【発明の詳細な説明】
ポリマー材の大気圧のグロー放電プラズマ処理方法および装置 発明の背景
本発明は、フィルムや織物、すなわち織布や不織布のような、有機および無機
ポリマー材の表面の特性の改良方法および装置に関する。
溶融吹き出しによるポリマー布（Meltblown polymer web）の多くの有用性の
ひとつは、湿電池の金属板の分離材である。ベースポリマー化合物は、電解液に
対し不透過性である。溶融吹き出しによる不織布の構造は、その表面が電解液に
より完全に濡れている場合、イオン透過性である。残念なことに、湿潤性という
、この後者の必要条件は、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンおよび、ポ
リ（エチレン テレフタレート）のような商業ベースのポリマーのほとんどの固
有の特性ではない。
これらのポリマーの、溶融吹き出し法による布は、最近 電池の極板を分離す
るものとして使用されているにもかかわらず、湿潤性は界面活性剤を使って化学
的に付与されている。このプロセスにより、危険な工業廃棄物が生成するばかり
でなく、有効期限が限られた製品が生産される。
湿潤性は、体を拭いたり清潔にするためのテッシュや布、外科用スポンジ、け
が用包帯、女性用生理用品および再利用可能な編織物材（woven knit fabrics）
にも望ましい特性である。同様に、湿潤性は印刷や積層化のための重要な材料表
面の特性である。
最近、ポリマー布のグロー放電プラズマ処理により、（湿潤性の付与に）いく
らか成功が納められている。「プラズマ」という用語は、通常イオン、電子およ
び中性種からなる部分的にイオン化されたガスをさす。物質のこの状態は超高温
、もしくは強い直流（DC）もしくは無線周波（RF）電界の作用によって生成され
よう。高温もしくは「熱（ホット）」プラズマは天体中の軽量体、核爆発および
電気アークに代表される。グロー放電プラズマは、賦課された直流もしくは無線
周波電界によってエネルギーを与えられ、ついで中性の分子に衝突した自由電子
によって発生する。これらの中性分子の衝突によりエネルギーが分子に移り、光
子、准安定種、個々の原子、フリーラジカル、分子片、単量体、電子およびイオ
ンを含むであろう何種類もの活性種をつくる。これらの活性種は化学的に活性で
ある、および／もしくは表面を物理的に改質させることができ、それ故化学化合
物の新しい表面特性と現存する化合物の特性の改変の基礎となりえるのである。
暗放電コロナとして知られる低パワープラズマは、紙、ウール、そしてポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ナイロンおよびポリ（エチレン テ
レフタレート）のような合成ポリマーといった熱に弱い材料の表面処理に広く使
用されてきている。比較的低エネルギーであるため、コロナ放電プラズマは表面
を損傷することなく材料表面の特性を変えることができる。
グロー放電プラズマは、材料表面の非破壊改変に有用な別のタイプの比較的低
パワー濃度のプラズマを代表するものである。これらのグロー放電プラズマは有
効量の可視紫外線放射を発生させることができる。グロー放電プラズマは、それ
故、活性種が共存するときに可視およびUV放射を発生するというさらなる有益性
を持つ。しかし、グロー放電プラズマは、これまで典型的にはバッチ処理と高価
な真空システムの使用を必要としうる10トール以下の低圧もしくは部分的に真空
である環境において発生に成功している。幾種類かのポリマー種は、低圧グロー
放電プラズマに照射されることで、表面の湿潤特性が強化される。しかし、化学
的／物理的機構は理解されていず そして特性は乾燥によって失われる。
１気圧下で低パワー濃度プラズマを発生させることは新しくはない。１気圧の
空気中での平行な金属板間のフィラメント放電は、19世紀末期より公共水道設備
の処理のために使われる大容量のオゾン生成のためにヨーロッパにおいて使用さ
れてきている。このようなフィラメント放電は、オゾン生成には有用であるが、
材料の表面処理にはその有用性は限られている。その理由はプラズマフィラメン
トが表面に穴を開けがちかもしくは表面を不均一に処理しがちだからである。
それ故、本発明の目的は、溶融吹き出し法によるポリマー布および他のタイプ
のポリマー基材の湿潤性を強化するための副生物を出さない製造方法を提供する
ことにある。
本発明のもうひとつの目的は、安定で再湿潤可能な生産物を供給するポリマー
布もしくはフィルムを処理するためのグロー放電プラズマ方法を開示することで
ある。
本発明のいまひとつの目的は、大気圧下および標準温度においてグロー放電プ
ラズマを通して無定限長のポリマー布もしくはフィルムを連続的に処理するため
の方法と装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、１気圧もしくはわずかにそれより大きい圧力下で動
作可能性を持つグロー放電プラズマの構造と動作上のパラメーターを開示するこ
とである。発明の要旨
本発明は、生成物として改良された布、好ましくは、一様な大気圧下でのグロ
ー放電プラズマに暴露することにより表面の強化された溶融吹き出し法によるポ
リマー布を提供するものである。本発明は、また前記布の製造に特に適合する方
法およびこの方法を実施するために特に設計された装置も含む。
後に説明もしくは明らかにされる本発明の上記および他の目的は、中間のプレ
ートもしくはスクリーンをその間に持ちうるあるいは持たない電気的に絶縁され
た一組の金属板電極に基礎を置く装置によって成し遂げられる。これらのプレー
トは、面と面を向き合わせて平行に据え付けられるか、もしくは最大で約５セン
チ離した逆の位置で一様に配列されている。好ましくは、プレートは、水冷され
、かつ不伝導性の絶縁物により覆われているとよい。
望ましい均一なグロー放電が観察されるところの動作周波数および他のパラメ
ーターの領域を広げるために、インピーダンスマッチングネットワークが、電極
を充電するための回路に加えられる。マッチングネットワークのパラーターはグ
ロー放電の最も安定で、均一な動作に対して調整される。この状態はプラズマ反
応器の反応力が最小のときに起こる。
両方のプレートにつなげられている無線周波電力増幅器は、１ないし少なくと
も５kV rmsの作業電圧および１ないし100kHzで、少なくとも180ワットの反応性
プラズマパワーを与える。
プラズマの発生の開始を補助するために、市販で標準のテスラコイルによる放
電を無線周波エネルギ印加プレート間の空間で短時間行ってもよい。金属板電極
間の電界は、使用ガスを電気的に分解するのに十分である程強くなければな
らず、空気を使用する場合に比べヘリウムおよびアルゴンに使用する場合は十分
弱くする。R.F.周波数は後で述べるように正しいレンジの中になければならない
。なぜならもし低すぎると、放電は開始せず、もし高すぎると、プラズマはプレ
ート間でフィラメント放電を起こすからである。比較的限られた周波数帯におい
てのみグロー放電プラズマ反応器は、大気下でフィラメント放電を起こすことな
く均一なプラズマを形成する。
少なくともプラズマが発生しているプレート間の空間には、湿潤性および再湿
潤性といった所望の表面特性を作る目的でポリマーフィルムおよび布といった材
