から吹き出して処理空間1aへ供給する。
<ガスカーテン形成工程>
また、カーテンガス供給源4からのカーテンガス(N2)をカーテンガスノズル34から吹き出し、処理空間1aの近くの搬送方向の上流側にガスカーテンを形成する。
<Gas supply process>
At the same time as the transport of the film 9 to be processed, the process gas (N 2 + H 2 ) from the process gas supply source 3 is blown out from the
<Gas curtain formation process>
Further, curtain gas (N 2 ) from the curtain gas supply source 4 is blown out from the
<放電生成工程>
更に併行して、高周波電源2から電極21,11間に高周波電圧を印加する。これによって、処理空間1a内に放電を生成し、プロセスガスをプラズマ化する。このプラズマが処理空間1a内の被処理フィルム9に照射される。
<Discharge generation process>
Further in parallel, a high frequency voltage is applied between the
<印加電圧設定>
ここで、電極21,11間への印加電圧の大きさを被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sに応じて設定する。具体的には、電極21,11間への印加電圧(好ましくはピーク電圧Vp)を、被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9S以上に設定する(Vp≧V9S)。印加電圧が低すぎると、被処理フィルム9の表面改質度合が不十分になる。また、印加電圧の上限は、被処理フィルム9が損傷しない程度にフィルム表面処理装置1の能力に応じて適宜設定する。
<Application voltage setting>
Here, the magnitude of the voltage applied between the
被処理フィルム9の絶縁耐電圧は、被処理フィルム9の材質及び厚みに依存する。例えば、被処理フィルム9がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、19kV/mm程度である。被処理フィルム9がテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、20kV/mm程度である。被処理フィルム9がテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、22kV/mm程度である。被処理フィルム9がポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、22kV/mm程度である。被処理フィルム9がテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、16kV/mm程度である。被処理フィルム9がクロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、20kV/mm程度である。被処理フィルム9がポリビニリデンフルオライド(PVDF)からなる場合、その単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は、11kV/mm程度である。 The insulation withstand voltage of the film 9 to be treated depends on the material and thickness of the film 9 to be treated. For example, when the to-be-processed film 9 consists of polytetrafluoroethylene (PTFE), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 19 kV / mm. When the to-be-processed film 9 consists of a tetrafluoroethylene perfluoro alkyl vinyl ether copolymer (PFA), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 20 kV / mm. When the to-be-processed film 9 consists of a tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer (FEP), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 22 kV / mm. When the to-be-processed film 9 consists of polychloro trifluoro ethylene (PCTFE), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 22 kV / mm. When the to-be-processed film 9 consists of a tetrafluoroethylene ethylene copolymer (ETFE), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 16 kV / mm. When the to-be-processed film 9 consists of a chloro trifluoro ethylene ethylene copolymer (ECTFE), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 20 kV / mm. When the to-be-processed film 9 consists of polyvinylidene fluoride (PVDF), the insulation withstand voltage per unit thickness is about 11 kV / mm.
<供給エネルギー設定>
さらに好ましくは、電源2からの供給エネルギーを被処理フィルム9の単位面積当たり115kJ/m2〜1000kJ/m2程度になるよう設定する。供給エネルギーが上記数値範囲を下回る場合には、所望の処理性能を得難くなるおそれがある。供給エネルギーが上記数値範囲を上回る場合には、処理速度が遅すぎて生産性を確保するのが困難であったり、所要電力が電源能力を超過したり、或いは被処理フィルム9が損傷したりするおそれがある。上記供給エネルギーは、供給電力と、被処理フィルム9の各箇所の処理時間との積によって規定される。この供給エネルギーを放電面積(放電面21aの面積と同等)で除した値が、被処理フィルム9の単位面積当たりの供給エネルギーとなる。上記供給電力は、電源2における高周波変換前の直流供給電力にて規定できる。また、被処理フィルム9の各箇所の処理時間は、上記各箇所が処理空間1aを通過する時間と対応し、被処理フィルム9の搬送速度、及び処理空間1aひいては放電面21aの縦方向(図1において上下方向)の寸法によって調節できる。
<Supply energy setting>
More preferably, set to be the supply energy from the
<温調工程>
