KR100405172B1 - 플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법 - Google Patents

플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 관한 것으로, 챔버와, 상기 챔버 내에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극 사이에 소정거리만큼 이격되어 설치된 그물망과, 상기 한쌍의 전극에 교류전원을 인가하는 전원공급수단을 포함하여 구성된 것으로, 시료를 전극으로부터 분리하여 그물망에 올려놓고 플라즈마 표면처리를 수행함으로써, 시료의 모든 표면을 균일하게 개질시킬 수 있도록 한 것이다. 그리고, 본 발명은 그물망과 각 전극과의 거리를 용이하게 조절할 수 있어, 시료 표면을 원하는 특성에 맞게 효율적으로 처리할 수 있게 하였다. 또한, 본 발명은 중주파수대역의 교류전원을 사용해 하나의 챔버 내에 복수개의 전극 쌍을 설치하여 다수개의 시료를 동시에 표면 처리함으로써, 장치의 제조 비용과 표면처리 비용을 절감하고 공정에 맞는 용도 변경을 용이하게 할 수 있다.

Description

플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면 처리방법 {Apparatus for modifying surface of object using plasma and method for modifying surface using said apparatus}
본 발명은 플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료의 표면을 보다 균일하고 효과적으로 개질시킬 수 있는 플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고분자와 이 고분자를 기본으로 한 재료 및 세라믹들은 표면에너지가 비교적 낮고 친화성이 나쁘며 화학적으로 불활성을 나타내는 데다 오염되기 쉽고 경계층이 약해 접착 및 친수화되기가 어렵다.
모재와 접착제 및 강화재와 매트릭스 계면에서의 결합력이 충분하지 못하면 고분자 재료로 응용하는 데 제약을 받게 된다.
이에 따라 고분자재료에는 적절한 접착성과 친수성을 위해 표면처리를 하게 된다.
근래 플라즈마를 이용한 표면처리장치가 각광받고 있으며, 이러한 플라즈마 표면처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(1)와 이 챔버(1)를 진공상태로 조절하기 위한 진공펌프(2)와 진공도를 측정하기 위한 압력 게이지(3)와 챔버(1) 내에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 한쌍의 전극(4, 5)과 이 두 전극(4, 5) 간에 전위차를 발생시키는 전원공급장치(6)와 가스주입구(7)를 통해 챔버(1) 내의 표면처리하고자 하는 시료(S) 주위에 반응가스를 주입하는 도시생략된 반응가스 조절장치로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마 표면처리장치의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
챔버(1) 내의 한쌍의 전극(4, 5) 중 전원공급장치(6)로부터 전원이 인가되는 즉, 바이어스(Bias)되는 전극(4)에 표면처리를 하고자 하는 시료(S)를 올려놓은 다음, 진공펌프(2)를 작동시키고 챔버(1) 내부의 압력을 압력 게이지(3)로 확인한다.
챔버(1) 내부의 압력은 대략 공정 압력인 대략 2∼10 [Torr] 정도로 유지시키고, 챔버(1)의 압력이 일정 진공으로 유지되면 반응가스를 가스주입구(7)를 통해 주입한다.
그 다음, 전원공급장치(6)를 통해 전극(4)으로 직류전원이나 라디오주파수(Radio Frequency; "RF")의 교류전원을 인가하여 두 전극(4, 5) 간을 방전시킨다.
상기와 같이 두 전극(4, 5)간에 방전이 되면 두 전극(4, 5) 사이에 플라즈마가 발생되고 이 발생된 플라즈마 내에서 반응가스가 전리되어 양이온과 음이온들이 결합하면서 전극(4)에 놓여진 시료(S)의 표면이 개질(改質)된다.