料の処理を行うために１大気圧の空気、ヘリウムもしくはアルゴンを充填し、保
持する。図面の簡単な説明
図面に関しては同じ参照符号は同じもしくは類似の要素を指す。図面の中の幾
つかの図において：
図１は、本発明の構成要素のアセンブリィの概略構成図である。
図２は、本発明にエネルギーを供給するために特に適したインピーダンスマッ
チングネットワークである。
図３、４および５は、それぞれ電源の出力手段回路の代表例である。
図６は、本発明の別の実施例を示す概略図である。
図７は、中間グリッドプレートをもつ１大気圧下のグロー放電プラズマ反応器
の上部チャンバーを示す概略図である。
図８は、均一なグロー放電プラズマの電圧、電流および電力波形のグラフを示
す。
図９は、フィラメント放電プラズマの電圧、電流および電力波形のグラフを示
す。
図１０は、電極に印加されるRMS（実効値）電圧の関数としての、mW/cm3単位
での全電力密度とプラズマ電力密度の両対数グラフである。
図１１は、R.F.周波数の関数としての、全電力密度およびプラズマ電力密度の
両対数グラフである。
図１２は、本発明の特別な動作実施例における増幅周波数と対応するブレーク
ダウン電力の位相角のグラフである。
図１３は、本発明の特別な動作実施例における増幅周波数と対応する電力消費
のグラフである。具体例の詳細な説明
図１に示される本発明の概略構成図に関して、電極10は、代表的な正方形平面
寸法が21.6cm×21.6cmの大きさの銅板からなる。0.95cmの銅管の閉ループ11は、
極板（プレート）10に銀ろう付けされ、閉じた管状ループの反対側にはホースニ
ップル12と13とがそれで接続される。電極板の端部は、電極端での電気的ブレー
クダウンが起こらぬよう電極板と中間プレートとの間を分けるものと同じくらい
の曲率半径を持たなければならない。ループ11に冷却液を流すための入口用ニッ
プル12とそのような冷却液の出口ニップル13とに接続されている流体用導管は図
示されていない。
プレート10とループ11を有する金属製ユニットは、電極板の端部および後側か
らの電気的なアークが起こらぬよう全側面を高度の不伝導性絶縁材料14によって
覆われている。
好ましくは、両プレート10間の距離sを平行を保ちながら最大約５cmに調整す
る機構が与えられるべきである。そのような機構として上部および下部のプレー
ト10に固定された棒状の調整具（ロッドアジャスター）15を図１に図式的に示す
。この配置により中間プレート30の位置は固定される。
平行ということは平行な平面という意味で使用されているが、この用語は表面
が平面でない物が実質的に等距離にあると言う意味をも示すと理解されるべきで
ある。また他のシリンダーもしくはプレートに平行な軸を持つシリンダーの幾何
学的特性も含む。
プレート10は低インピーダンス、高電圧のR.F.電力増幅器20によってエネルギ
ーを与えられ、この電力増幅器20は各々独立に１から少なくとも５kVのレンジの
可変電圧および１から100kHzのレンジの可変周波数の能力を持つ。R.F.電源20と
プレート10の間には、図２により詳細が示されるインピーダンスマッチングネッ
トワーク31が入ると考えられる。
プレートアッセンブリィは、周囲から隔離するためのバリアー21で囲まれてい
る。バリアー21は、プレート10の間の投影された平板状の体積（空間）内を制御
されたガス雰囲気に保つのに適した囲繞構造をしている。入口ポート22は、空気
、ヘリウムもしくはアルゴン、ヘリウムもしくはアルゴンと酸素もしくは空気と
の混合ガスもしくはアルゴンとヘリウムの混合ガスといった適当なガスを導入す
るために設けられる。いずれにしても、隔離バリアー21内のガス圧は、それによ
ってガス用の強固なシールの必要を除去もしくは減ずるように実質的にかけ
られている。普通、入口ポート22を通って入る大気圧に加減されたガスの流入量
を漏出量と等しくするのに十分なように低く保てば十分である。隔離バリアー２
１の内側の圧力は本質的にバリアーの外側と同じなので、漏出量を増す大きな圧
力差はない。バルブ29によって調整されている通気用の導管（ベント管）28は囲
繞体の初期充填中の空気の漏出流路として設けられている。その後、バルブ29は
通常の動作の際は閉じられる。
材料を流すための狭いスリット23は、供給用リール24から巻取り用リール25へ
引き出される時、プレート10の間に材料布Ｗの経路を収容するために、隔離用バ
リアー21の中に配設される。リール24および25の駆動は、プレート10間、かつあ
る与えられた布の要素に対するプラズマの中の所定滞留時間を与えるよう制御さ
れる。
（フィラメント放電とは反対に）望ましい均一なグロー放電プラズマを発生す
る動作周波数および他のパラメーターのレンジを広くするため、図２にその一実
施例の概略が図示されているインピーダンスマッチングネットワークが、電極10
を充電するために電源回路に加えられている。このマッチングネットワークのパ
ラメーターは、グロー放電の最も安定で均一な動作に対して調整される。この条
件はプラズマ反応器の反応力が最も小さくなったとき起こる。
図３ないし５は、各々の特徴（アトラクション）を持った交換可能な電源の変
形例（オプション）である。図３は、下部電極端子Ｔ1が接地電位に接続されて
いて、上部端子Ｔ2が作業電位いっぱいに充電されている構成に相当する。図４
と５は電気的に等価、端子Ｔ1とＴ2が180°位相がずれているが最大電位の半分
のみである。図４は中央で接地されたセンタータップ変圧器を表すが、図５は
ソリッドステート電源回路の実施例を表す。
図６に示されているのは２つの変形実施例であり、その機能は布Ｗを通して前
後にプラズマからの活性種を含む往復動するガス流を駆動することである。これ
は往復動するシャフト33によって駆動されるベローズ35もしくは往復動するシャ
フト32によって動かされるピストン36のいずれかによって完成することができる
。上部チャンバーの容積の変化により布Ｗの両側の圧力差が周期的に反転し、従
ってガスの流れも周期的に反転する。もう一つの実施例のように、ピストンの後
ろからの流路を点線で示した管34のように下部チャンバーに結合することができ
る。
図６による本発明の実施例には、両材料流通スリット23間を索引される布Ｗを
支持するために電気的に接地されたスクリーン30が設けられる。この構成は、布
に蓄積された電荷を減少させ、上部のガス入口チャンバーと下部の通気チャンバ
ーとの間の圧力差動薄膜として移動している織物（布）Ｗを構造的に支持する。
この掃引流の差動によりプラズマからの活性種を含むガスによる布Ｗの内部の飽
和が保証される。
１気圧の、均一なグロー放電プラズマ反応器において使用される電界はわずか
数kV/cmで、この値はもし直流ならばバックグラウンドとなるガスを電気的にブ
レークダウンするには低すぎる。ヘリウムおよび空気のようなガスはこのような
低い電界でブレークダウンされるが、しかし、もしプラスのイオン群が２枚の平
行なもしくは一様に離間した電極の間でトラップされると、プラズマ内でのガス
の寿命が非常に延び、と同時に電子は絶縁された電極に自由に移動することがで
き、そこで表面電荷と再結合もしくは表面電荷を増強する。それ故最も望ましい
均一な１気圧のグロー放電プラズマは、RF電界の印加周波数が中間スクリーンと