更に併行して、ロール電極11内の温調媒体流路16aに温調水を流す。温調水の温度は、好ましくは常温(例えば23℃)〜40℃程度であり、より好ましくは30℃程度である。これによって、ロール電極11を介して被処理フィルム9を温調(冷却)できる。したがって、被処理フィルム9が処理空間1aにおいて高電圧及び高エネルギーに晒されて一時的に高温(例えば100℃以上)になったとしても、直ちに冷却することができる。よって、被処理フィルム9が熱変形を来すのを抑制又は防止することができる。
また、平板電極21内の温調媒体流路26aに温調水を流すことで、平板電極21を温調でき、平板電極21の熱変形を抑制又は防止できる。
<Temperature control process>
Further, temperature control water is allowed to flow through the temperature control
Further, by flowing temperature-controlled water through the temperature control
この表面処理方法によれば、フッ素系樹脂フィルム9の表面を化学的に改質することができる。特に、プロセスガスとして水素含有ガスを用い、かつ印加電圧Vpを被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9S以上の高電圧に設定することによって、化学的改質を確実に発現させることができる。
詳しくは、フッ素系樹脂フィルム9の表面分子のC−F結合が切断され、C−H結合やC−OH結合等が作られるものと考えられる。これらC−H結合やC−OH結合等は、エポキシ樹脂系接着剤等の一般的な接着剤との親和性が高い。これによって、フッ素系樹脂フィルム9の接着性を高めることができる。なお、C−OH結合中の酸素原子は、フィルム表面処理装置1の周辺雰囲気(空気)中の酸素に由来する。
フィルム表面処理装置1は、大気圧下で処理を行うものであるため、大掛かりな真空設備等が不要であり、設備コストを抑えることができる。
また、プロセスガスは不飽和炭化水素等の重合性成分を含まないために粉化するのを防止できる。したがって、歩留まりを向上でき、生産効率を高めることができる。
According to this surface treatment method, the surface of the fluorine-based resin film 9 can be chemically modified. In particular, by using a hydrogen-containing gas as the process gas and setting the applied voltage Vp to a high voltage equal to or higher than the insulation withstand voltage V 9 S of the film 9 to be processed, chemical modification can be reliably developed.
Specifically, it is considered that the C—F bond of the surface molecule of the fluorine-based resin film 9 is broken to form a C—H bond, a C—OH bond, and the like. These C—H bonds, C—OH bonds, and the like have high affinity with common adhesives such as epoxy resin adhesives. By this, the adhesiveness of the fluorine resin film 9 can be improved. In addition, the oxygen atom in a C-OH bond originates in the oxygen in the ambient atmosphere (air) of the film surface processing apparatus 1. FIG.
Since the film surface processing apparatus 1 performs processing under atmospheric pressure, large-scale vacuum equipment and the like are unnecessary, and equipment cost can be suppressed.
In addition, since the process gas does not contain a polymerizable component such as unsaturated hydrocarbon, powderization can be prevented. Therefore, the yield can be improved and the production efficiency can be improved.
<接着工程>
上記の表面処理を施したフッ素系樹脂フィルム9にエポキシ樹脂系接着剤等の接着剤を塗布する。上述したように、フッ素系樹脂フィルム9の表面は化学的改質によって接着剤との親和性が高められているため、接着剤が付きやすい。これによって、フッ素系樹脂フィルム9を被接着部材と確実に接着させることができる。
Bonding process
An adhesive such as an epoxy resin adhesive is applied to the fluorine-based resin film 9 subjected to the above surface treatment. As described above, since the surface of the fluorine-based resin film 9 is enhanced in affinity with the adhesive by the chemical modification, the adhesive is easily attached. By this, the fluorine-based resin film 9 can be reliably adhered to the adherend member.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、一対の電極構造は、ロール電極11と平板電極21との対に限られず、一対のロール電極にて構成されていてもよく、一対の平板電極にて構成されていてもよい。
電源2からの供給エネルギーは、伝送ロスを考慮して設定してもよく、前記の数値範囲未満でもよく、前記の数値範囲超であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, the pair of electrode structures is not limited to the pair of the
The energy supplied from the
実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例1では、図1に示すフィルム表面処理装置1と実質同一の装置を用いて、フッ素系樹脂からなる被処理フィルム9の表面処理を行った。すなわち、被処理フィルム9をロール電極11に巻き付けて搬送しながら(搬送工程)、プロセスガスをプロセスガスノズル31から処理空間1aに供給するとともに(ガス供給工程)、電極21,11間に電界を印加して大気圧プラズマ放電を生成した(放電生成工程)。
Examples will be described. The present invention is not limited to the following examples.