그런데, 상기와 같은 종래의 플라즈마 표면처리장치는, 시료를 전극 위에 올려놓은 상태로 표면처리를 하도록 되어 있어 시료와 전극이 접촉하는 부위는 표면처리가 제대로 되지 않는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 시료를 전극으로부터 소정 거리만큼 이격시켜 표면처리를 수행함으로써 시료의 모든 부위를 균일하게 개질시킬 수 있는 플라즈마 표면 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면 처리방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 표면 처리장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 표면 처리장치의 개략도,
도 3은 도 2에 도시된 그물망의 측면도로서 그 설치상태에 대한 일예를 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 A의 부분확대 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 표면 처리장치의 개략도,
도 6의 (a) 및 (b)는 각각 시료의 표면 처리 이전과 이후의 표면 형상에 대한 이미지를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 챔버 20: 진공펌프
30: 압력 게이지 40: 50: 전극
60: 그물망 61: 지지부재
62: 로울러 63: 링크부재
64: 축 65: 지지대
70: 전원공급수단 80: 가스주입구
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 표면처리장치는, 챔버와, 상기 챔버 내에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극 사이에 소정거리만큼 이격되어 설치된 그물망과, 상기 한쌍의 전극에 교류전원을 인가하는 전원공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따라 상기와 같이 구성된 플라즈마 표면처리장치를 이용한 플라즈마 표면처리방법은, 시료인 TPU(Thermal Plastic Poly Urethane)를 대략 40℃ 정도의 물로 세척하고 대략 60℃ 정도의 건조기 속에서 건조시킨 후 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과, 상기 그물망의 높이를 조절하여 상기 시료인 TPU와 상기 한쌍의 전극 중 어느 한쪽 전극간의 거리를 대략 80 [mm] 이하의 거리로 유지시키는 스텝과, 상기 챔버 내의 진공도를 대략 100 [mTorr] 이하로 유지하면서 대략 80 [sccm] 정도의 산소(O2)를 주입한 다음 상기 챔버 내의 진공도를 대략 500 [mTorr] 이하로 유지시키고 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 100 kHz 이하이며 전압이 대략 275 볼트 이하인 중주파수 대역의 교류전원을 설정시간동안 인가하는 표면처리스텝과, 상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기챔버 내로 수소(H2)가스를 다른 설정시간동안 주입하여 상기 TPU의 표면을 안정화시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따라 상기와 같이 구성된 플라즈마 표면처리장치를 이용한 플라즈마 표면처리방법은, 시료인 PU(Poly Urethane)를 상기 챔버내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과, 상기 챔버 내로 암모니아(NH3) : 아르곤(Ar)가스의 조성비가 40∼80 : 60 ∼20 정도인 혼합 가스를 주입하고 챔버 내의 진공도를 대략 150∼450 [mTorr] 정도로 유지시키면서 설정시간동안 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 20∼100 kHz 정도이고 전압이 대략 20∼275 볼트 정도인 중주파수 대역의 교류전원을 인가하는 표면처리스텝과, 상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 아르곤(Ar)가스를 주입하여 표면개질된 시료인 PU를 가스세척하는 스텝과, 상기 가스 세척 후 PU를 상기 챔버로부터 꺼내어 폴리 우레탄계 수용성 접착제를 도포하고 대략 65℃ 정도의 건조로에서 다른 설정시간동안 건조시킨 후 모재에 압착시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3실시예에 따라 상기와 같이 구성된 플라즈마 표면처리장치를 이용한 플라즈마 표면처리방법은, 시료인 울섬유를 대략 40℃ 이하의 건조기 속에서 건조시킨 후 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과, 상기 그물망의 높이를 조절하여 상기 시료인 울섬유와 상기 한쌍의 전극 중 어느 한쪽 전극간의 거리를 대략 120 [mm] 이하의 거리로 유지시키는 스텝과, 상기 챔버 내로 산소(O2) : 질소(N2)가스의 혼합비가 대략 70 : 30 정도인 혼합 가스를 주입하고 챔버 내의 진공도를 대략 500 [mTorr] 이하로 유지시키면서 설정시간동안 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 100 kHz 이하이고 전압이 대략 275 볼트 이하인 중주파수 대역의 교류전원을 인가하는 표면처리스텝과, 상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 수소(H2)가스를 다른 설정시간동안 주입하여 시료인 울섬유의 표면을 안정화시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4실시예에 따라 상기와 같이 구성된 플라즈마 표면처리장치를 이용한 플라즈마 표면처리방법은, 시료인 고무를 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과, 상기 챔버 내로 질소(N2) : 아르곤(Ar)가스의 조성비가 대략 80 : 20 정도인 혼합 가스를 주입하고 챔버 내의 진공도를 대략 100∼250 [mTorr] 정도로 유지시키면서 설정시간동안 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 20∼100 kHz 정도이고 전압이 대략 20∼275 볼트 정도인 중주파수 대역의 교류전원을 인가하는 표면처리스텝과, 상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 아르곤(Ar)가스를 주입하여 표면개질된 시료인 고무를 가스세척하는 스텝과, 상기 가스 세척 후 고무를 상기 챔버로부터 꺼내어 폴리 우레탄계 수용성 접착제를 도포하고 대략 65℃ 정도의 건조로에서 다른 설정시간동안 건조시킨 후 상기 모재에 압착시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5실시예에 따라 상기와 같이 구성된 플라즈마 표면처리장치를 이용한 플라즈마 표면처리방법은, 시료인 폴리에스터를 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과, 상기 그물망의 높이를 조절하여 상기 시료인 폴리에스터와 상기 한쌍의 전극 중 어느 한쪽 전극간의 거리를 대략 80 [mm] 이하의 거리로 유지시키는 스텝과, 상기 챔버 내의 진공도를 대략 100 [mTorr] 이하로 유지하면서 대략 100 [sccm] 정도의 산소(O2)를 주입한 다음 대략 500 [mTorr] 이하의 진공도로 유지하고 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 100 kHz 이하이고 대략 275 [V] 이하인 중주파수 대역의 교류전원을 설정시간동안 인가하는 표면처리스텝과, 상기 표면처리스텝을 수행한 다음 다른 설정시간동안 상기 챔버 내로 수소(H2)가스를 주입하여 시료인 폴리에스터의 표면을 안정화시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 표면처리장치의 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 챔버(10)와 이 챔버(10)를 진공상태로 조절하기 위한 진공펌프(20)와 진공도를 측정하기 위한 압력 게이지(30)와 챔버(10) 내에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 한쌍의 전극(40, 50)과 이 한쌍의 전극 중 하나의 전극(40)에 놓이는 그물망(60)과 상기 전극(40, 50) 간에 전위차를 발생시키는 전원공급수단(70)과 가스주입구(80)를 통해 챔버(10) 내에 반응가스를 주입하는 도시생략된 반응가스 조절장치로 구성되어 있다.