電極との間でイオンをトラップするのに十分なほど高く、しかしながらRF電圧の
半周期の間に電子がトラップされるほどには高くないとき発生する。電子は双極
子の静電気力によりトラップされるであろう。
もしRF周波数が低すぎてイオンと電子の両方が境界に達し、再結合しうるなら
ば、これら粒子の寿命は短くて、プラズマは発生しないかもしくはプレート間の
わずかな粗いフィラメント放電が起こるかのいずれかであろう。中間スクリーン
と電極板の間をイオンが振動するような狭いバンドにもし印加周波数が入ってい
ると、イオンは振動の半周期中にいずれかの境界に達する時間がなく、長時間振
動し続ける。もし、もっと動きやすい電子がまだプラズマ容積から離れ境界表面
に衝突することができるならば、その時、望ましい均一なプラズマが発生する。
もし、印加RF振動数がまだ高く、電子およびイオンの両方が放電にトラップされ
ると、その時放電はフィラメントプラズマとなる。
本発明は如何なる特別な理論に限定されるわけではなく、我々は電極の間隔、
RMS電極電圧、および２枚のプレートの間でイオンはトラップするが電子はトラ
ップせず、かつ所望の均一な１気圧のグロー放電プラズマを発生させる周波数の
間の関係を示す。図７は、１気圧のグロー放電プラズマ反応器の上部チャンバー
の概略図である。この空間の下方の境界は中間の平面なスクリーンか底面であっ
て、もしRF電源の出力側が接地されたセンターのタップを持つ２電極にプッシュ
プル回路として接続されているならば、この空間の下方の境界のフローティング
電位（ポテンシャル）は接地０に近い。ここに報告されるデータの中において、
中間スクリーンは誘導電流チョークと介して接地された。図７の構成におい
ては、示されているように、印加電界をＸ軸方向に取ったデカルト座標系が適用
されている。接地された中間スクリーンと上部の電極との間の電界の最大値はＥ0
であり、スクリーンと電極の離間距離は距離ｄである。サンプルがその上にさ
らされているところの中間スクリーンは、中間平面を通ってイオンが上部チャン
バーから下部チャンバーもしくはその反対に行かないようにすると考えられる。
図７に示される電極間の電界は次式で与えられる。
１気圧のグロー放電は、磁界の影響を受けないプラズマにおいて作用すると考
えられる。２つのプレートの間でのイオンもしくは電子の動きを示す等式はロー
レンツモデルで与えられ、ここで電子およびイオンは中性のバックグラウンドガ
スとのみ衝突し、中性なガスとの最後の衝突以来RF電界から得た全エネルギーを
各衝突において放出する。ローレンツモデルにおけるイオンもしくは電子の動き
を与える等式は次式で与えられる。
ここで、右辺の第一項はローレンツ衝突項であり、この項にしたがって衝突頻
度ｖcで起こる衝突のたびにモーメントｍｖが失われる。等式２のｘ成分は次式
で与えられる。
ここで等式１からくる電界Ｅは等式２の右辺に代入されている。等式３の一般
解は、下記式で得られる。
ここで、定数Ｃ1とＣ2は次式で与えられる。
１気圧のヘリウムのグロー電は、ω／２πが１から30kHzの間の周波数で動作
される。ここで、１気圧のヘリウムでは以下の通りである。
等式７ａと７ｂで与えられるイオンと電子の衝突頻度（周波数）はRF周波数よ
りもはるかに大きい、すなわちｖc＞＞ω。である。イオンおよび電子に対する
Ｖc＞＞ωなる関係は、Ｃ2が定数Ｃ1よりもはるかに大きいこと、または下記を
意味する。
プレート間の電界内のイオンおよび電子の時間依存位置は、等式８を等式４に
代入して与えられ、次式として得られる。
半周期中のイオンもしくは電子のRMS変位は次式で与えられる。
もしＶ0がヘルツ単位の駆動周波数であるとすると、ラジアン単位でのRF周波
数は次式で与えられる．
そして、プレート間の最大電界をプレート間に現れる最大電圧Ｖ0によって近
似することができる。
もし問題の電荷が、全１周期の間に中間面からどちらか一つの電極板までの放
電幅を横切って動くなら、次式を書くことができる。
等式13は、粒子のRMS変位がプレート間に電荷を溜めるために全間隔の半分よ
り少なくなければならないことを述べている。図７で示す幾何学において、距離
ｄは接地された中間スクリーンと充電された電極の間の距離で特定される。等式
11ないし13を等式10に代入すると次の関係が得られる。
もしそれ以上でプラズマ容積内において電荷の蓄積が起こるべきである臨界周
波数ｖ0を解くならば、次のようになる。
等式15において、衝突頻度（周波数）ｖcは１気圧ではイオンもしくは電子に
ついて各々等式７ａと７ｂにより近似的に与えられ、RMS電圧は、均一な放電が
起こる状態の上限と下限を与える。
１気圧の均一なグロー放電プラズマ反応器を動作させる時のパラメーターの範
囲は表１に与えられる。この放電が行われるところの通常の圧力は１気圧である
。表１に示された数Ｔｏｒｒの変動は、その日毎の気圧の変動を表そうというも
のではなく、暴露されている織物を通って上部のプラズマから活性種を動かすこ
とを目指している、中間面のスクリーンを横切る圧力差分を表すものである。表
１に示されたRMS電力はプラズマに供給される正味の電力で、これはプラズマ内
に現れる反応力よりも少ない。２電極板間のプラズマの全容積は次式で与えられ
る。
ここで、ｄはプレートから中間スクリーンまでのｃｍ単位での距離である。
表１に示される電力密度は、電気アークやプラズマトーチのそれよりはるかに
低いが、コロナ放電といった他の形式でのプラズマ処理に伴う電力密度よりその
大きさで数オーダーも高い。１気圧のグロー放電プラズマの電力密度は、通常暴
露された織物を傷めない程度に十分低く、表面処理に対して用いられるコロナプ
ラズマよりも十分に高い、なんとなれば前者は後者よりも遥に活性な種を提供し
なければならないからである。電子の運動温度および濃度（個数密度）といった
プラズマのパラメーターは、我々の発明の開発の初期段階ではいくらか推論的で
ある。フローティングラングミュールプローブ（Langmuir prove）を使ってプラ
ズマ中間面を探査して得られた幾つかの結果によれば、中間面のスクリーンを接
地することなしに、プラズマは数100ボルトのプラスの電位にフロートするであ
ろうことが示される。イオンの運動温度はしばしば室温での原子の運動温度に極
めて近く、これらの高い圧力において頻繁にイオンは原子に衝突する。すなわち
電子は明らかに中性のバックグランドの原子を励起するのに十分な数とエネルギ
ーを持った状態にとどまり、したがってこのグロー放電を発生する。可視の光子
を放射する励起状態の存在は、電子が少なくとも１電子ボルトの運動温度を持つ
ということを意味する。この高圧でのプラズマのパラメーターの測定が非常に難
しく、これはデバイ（Debye）距離に比して電子の平均自由行路が短いため通常
のラングミュールプロービング法が採用できないからである。電子数密度は、し
かし、マイクロ波干渉法によって測定することができよう。
図８と９には、同じ電極離間距離およびガスフロー条件において、しかしなが
ら２つの異なった周波数においてヘリウム中で行った電圧と電流との２つの波形
が示される。図８は、周波数2.0kHzでの均一なグロー放電域で測定され、図９は
、周波数8.0kHzの均一なプラズマの動作帯域よりも上の周波数でフィラメント放