In Example 1, using the apparatus substantially the same as the film surface treatment apparatus 1 shown in FIG. That is, while the film 9 to be treated is wound around the
<被処理フィルム>
被処理フィルム9の材質は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)であった。
被処理フィルム9の厚みt9は、t9=250μmであった。
上述したように、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の単位厚さ当たりの絶縁耐電圧は19kV/mmであるから、実施例1の被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sは、V9S=4.75kVであった。
<Treated film>
The material of the film 9 to be treated was polytetrafluoroethylene (PTFE).
The thickness t 9 of the film 9 to be treated was t 9 = 250 μm.
As described above, since the insulation withstand voltage per unit thickness of polytetrafluoroethylene (PTFE) is 19 kV / mm, the insulation withstand voltage V 9 S of the film 9 to be processed of Example 1 is V 9 S = 4. It was 75 kV.
<装置構成>
電極21,11ひいては処理空間1aの処理幅方向(図1の紙面直交方向)の長さは、640mmであった、
平板電極21ひいては処理空間1aの縦方向(図1の上下方向)の寸法は、30mmであった。
したがって、処理空間1aの放電面積(放電面21aの面積)は、19200mm2(=0.0192m2)であった。
処理空間1aの最狭部の厚みは、1mmであった。
<Device configuration>
The length of the
The dimension of the
Therefore, the discharge area (area of the
The thickness of the narrowest portion of the
<処理速度>
処理速度(被処理フィルム9の搬送速度)は、0.3m/minであった。したがって、被処理フィルム9の各箇所の処理時間(処理空間1a内を通過する時間)は、6秒であった。
<設定温度>
ロール電極11ひいては被処理フィルム9の設定温度は、30℃であった。
平板電極21の設定温度は、30℃であった。
<Processing speed>
The processing speed (conveyance speed of the film 9 to be processed) was 0.3 m / min. Therefore, the processing time of each part of the to-be-processed film 9 (time to pass through the
<Set temperature>
The set temperature of the
The set temperature of the
<プロセスガス等>
プロセスガスとして、N2とH2の混合ガスを用いた。
プロセスガスの全体流量は、50slmであった。
そのうち、N2の流量は、48slmであり、H2の流量は、2slmであった。
したがって、プロセスガス中のH2含有率は、H2x100/(N2+H2)=4vol%であった。
また、カーテンガス(N2)の流量は、25slmであった。
<Process gas etc.>
A mixed gas of N 2 and H 2 was used as a process gas.
The total flow rate of the process gas was 50 slm.
Among them, the flow rate of N 2 was 48 slm, and the flow rate of H 2 was 2 slm.
Thus, H 2 content in the process gas was H 2 x100 / (N 2 + H 2) = 4vol%.
The flow rate of the curtain gas (N 2) was 25 slm.
<供給エネルギー>
高周波電源2において商用交流電力を直流変換し、この直流電力を高周波変換して平板電極21に供給した。
供給直流電圧は、600Vであった。
供給直流電流は、2Aであった。
したがって、供給電力は、1200Wであった。
この供給電力に基づく被処理フィルム9の単位面積当たりの供給エネルギーは、(供給電力)×(処理時間)/(放電面積)=375kJ/m2であった。
<Supply energy>
Commercial AC power is DC converted in the high
The supplied DC voltage was 600V.
The supplied direct current was 2A.
Therefore, the power supply was 1200 W.
The supplied energy per unit area of the to-be-processed film 9 based on the supplied power was (supplied power) × (treatment time) / (discharge area) = 375 kJ / m 2 .
<印加電圧>
電極21,11間の印加電圧(ピーク電圧Vp)は、Vp=7.5kVとした。すなわち、被処理フィルム9の絶縁耐電圧(V9S=4.75kV)より高く設定した(Vp≧V9S)。
ピーク・トゥ・ピーク電圧Vppは、Vpp=15kVであった。
また、印加電圧の周波数は、40kHzであった。
<Applied voltage>
The applied voltage (peak voltage Vp) between the
The peak-to-peak voltage Vpp was Vpp = 15 kV.