電が観測される領域で測定された。我々のRF電源の高出力インピーダンスはトレ
ースＢで示す電圧の波形となり、これは非常に正弦波に近い。反応電流波形（ト
レースＣ）は各周期で２回、１回は電圧が正のとき、もう１回は電圧が負のとき
に、プラズマのブレークダウンによって妨げられる。トレースＡは、ヘリウム中
ではなく空気中での同じ電圧および動作条件での反応電流波形を示す。この条件
下では空気中ではいかなるプラズマも認められず、電力は完全に反応性を有す。
このトレースＡの純粋に反応的な電流をトレースＣの全プラズマ電流から引くと
トレースＤが求められる。プラズマ（トレースＥ）中に含まれる瞬間的な電力は
、反応電流（トレースＤ）を上回る過剰なプラズマ電流とその時点での電圧（ト
レースＢ）を掛けることにより求められる。平均電力は、示されているプラズマ
の存続期間に渡って積算しこれをこの期間で割ることにより求められる。プラズ
マへの電力と電力密度をこの極めて正弦波から外れている電流波形に対し計算し
た方法はこの方法である。均一な放電を示す図８とフィラメント放電を示す図９
は、特徴的に異なる電力波形をトレースＥに示す。これは均一な放電をフィラメ
ント放電から区別する方法である。
プラズマ電力はプラズマ中での活性種の生成率の比例するので興味あるところ
である。反応電力は、プラズマ電源と其に伴う装置を動かすために必要な電力の
定格を決めるので重要である。全電力はプラズマ電力と反応電力の合計である。
図10には平行なプレートに印加されているRMS電圧の関数として、mW/cm3単位で
表したプラズマ電力と全電力の両対数グラフである。図10での活性なプラズマの
容積は1.63ｌで、この時のヘリウムガスのプラズマ内での中間スクリーンと各プ
レートとの間の離隔距離ｄは1.75cmである。図11は、周波数の関数として両対数
軸上にプロットされた電力密度の同様の表示である。均一なプラズマ放電の領域
の大体の範囲を矢印で示す。これらのデータは、図10と同じプラズマ容積と電極
離隔距離に対してヘリウムガス内で測定された。実施例 １
本発明の最初の動作実験例において、物理的な装置について記述している図１
は、１気圧のヘリウム中、標準温度でプレート10間の離隔距離ｓを3.0cmとした
ときにグロー放電プラズマを維持する。プレートは4.4kV rms作業電位に充電さ
れた。これらのパラメーターを一定に保つため、R.F.周波数は独立な変数として
増加された。従属変数として、図12は電圧波形ノードに応じて決められるような
対応するブレークダウン電流の位相角を図にしたものである。同様に、図13は各
R.F.周波数の時にプラズマを維持するために必要とされる反応およびプラズマ入
力電力を含む、全電力を図にしたものである。実施例 ２
本発明の第２の動作実験例において、物理的な装置が示されている図１は、１
気圧のヘリウム中、標準温度でプレート10間の離隔距離ｓを1.0cmとしたときに
グロー放電プラズマを維持するために使用される。この実施例において、R.F.周
波数は30kHzに一定に保たれ、プレート電位は独立の変数として操作され、電流
のブレークダウンの位相Θ（表２）と全電力Ｐ（表３）は従属の変数として測定
された。
実施例 ３
本発明の第３の動作実験例では、1.5kV rms電位に充電された電極板10間の離
隔距離ｓの１cmの間に１気圧のヘリウムが入れられた。R.F.周波数は独立の変数
として操作された。測定された従属変数として、表４にはブレークダウン電流の
対応する位相角Θを報告する。表５に示す従属変数は対応する全消費電力のデー
タを報告する。
実施例 ４
3.1ｌという最大容積のヘリウムプラズマは、R.F.周波数４kHzであるとき５kV
rmsの電位をもつプレート離間距離3.2cmにおいて上述の装置を用いて得られた
。
ナイロン、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリプロピレンおよびポリエチ
レンから作られたところの溶融吹き出し法による布は、湿潤性および再湿潤性の
増大という所望の材料特性をつくり出すためここに書かれたグロー放電プラズマ
にさらされて処理されている。
材料の湿潤性は、ａ）材料表面で保たれている水玉の角度とｂ）所定の材料の
長さに沿って毛細管作用によって吸収するのに要する時間とを含む２種のテスト
のいずれか一方もしくは両方により客観的に測定される。
このようなテストにより、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステルおよびポリ
エチレンのフィルムは、2.5分間プラズマに照射された後に、水球の角度が非常
に減少したということで証明されたように、湿潤性および再湿潤性が大いに改良
されたということがわかった。
５kV,４kHzで電極板離間距離4.5cmのときのグロー放電プラズマによる2.5分間
の照射により、ポリ（エチレンテレフタレート）布は、０°の表面水球角度とIN
DA標準吸収テストにより測定された37.37秒という吸収率を示した。プラズマ照
射に先立って、布は大きな水球角度を持ち、吸収能は全く持たなかった。
同様に、同じプラズマに60秒暴露した後、高い水球角を持ちなんら吸収能を持
たなかったナイロン布が、湿潤性および再湿潤性について表面水球角度０°およ
び16.16秒の吸水率（INDA標準テスト）という値を出した。
もう１つ他の試験では、２つの異なった溶融吹き出し法による布、ポリ（エチ
レン テレフタレート、PET）とポリプロピレン（PP）を、ヘリウムおよびヘリ
ウムと活性なガスの混合ガスを作業ガスとして、0.5分ないし２分の処理時間の
間、１気圧のグロー放電プラズマによって処理した。電源電圧は1,000Vrmsない
し4,000Vrmsであり、周波数は１kHzないし100kHzであった。布は、繊維の大きさ
が２ないし2.5ミクロン、細孔の大きさが20〜25ミクロン、および多孔度90％で
あった。表６はこれらの処理から得られた最初の幾つかの結果を示す。
湿潤性は接触角度、吸収性、および布の厚さ方向と表面での液体に対する浸潤
性により正当化された。吸収性は、液体（２回蒸留水）が2.4cm上がる時間を測
定する、INDA標準（１st 10.1-92）に従って測定された。繊維の表面の物理的変
化は、ETEC オート スキャン マイクロスコープを2,000 ｘ（倍）から4,000
ｘ（倍）のところで使用してとった顕微鏡写真によって分析された。
現在多くのデータは得られていないが、１気圧の環境空気で８kV/cmの電界に
おいて図１に示される装置により均一なグロー放電プラズマが保持されることは
注目されるべきことである。Detailed Description of the Invention
Atmospheric pressure glow discharge plasma treatment method and apparatus for polymer material Background of the Invention
The present invention is directed to organic and inorganic materials such as films and fabrics, ie woven and non-woven fabrics.
A method and apparatus for improving the surface properties of polymeric materials.
Of the many usefulness of polymer fabric (Meltblown polymer web) by melt blowing
One is a separator for the metal plate of the wet battery. The base polymer compound is
On the other hand, it is impermeable. The structure of the non-woven fabric produced by melting blows the surface into the electrolyte.
When more completely wet, it is ion permeable. Unfortunately, wetting
This latter requirement requires nylon, polypropylene, polyethylene and
Most solid polymers of commercial base polymers such as poly (ethylene terephthalate)
It is not a unique property.
The melt-blown fabrics of these polymers have recently been used to separate battery plates.
Despite its use as a wetting agent, wetting is chemically dependent on surfactants.
Have been granted. This process not only produces hazardous industrial waste
Instead, a product with a limited expiration date is produced.
Wettability is the ability to wipe and clean your body with tissue, cloth, surgical sponge,
Bandages, feminine sanitary products and reusable woven knit fabrics
It is also a desirable property. Similarly, wettability is an important material table for printing and lamination.
It is a characteristic of the surface.
Recently, by glow discharge plasma treatment of polymer cloth (to impart wettability)
The success is paid. The term "plasma" usually refers to ions, electrons and
And a partially ionized gas consisting of neutral species. This state of matter is super hot
Or generated by the action of a strong direct current (DC) or radio frequency (RF) electric field
Like. High temperature or "hot" plasmas are light bodies in the celestial body, nuclear explosions and
It is represented by an electric arc. Glow discharge plasma is applied direct current or wireless
Free electrons that are energized by a frequency electric field and then collide with neutral molecules
Caused by. The collision of these neutral molecules transfers energy to the molecules,
Child, metastable species, individual atom, free radical, molecular fragment, monomer, electron and ion.
It produces a number of active species that will include These active species are chemically active
Certain and / or the surface can be physically modified, and therefore the chemical compound
It can be the basis for modification of new surface properties of objects and properties of existing compounds.
Known as the dark-discharge corona, a low-power plasma is used on paper, wool, and polyester.
Ethylene, polypropylene, polyolefin, nylon and poly (ethylene
Widely used for surface treatment of heat-sensitive materials such as synthetic polymers such as
It has been used. Due to its relatively low energy, corona discharge plasma
The properties of the material surface can be changed without damaging the material.
Glow discharge plasma is another type of relatively low
This is representative of power density plasma. These glow discharge plasmas are
An effective amount of visible UV radiation can be generated. Glow discharge plasma
Therefore, the additional benefit of producing visible and UV radiation when active species coexist.
have. However, glow discharge plasmas have traditionally typically been batch processed and expensive.
Low pressure or partial vacuum below 10 Torr, which may require the use of various vacuum systems
Has been successfully generated in an environment. Some polymer species are low pressure glow
Irradiation with the discharge plasma enhances the wetting properties of the surface. But chemistry
The physical / physical mechanism is not understood and properties are lost by drying.
Generating a low power concentration plasma at 1 atmosphere is not new. 1 atm
Filament discharge between parallel metal plates in the air has been a public water supply facility since the late 19th century.
Used in Europe for the production of large volumes of ozone used for the treatment of
Is coming. Although such filament discharge is useful for ozone production,
It has limited utility in surface treating materials. The reason is plasma filament
This is because they tend to make holes in the surface or treat the surface unevenly.
Therefore, it is an object of the present invention to use polymeric fabrics and other types of melt blown processes.
To provide a by-product-free manufacturing method for enhancing the wettability of a polymer substrate
It is in.
Another object of the present invention is a polymer that provides a stable, rewetable product.
By disclosing a glow discharge plasma method for treating fabrics or films
is there.
Another object of the present invention is to provide a glow discharge probe at atmospheric pressure and standard temperature.
For continuous processing of infinite length polymer cloth or film through plasma
Method and apparatus.
A further object of the invention is to operate under pressure of 1 atmosphere or slightly higher.
Disclose the structure and operational parameters of a glow discharge plasma with potential.
And.Summary of the invention
The present invention provides an improved fabric as a product, preferably a glove at uniform atmospheric pressure.
-The surface was enhanced by exposing it to discharge plasma,
It is intended to provide limmer cloth. The invention also relates to a method which is particularly adapted to the manufacture of said fabric.
The method and devices specifically designed to carry out the method are also included.
The above and other objects of the invention, which will be explained or clarified later, are realized by
Electrically isolated with or without a boot or screen in between
Achieved by a set of metal plate electrode based devices. Play these
Mounted face-to-face, parallel, or up to approximately 5 centimeters
They are evenly arranged in opposite positions separated from each other. Preferably the plate is water cooled
And it is good to be covered with a non-conductive insulator.
Operating frequency and other parameters where the desired uniform glow discharge is observed.
In order to expand the area of the electrode, an impedance matching network
Is added to the circuit for charging. The matching network parameter is
Adjusted for the most stable and uniform operation of low discharge. This state is plasma
It occurs when the reaction force of the reactor is minimum.
The radio frequency power amplifier connected to both plates has at least one
At a working voltage of 5 kV rms and a reactivity of at least 180 watts at 1 to 100 kHz
Giving plasma power.
A commercially available standard Tesla coil is used to assist in the initiation of plasma generation.
The electricity may be applied for a short time in the space between the radio frequency energy application plates. Metal plate electrode
The electric field between them must be strong enough to electrolyze the gas used.
Not enough to use with helium and argon as compared to using air
Weaken. R.F.frequency must be in the correct range as described below
. Because if it is too low, the discharge will not start and if it is too high, the plasma will
This is because filament discharge is generated between the ports. Smell in a relatively limited frequency band
Only glow discharge plasma reactors do not produce filament discharges in the atmosphere.
A uniform plasma.
At least the space between the plates where the plasma is generated is wettable and rewet.
Materials such as polymer films and cloths for the purpose of creating desired surface properties such as wettability
Fill with 1 atmosphere of air, helium or argon, and store to treat the material.
Carry.Brief description of the drawings
With reference to the drawings, the same reference numbers refer to the same or similar elements. How many in the drawing
In some figures:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an assembly of components of the present invention.
FIG. 2 shows an impedance map particularly suitable for supplying energy to the present invention.