The frequency of the applied voltage was 40 kHz.
<接着工程>
上記のようにして表面処理した被処理フィルム9からサンプル片を切り出し、これに接着剤を塗布した。接着剤としては、常温硬化エポキシ樹脂を用いた。
上記の接着剤を塗布したサンプル片にもう1つのサンプル片を重ねて加圧した。加圧力は10MPaとし、加圧時間は3時間であった。
Bonding process
The sample piece was cut out from the to-be-processed film 9 surface-treated as mentioned above, and the adhesive agent was apply | coated to this. As an adhesive, a room temperature curing epoxy resin was used.
Another sample piece was overlaid on the adhesive-coated sample piece and pressed. The pressure was 10 MPa, and the pressure time was 3 hours.
<評価>
このようにして作製したサンプルに対し、1999年度JIS K6854に基づく剥離試験を行い、両サンプル片の剥離時の剥離力(接着強度)を測定した。
測定結果は、サンプル幅1インチ当たり4.4N/inchであり、十分な大きさの接着強度を得ることができた。
<Evaluation>
The thus-produced samples were subjected to a peeling test based on fiscal 1999 JIS K6854 to measure the peeling force (adhesive strength) at peeling of both sample pieces.
The measurement result was 4.4 N / inch per inch of the sample width, and a sufficiently large adhesive strength could be obtained.
実施例2では、プロセスガスの組成を以下の通りとした。
N2 49slm
H2 1slm
全体流量 50slm
したがって、プロセスガス中の水素含有率は、2vol%であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、3.7N/inchであった。
In Example 2, the composition of the process gas was as follows.
N 2 49 slm
H 2 1slm
Overall flow rate 50slm
Therefore, the hydrogen content in the process gas was 2 vol%.
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 3.7 N / inch.
実施例3では、プロセスガスの組成を以下の通りとした。
N2 49.5slm
H2 0.5slm
全体流量 50slm
したがって、プロセスガス中の水素含有率は、1vol%であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、3.1N/inchであった。
In Example 3, the composition of the process gas was as follows.
N 2 49.5 slm
H 2 0.5 slm
Overall flow rate 50slm
Therefore, the hydrogen content in the process gas was 1 vol%.
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 3.1 N / inch.
実施例4では、プロセスガスの組成を以下の通りとした。
N2 49.75slm
H2 0.25slm
全体流量 50slm
したがって、プロセスガス中の水素含有率は、0.5vol%であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、2.1N/inchであった。
以上の実施例により、プロセスガス中の水素含有率が0.5vol%以上であれば、所要の接着性能(処理性能)を得られることが確認された。プロセスガス中の水素含有率を爆発限界内において高くすればするほど、接着性能が高まった。
In Example 4, the composition of the process gas was as follows.
N 2 49.75 slm
H 2 0.25 slm
Overall flow rate 50slm
Therefore, the hydrogen content in the process gas was 0.5 vol%.
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 2.1 N / inch.
From the above examples, it has been confirmed that the required adhesion performance (treatment performance) can be obtained if the hydrogen content in the process gas is 0.5 vol% or more. The higher the hydrogen content in the process gas within the explosive limits, the better the adhesion performance.
表1は、実施例1〜4の処理条件及び評価結果をまとめたものである。
実施例5では、被処理フィルム9の搬送速度(処理速度)を0.5m/minとした。したがって、被処理フィルム9の各箇所の処理時間は、3.6秒であった。また、電源2からの供給エネルギーは、被処理フィルム9の単位面積当たり、(供給電力)×(処理時間)/(放電面積)=225kJ/m2であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、3.4N/inchであった。
In Example 5, the conveyance speed (processing speed) of the to-be-processed film 9 was 0.5 m / min. Therefore, the processing time of each part of the film 9 to be processed was 3.6 seconds. Further, the energy supplied from the
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 3.4 N / inch.