It is a ching network.
3, 4 and 5 are typical examples of the output means circuit of the power supply.
FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a glow discharge plasma reactor under atmospheric pressure with an intermediate grid plate.
3 is a schematic view showing the upper chamber of FIG.
FIG. 8 shows a graph of voltage, current and power waveforms for a uniform glow discharge plasma.
You
FIG. 9 shows a graph of voltage, current and power waveforms of filament discharge plasma.
You
FIG. 10 shows mW / cm as a function of the RMS (rms value) voltage applied to the electrodes.3unit
2 is a log-log graph of the total power density and the plasma power density.
FIG. 11 shows the total power density and plasma power density as a function of RF frequency.
It is a log-log graph.
FIG. 12 shows a break corresponding to the amplification frequency in the special operation example of the present invention.
It is a graph of the phase angle of down power.
FIG. 13 shows the power consumption corresponding to the amplification frequency in the special operation example of the present invention.
Is a graph of.Detailed explanation of specific examples
Regarding the schematic block diagram of the present invention shown in FIG. 1, the electrode 10 is a typical square plane.
It consists of a copper plate measuring 21.6 cm x 21.6 cm. Closed loop 11 of 0.95 cm copper tube
It is brazed with silver to the electrode plate (10) and has a hose wire on the other side of the closed tubular loop.
The apples 12 and 13 are connected with it. The edge of the electrode plate is the electrical break at the electrode edge.
As much as separating the electrode plate and the intermediate plate so that no breakdown will occur
Must have a radius of curvature of. An inlet nib for flowing coolant through loop 11.
A fluid conduit connected to the pull 12 and such a cooling liquid outlet nipple 13 is shown in FIG.
Not shown.
The metal unit with plates 10 and loops 11 should be
To prevent electric arcs from
Is covered.
Preferably, the distance s between both plates 10 is adjusted to a maximum of about 5 cm while maintaining parallelism.
Mechanism should be provided. Top and bottom play as such a mechanism
A rod-shaped adjusting tool (rod adjuster) 15 fixed to the toe 10 is schematically shown in FIG.
. With this arrangement, the position of the intermediate plate 30 is fixed.
Parallel is used to mean parallel planes, but the term is surface
Should also be understood to mean that non-planar objects are substantially equidistant.
is there. Also the geometry of cylinders with axes parallel to other cylinders or plates
Including scientific characteristics.
The plate 10 is energized by a low impedance, high voltage R.F. power amplifier 20.
The power amplifiers 20 are each independently provided in the range of 1 to at least 5 kV.
With variable voltage and variable frequency range from 1 to 100kHz. R.F. power supply 20 and
Between the plates 10 is an impedance matching network, the details of which are shown in FIG.
Network 31 is considered to enter.
The plate assembly is surrounded by a barrier 21 to isolate it from the environment.
It The barrier 21 controls the projected flat plate-like volume (space) between the plates 10.
It has a surrounding structure that is suitable for maintaining a gas atmosphere. Inlet port 22 is air
, Helium or argon, helium or argon and oxygen or air
Introduce an appropriate gas such as a mixed gas of argon or a mixed gas of argon and helium.
Provided for. In any case, the gas pressure in the isolation barrier 21 is
To substantially eliminate or reduce the need for a strong gas seal.
Has been. Normally, the amount of inflow of gas that has been adjusted to atmospheric pressure through the inlet port 22
It suffices to keep it low enough to equalize the leakage. Isolation barrier 2
The pressure inside 1 is essentially the same as the outside of the barrier, so a large pressure that increases the leak rate.
There is no difference in power. The ventilation conduit (vent pipe) 28, which is regulated by the valve 29, is enclosed.
It is provided as an air leakage channel during the initial filling of the canister. Then valve 29
It is closed during normal operation.
Narrow slit 23 for material flow is provided from supply reel 24 to take-up reel 25.
To accommodate the path of material cloth W between the plates 10 when withdrawn, an isolation bar is used.
It is arranged in the rear 21. Drive reels 24 and 25 between plates 10
Controlled to give a given residence time in the plasma for a given fabric element.
Be done.
Generates a desirable uniform glow discharge plasma (as opposed to filament discharge)
Fig. 2 shows the actual frequency in order to increase the operating frequency and the range of other parameters.
An impedance matching network, of which an example is illustrated schematically, is shown in FIG.
Has been added to the power circuit to charge the. This matching network
The parameters are adjusted for the most stable and uniform operation of the glow discharge. This article
The situation occurs when the reaction power of the plasma reactor becomes the smallest.
Figures 3 to 5 show the interchangeable power supply variants with their respective features.
It is a form example (option). FIG. 3 shows the lower electrode terminal T1Is connected to ground potential
The upper terminal T2Corresponds to the configuration in which is charged to the full working potential. Figure 4
And 5 are electrically equivalent, terminal T1And T2Is 180 ° out of phase, but half the maximum potential
Only. Figure 4 shows a center-tapped transformer grounded at the center, while Figure 5 shows
3 illustrates an embodiment of a solid state power circuit.
Shown in FIG. 6 are two alternative embodiments, the function of which is to
The latter is to drive a reciprocating gas stream containing active species from the plasma. this
Is a bellows 35 driven by a reciprocating shaft 33 or a reciprocating shaft.
Can be completed by any of the pistons 36 driven by the ft 32
. Due to the change in the volume of the upper chamber, the pressure difference on both sides of the cloth W is periodically reversed,
Therefore, the gas flow is also reversed periodically. As in another example, after the piston
The flow path from the filter can be connected to the lower chamber like the dotted line 34.
It
In the embodiment of the present invention according to FIG. 6, a cloth W indexed between both material flow slits 23 is provided.
An electrically grounded screen 30 is provided for support. This configuration is a cloth
Reduce the charge accumulated in the upper gas inlet chamber and the lower ventilation chamber
Structurally supports the moving fabric W as a pressure differential thin film between the two.
Due to the differential of the sweep flow, the saturate inside the cloth W caused by the gas containing the active species from the plasma
The sum is guaranteed.
Only a small electric field is used in a uniform glow discharge plasma reactor at 1 atmosphere
It is several kV / cm, and if this value is DC, the background gas is electrically blocked.
Too low to rake down. Gases such as helium and air are like this
It breaks down in a low electric field, but if the positive ions are two flat
The gas in the plasma when trapped between conducting or uniformly spaced electrodes.
The lifetime of the electron is greatly extended, and at the same time electrons can move freely to the insulated electrode.
There, the surface charge and recombination or the surface charge is enhanced there. Hence the most desirable
The uniform 1-atm glow discharge plasma has an RF screen with an applied frequency of an intermediate screen.
High enough to trap ions to and from the electrodes, but
It occurs when the electrons are not high enough to be trapped during the half cycle. Electron is a bipolar
It will be trapped by the electrostatic force of the child.
If the RF frequency is too low and both ions and electrons can reach the boundary and recombine
For example, the lifetime of these particles is short, and no plasma is generated or between the plates.
Either a slight coarse filament discharge will occur. Intermediate screen
The applied frequency is in a narrow band where ions oscillate between the electrode and the electrode plate.
Then, the ion does not have time to reach any of the boundaries during the half cycle of the oscillation, and it vibrates for a long time.
Keep moving. If the more mobile electrons still leave the plasma volume, the boundary surface
If so, then the desired uniform plasma is generated.
If the applied RF frequency is still high, both electrons and ions will be trapped in the discharge.
Then, the discharge becomes filament plasma at that time.
The present invention is not limited to any particular theory, we find that the electrode spacing,
Ions are trapped but electrons are trapped between the RMS electrode voltage and the two plates.
Of the frequency that generates the desired uniform 1-atmosphere glow discharge plasma without
Shows the relationship between. FIG. 7 shows the upper chamber of a glow discharge plasma reactor at 1 atm.
FIG. The lower boundary of this space is the middle flat screen or bottom.
Then, if the output side of the RF power supply is pushed to the two electrodes with the center tap grounded
If connected as a pull circuit, the floating lower boundary of this space
The potential is close to ground 0. In the data reported here,
The intermediate screen was grounded via an induced current choke. 7 configuration smell
For example, as shown, a Cartesian coordinate system in which the applied electric field is taken in the X-axis direction is applied.
Has been done. The maximum value of the electric field between the grounded intermediate screen and the upper electrode is E0
And the distance between the screen and the electrode is the distance d. The sample is on top of it
The intermediate screen, where the ions are exposed, passes through the intermediate plane and the ions are
It is thought to avoid going from the bar to the lower chamber or vice versa.
The electric field between the electrodes shown in FIG. 7 is given by the following equation.
A glow discharge of 1 atm is considered to work in a plasma that is not affected by a magnetic field.
available. The equation that describes the movement of ions or electrons between two plates is
Given by the Lenz model, where electrons and ions are neutral background
The total energy gained from the RF field since the last collision with a neutral gas.
Emit at each collision. Ion or electron movement in Lorentz model
The equation that gives is given by
Here, the first term on the right side is the Lorentz collision term.
Degree vcThe moment mv is lost at every collision. The x component of Equation 2 is
Given in.
Here, the electric field E from Equation 1 has been substituted into the right side of Equation 2. Equation 3 general
The solution is obtained by the following formula.
Where the constant C1And C2Is given by
Helium glow at 1 atm operates at frequencies between ω / 2π of 1 and 30 kHz
To be done. Here, with 1 atm of helium, it is as follows.
The collision frequency (frequency) of ions and electrons given by equations 7a and 7b is
Much larger, ie vc>>> ω. Is. For ions and electrons
Vc>> ω is the relationship2Is a constant C1Much larger than
means.
The time-dependent positions of ions and electrons in the electric field between the plates are given by
It is given by substituting and is obtained as the following equation.
The RMS displacement of an ion or electron during a half cycle is given by
If V0Is the drive frequency in Hertz, the RF frequency in radians.
The number is given by
The maximum electric field between the plates is the maximum voltage V appearing between the plates.0By
Can be similar.
If the charge in question is released from the intermediate surface to either one of the electrode plates during the whole one cycle.
If you move across a voltage band, you can write:
Equation 13 shows that the RMS displacement of a particle is half the total spacing due to the accumulation of charge between the plates.
States that there must be less. In the geometry shown in Figure 7, the distance
d is specified by the distance between the grounded intermediate screen and the charged electrode. Equality
Substituting 11 through 13 into Equation 10, we get the relation
If the charge accumulation above which plasma charge should occur in the plasma
Wave number v0If you solve, you get:
In Equation 15, collision frequency (frequency) vcIs an ion or electron at 1 atmosphere
Approximately given by equations 7a and 7b respectively, the RMS voltage is
Gives the upper and lower bounds of what happens.
The range of parameters when operating a uniform glow discharge plasma reactor at 1 atm
Boxes are given in Table 1. The normal pressure at which this discharge takes place is 1 atmosphere.
. It is said that the fluctuation of several Torr shown in Table 1 represents the fluctuation of atmospheric pressure every day.
Instead of moving the active species from the upper plasma through the exposed fabric,
It represents the pressure differential across the mid-plane screen, which is aimed at and. table
The RMS power shown in 1 is the net power delivered to the plasma, which is the
Less than the reaction power that appears in. The total plasma volume between the two electrode plates is given by
It
Where d is the distance from the plate to the intermediate screen in cm.
The power density shown in Table 1 is much higher than that of an electric arc or plasma torch.
Lower than the power density associated with other forms of plasma treatment such as corona discharge
It is several orders of magnitude expensive. The power density of glow discharge plasma at 1 atm is usually
Coronap used for surface treatment, low enough not to damage exposed fabric
Well higher than lasma, the former providing a much more active species than the latter
Because it must be. Such as electron's kinetic temperature and concentration (number density)
Plasma parameters are somewhat speculative in the early stages of the development of our invention.
is there. Floating Langmuir prove
According to some results obtained by exploring the Zuma interface, the screen of the interface was touched.
Without grounding, the plasma will float to a positive potential of a few hundred volts.
Deafness is shown. The ionic kinetic temperature is often poled by the atomic kinetic temperature at room temperature.
Very close, and at these high pressures, ions frequently collide with atoms. Ie
The electron must have sufficient number and energy to excite an apparently neutral background atom.
The glow discharge remains in the state of holding the lamp, and thus this glow discharge is generated. Visible photon
The existence of an excited state that radiates the electron has an kinetic temperature of at least 1 eV
It means that. It is very difficult to measure plasma parameters at this high pressure
This is usually because the electron mean free path is shorter than the Debye distance.
This is because the Langmuir probing method cannot be adopted. Electron number density is
However, it could be measured by microwave interferometry.
8 and 9 show the same electrode separation and gas flow conditions, but
Two waveforms of voltage and current in helium at two different frequencies
Is shown. Fig. 8 is measured in a uniform glow discharge region at a frequency of 2.0 kHz, and Fig. 9 is
Filament discharge at frequencies above the uniform plasma operating band of 8.0 kHz
Electricity was measured in the area where it was observed. The high output impedance of our RF power supply is
The waveform of the voltage shown by source B is very close to a sine wave. Reaction current waveform (
Race C) is twice each cycle, once when the voltage is positive and once when the voltage is negative
In addition, it is hindered by plasma breakdown. Trace A is in helium
2 shows the reaction current waveform at the same voltage and operating conditions in air. This condition
Below, no plasma is observed in air and the power is completely reactive.
Subtracting this purely reactive current in Trace A from the total plasma current in Trace C
Trace D is sought. The instantaneous electric power contained in the plasma (Trace E) is
, Excess plasma current over reaction current (trace D) and voltage at that time (
Required by multiplying Race B). Average power is shown in plasma
It is calculated by adding up over the lifetime of and dividing this by this period. Plas
The power to the machine and the power density are calculated for this extremely off-sinusoidal current waveform.