実施例6では、被処理フィルム9の搬送速度(処理速度)を1m/minとした。したがって、被処理フィルム9の各箇所の処理時間は、1.8秒であった。また、電源2からの供給エネルギーは、被処理フィルム9の単位面積当たり、(供給電力)×(処理時間)/(放電面積)=112.5kJ/m2であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、2.3N/inchであった。
実施例1、5、6より、供給エネルギーによっても処理性能が影響されることが確認された。測定のばらつきを考慮して、電源2からの供給エネルギーが被処理フィルム9の単位面積当たり115kJ/m2以上であれば、処理性能(接着性)を十分に確保できる。
In Example 6, the transport speed (processing speed) of the film 9 to be processed was 1 m / min. Therefore, the processing time of each part of the to-be-processed film 9 was 1.8 second. Further, the energy supplied from the
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 2.3 N / inch.
From Examples 1, 5 and 6, it was confirmed that the processing performance is also affected by the supplied energy. If the energy supplied from the
表2は、実施例5、6の処理条件及び評価結果をまとめたものである。
[比較例1]
比較例1として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の被処理フィルム9の厚みを大きくすることで、被処理フィルム9の絶縁耐電圧を高くした。詳細には、被処理フィルム9の厚みt9を、実施例1の2倍のt9=500μmとした。したがって、被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sは、V9S=9.5kVであった。このため、電極21,11間の印加電圧(Vp=7.5kV)が、被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sよりも低かった(Vp<V9S)。
さらに、電源2の供給直流電圧を600Vとし、供給直流電流を1.6Aとすることで、供給直流電力を960Wとした。したがって、供給直流電力に基づく被処理フィルム9の単位面積当たりの供給エネルギーは、(供給電力)×(処理時間)/(放電面積)=300J/m2程度であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、0.8N/inchであった。
Comparative Example 1
As Comparative Example 1, the insulation withstand voltage of the film 9 to be treated was increased by increasing the thickness of the film 9 to be treated made of polytetrafluoroethylene (PTFE). Specifically, the thickness t 9 of the film 9 to be treated was set to t 9 = 500 μm which is twice that of Example 1. Therefore, the insulation withstand voltage V 9 S of the film 9 to be processed was V 9 S = 9.5 kV. Therefore, the voltage applied between the
Furthermore, the supply DC voltage of the
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 0.8 N / inch.
[比較例2]
比較例2として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の被処理フィルム9の厚みt9をt9=400μmとした。したがって、被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sは、V9S=7.6kVであった。
また、電極21,11間の印加電圧(ピーク電圧Vp)をVp=6.5kVとした。
したがって、印加電圧Vpが被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sより低かった(Vp<V9S)。
さらに、電源2の供給直流電圧を600Vとし、供給直流電流を1.67Aとすることで、供給直流電力を1000Wとした。したがって、供給直流電力に基づく被処理フィルム9の単位面積当たりの供給エネルギーは、(供給電力)×(処理時間)/(放電面積)=312.5J/m2であった。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、0.8N/inchであった。
実施例1及び比較例1、2より、被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sと電極21,11間の印加電圧Vpとの関係が処理性能(接着強度)に影響を与えることが判明した。すなわち、印加電圧Vpが絶縁耐電圧V9S以上の高電圧であれば(Vp≧V9S)、所望の処理性能が得られる一方、印加電圧Vpが被処理フィルム9の絶縁耐電圧V9Sを下回る程度では(Vp<V9S)、所望の処理性能を得るのが困難であった。
Comparative Example 2
As Comparative Example 2, the thickness t 9 of the film 9 to be treated made of polytetrafluoroethylene (PTFE) was t 9 = 400 μm. Therefore, the insulation withstand voltage V 9 S of the film 9 to be processed was V 9 S = 7.6 kV.
Further, the applied voltage (peak voltage Vp) between the
Therefore, the applied voltage Vp was lower than the insulation withstand voltage V9S of the film 9 to be processed (Vp < V9S ).
Furthermore, the supply DC power of the
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 0.8 N / inch.
From Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were found to affect the treated film 9 of the insulating withstand voltage V 9S relationship process between the applied voltage Vp between the
[比較例3]
比較例3では、プロセスガスをN2 100%、50slmとした。つまり、プロセスガス中のH2含有率を0vol%とした。
それ以外の処理条件及び処理手順については、実施例1と同じであった。処理後のサンプルの作製及び評価の手順についても実施例1と同じとした。
その結果、接着強度は、0.7N/inchであった。
実施例1及び比較例3により、所望の処理性能を得るには、プロセスガスに水素を含有させることが重要であることが確認された。
Comparative Example 3
In Comparative Example 3, the process gas was 100% N 2 and 50 slm. That is, the H 2 content in the process gas is set to 0 vol%.