It is this method. Figure 8 showing a uniform discharge and Figure 9 showing a filament discharge.
Shows in trace E characteristically different power waveforms. This is a uniform discharge
This is a method of distinguishing from the electric discharge.
Plasma power is proportional to the production rate of active species in plasma
Is. The reaction power is the power required to operate the plasma power supply and associated equipment.
It is important because it determines the rating. Total power is the sum of plasma power and reaction power.
Figure 10 shows mW / cm as a function of RMS voltage applied to parallel plates.3In units
It is the log-log graph of the plasma electric power and total power which were represented. Of the active plasma in Figure 10.
The volume is 1.63 l, and the intermediate screen and each screen in the plasma of helium gas at this time are
The separation distance d from the rate is 1.75 cm. Figure 11 shows log-log as a function of frequency
A similar representation of power density plotted on the axis. Area of uniform plasma discharge
The approximate range of is indicated by an arrow. These data show the same plasma volume and electrodes as in Figure 10.
Measured in helium gas for separation distance.Example 1
FIG. 1 describing a physical device in the first operational experiment example of the present invention.
Is the separation distance s between the plates 10 is 3.0 cm at the standard temperature in 1 atm of helium.
Sometimes maintain a glow discharge plasma. The plate is charged to 4.4 kV rms working potential.
It was To keep these parameters constant, the R.F.frequency is an independent variable.
Was increased. As a dependent variable, Fig. 12 can be determined according to the voltage waveform node.
6 is a diagram illustrating the phase angle of the corresponding breakdown current. Similarly, FIG.
The reaction and plasma injection needed to maintain the plasma at R.F.
It is a diagram of the total power, including the power power.Example 2
In the second operation experimental example of the present invention, FIG.
When the separation distance s between the plates 10 is 1.0 cm at standard temperature in helium at atmospheric pressure
Used to maintain a glow discharge plasma. In this example, R.F.
The wavenumber is kept constant at 30 kHz, the plate potential is manipulated as an independent variable, the current
The breakdown phase Θ (Table 2) and total power P (Table 3) of the
Was done.
Example 3
In the third operation experimental example of the present invention, the distance between the electrode plates 10 charged to the 1.5 kV rms potential is separated.
Helium at a pressure of 1 atm was introduced within a distance of 1 cm. R.F. frequency is an independent variable
Was operated as. As a measured dependent variable, Table 4 shows the breakdown current
Report the corresponding phase angle Θ. The dependent variables shown in Table 5 are the corresponding total power consumption data.
Report data.
Example 4
Helium plasma with a maximum volume of 3.1 l is 5 kV when R.F. frequency is 4 kHz.
Obtained using the device described above at a plate separation of 3.2 cm with a potential of rms
.
Nylon, poly (ethylene terephthalate), polypropylene and polyethylene
The melt blown fabric, made from ren, has a wet and rewet
A glow discharge plasma written here to create the desired material property of augmentation
Being exposed to and being processed.
The wettability of a material depends on a) the angle of the polka dots retained on the surface of the material and b)
Two tests, including the time it takes to absorb by capillary action along the length
It is objectively measured by either or both of the above.
Such tests show that polyethylene, nylon, polyester and poly
The ethylene film has a very high water polo angle after being exposed to the plasma for 2.5 minutes.
Greatly improved wettability and rewetability, as evidenced by reduced
It turned out that it was done.
2.5 minutes with glow discharge plasma at 5kV, 4kHz and electrode plate separation of 4.5cm
The irradiation of poly (ethylene terephthalate) cloth caused the surface water polo angle of 0 ° and IN
It showed an absorption rate of 37.37 seconds measured by the DA standard absorption test. Plasma lighting
Prior to firing, the cloth had a large water polo angle and no absorbency at all.
Similarly, after being exposed to the same plasma for 60 seconds, it has a high water polo angle and no absorption capacity.
Nylon cloth which did not come out has a surface water polo angle of 0 ° and a wettability and a rewetability.
And 16.16 seconds water absorption rate (INDA standard test).
In another test, two different melt-blown fabrics, poly (ethene), were used.
Rene terephthalate (PET) and polypropylene (PP), helium and helicopter
Using a mixed gas of um and active gas as a working gas, the processing time of 0.5 to 2 minutes
In the meantime, it was treated with a glow discharge plasma at 1 atm. Power supply voltage is 1,000VrmsAbsent
4,000VrmsAnd the frequency was 1 kHz to 100 kHz. Cloth is the size of the fiber
2 to 2.5 microns, pore size 20 to 25 microns, and porosity 90%
there were. Table 6 shows the first few results obtained from these treatments.
Wettability is the contact angle, absorbency, and wetting of liquid across the thickness and surface of the fabric.
Justified by sex. Absorbency is measured by the time when the liquid (double distilled water) rises 2.4 cm.
It is measured according to the INDA standard (1st 10.1-92). Physical alteration of fiber surface
ETEC Auto Scan Microscope from 2,000 x (times) to 4,000
It was analyzed by a micrograph taken at x (fold).
Many data are not available at present, but an electric field of 8 kV / cm can be obtained with 1 atmosphere of ambient air.
In order to maintain a uniform glow discharge plasma by the device shown in FIG.
It should be noted.
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(31)優先権主張番号 ０８／１４５，３４９
(32)優先日 1993年10月29日
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(31)優先権主張番号 ０８／１４５，７８６
(32)優先日 1993年10月29日
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ，Ｒ
Ｕ
(72)発明者 リュウ，チャオユ
アメリカ合衆国 37916 テネシー州 ノ
ックスビル ＃405 ローレルアヴェニュ
ー 1611
(72)発明者 ワーズワース，ローリー シー.
アメリカ合衆国 37922 テネシー州 ノ
ックスビル ビショップ ブリッジロード
2024
(72)発明者 スペンス，ポール ディー.
アメリカ合衆国 37916 テネシー州 ノ
ックスビル ＃202Ａ サウス17ティエイ
チストリート 410
(72)発明者 ラルーシ，モニール
アメリカ合衆国 37916 テネシー州 ノ
ックスビル ローレルレーン 1611 アパ
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(31) Priority claim number 08 / 145,349
(32) Priority date October 29, 1993
(33) Priority claiming countries United States (US)
(31) Priority claim number 08 / 145,786
(32) Priority date October 29, 1993
(33) Priority claiming countries United States (US)
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M
C, NL, PT, SE), AU, CA, JP, KR, R
U
(72) Inventor Ryu, Chaoyu
United States 37916 No, Tennessee
Xsville # 405 Laurel Avenue
ー 1611
(72) Inventor Wordsworth, Raleigh See.
United States 37922 No, Tennessee
Xsville Bishop Bridge Road
2024
(72) Inventor Spence, Paul Dee.
United States 37916 No, Tennessee
Xsville # 202A South 17 Tee
Chi Street 410
(72) Inventor Larus, Moneil
United States 37916 No, Tennessee
Xsville Laurel Lane 1611 APA
Statement 101