The other processing conditions and procedures were the same as in Example 1. The procedures for preparation and evaluation of the sample after treatment were also the same as in Example 1.
As a result, the adhesive strength was 0.7 N / inch.
From Example 1 and Comparative Example 3, it was confirmed that it is important to contain hydrogen in the process gas in order to obtain the desired processing performance.
表3は、比較例1〜3の処理条件及び評価結果をまとめたものである。
以上の実施例及び比較例の結果から、水素を含有するプロセスガスを用い、かつ電極21,11間に被処理フィルム9の絶縁耐電圧以上の電圧Vpを印加することによって、被処理フィルム9の接着性を向上できることが確認された。
From the results of the above Examples and Comparative Examples, by using a process gas containing hydrogen and applying a voltage Vp higher than the insulation withstand voltage of the film 9 to be processed between the
本発明は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂からなるフィルムの接着性を改善し、被接着部材と接着させるのに適用できる。 The present invention can be applied, for example, to improve the adhesion of a film made of a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and to bond it to a member to be adhered.
1 フィルム表面処理装置
1a 処理空間
2 電源
3 プロセスガス供給源
9 フッ素系樹脂フィルム(被処理フィルム)
11 ロール電極(接地電極)
13 搬送機構
21 平板電極(電圧印加電極)
21a 放電面
31 プロセスガスノズル
1 film
11 Roll electrode (ground electrode)
13
21a Discharged
Claims (3)
一対の電極どうし間に形成された大気圧近傍の処理空間に前記被処理フィルムを通す搬送工程と、
前記処理空間に、水素及び放電生成ガスを含有するプロセスガスを供給するガス供給工程と、
前記一対の電極どうし間に前記被処理フィルムの絶縁耐電圧以上の電圧を印加して、前記処理空間内に放電を生成する放電生成工程と、
前記ガス供給工程及び前記放電生成工程によって、前記被処理フィルムの表面分子のC−F結合を切断してC−H結合を形成する工程と、
を含み、前記プロセスガス中の水素含有率が、0.5vol%〜4vol%であることを特徴とするフィルム表面処理方法。 A method of surface treating a film to be treated comprising a fluorine-based resin,
Conveying the film to be processed through a processing space near the atmospheric pressure formed between a pair of electrodes;
A gas supply step of supplying a process gas containing hydrogen and a discharge product gas to the processing space;
A discharge generating step of generating a discharge in the processing space by applying a voltage higher than the insulation withstand voltage of the film to be processed between the pair of electrodes;
Cutting the C—F bond of the surface molecules of the film to be treated by the gas supply step and the discharge generation step to form a C—H bond;
Only containing, hydrogen content of the process gas is, the film surface treatment method which is a 0.5vol% ~4vol%.
互いの間に大気圧近傍の処理空間を画成するとともに、電圧印加によって前記処理空間内に放電を生成する一対の電極と、
前記被処理フィルムを前記処理空間に通す搬送機構と、
前記処理空間に、水素及び放電生成ガスを含有するプロセスガスを導入するプロセスガスノズルと、
を備え、前記電極間の印加電圧が前記被処理フィルムの絶縁耐電圧以上であり、前記被処理フィルムの表面分子のC−F結合を切断してC−H結合を形成し、前記プロセスガス中の水素含有率が、0.5vol%〜4vol%であることを特徴とするフィルム表面処理装置。 An apparatus for surface treating a film to be treated comprising a fluorine-based resin,
A pair of electrodes defining a processing space near atmospheric pressure between each other and generating a discharge in the processing space by applying a voltage;
A transport mechanism for passing the film to be processed through the processing space;
A process gas nozzle for introducing a process gas containing hydrogen and a discharge product gas into the processing space;
And the applied voltage between the electrodes is equal to or higher than the insulation withstand voltage of the film to be treated, breaking the C—F bonds of surface molecules of the film to be treated to form C—H bonds, in the process gas hydrogen content of the film surface treatment apparatus according to claim der Rukoto 0.5vol% ~4vol%.
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