상기 한쌍의 전극(40, 50)은 챔버(10)의 내측 벽부에 고정된 다수개의 절연성 재질로 이루어진 지지부재(41, 51)에 의해 각기 지지되고, 각각전원공급수단(70)에 연결된다.
상기 한쌍의 전극(40, 50) 중 하나의 전극(40)의 상부면에는 복수개의 절연성 지지부재(61)가 놓여지고, 이 절연성의 지지부재(61)를 매개로 그물망(60)이 전극(40)의 상부에 놓인다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 그물망(60)과 전극(40) 간의 거리를 임의로 조절하기 위한 높이조절수단이 포함될 수 있다.
상기 높이조절수단은 도 3 및 도 4를 참조하면 알 수 있듯이, 그물망(60)의 일측 종단에 힌지 결합되고 절연성 지지부재(61) 상에 놓여져 지지부재(61)의 길이방향으로 이동될 수 있는 한쌍의 로울러(62)와 그물망(60)의 타측 종단에 힌지결합되어 있는 한쌍의 링크부재(63)와 이 한쌍의 링크부재(63) 간을 연결하는 축(64)으로 구성되는데, 이 축(64)은 챔버(10)의 내부 일측 벽부에 설치된 지지대(65)의 체결공을 통해 삽입되어 지지대(65)에 의해 지지됨과 동시에 회동이 구속된다. 단, 이때 지지대(65)에 의한 축(64)의 구속력은 축(64)이 삽입되는 체결공의 직경에 의해 조절될 수 있으며 자연적인 상태에서 그물망(60) 및 그 위에 놓이는 시료(S)의 무게에 의해 링크부재(63)가 회동되지 않을 정도이되 사람(예컨대, 작업자)이 물리적인 힘을 가할 경우에는 링크부재(63)가 회동될 수 있는 정도로 설정된다.
이와 같은 높이조절수단의 링크부재(63)를 회동시킴으로써, 그물망(60)의 높이를 조절할 수 있고, 이 경우 링크부재(60)에 연결된 그물망(60)의 일단에 비해 타단의 높이가 틀려 경사가 발생될 수 있는 바, 이 때에는 직경이 다른 로울러(62)로 교체하여 그물망(60)의 수평을 유지시킬 수 있다.
상기 전원공급수단(70)은 한쌍의 전극(40, 50)으로 중 주파수 대역(예컨대, 대략 10kHz∼100kHz 정도)의 교류전원을 발생하여 한쌍의 전극(40, 50)에 인가한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 챔버(10) 내에 전극(40, 50)의 쌍과 그물망(60)을 복수개 배열하여 설치할 수 있다. 이 경우 각 전극(40, 50)들 중 양전극은 전원공급수단(70)의 양극전원출력단자에 병렬로 연결되고 음전극은 전원공급수단(70)의 음극전원출력단자에 병렬로 연결된다.
여기서, 전극(40, 50)의 쌍을 복수개 배치하는 것이 가능한 것은, 중주파수대역의 교류전원을 사용하기 때문이다. 즉, 종래의 플라즈마 표면처리장치에서 사용하는 고주파와 마이크로파는 두 개 이상의 전극에 동일 극성의 전원을 병렬 연결할 경우 임피던스를 조절하기 힘들어 전극의 쌍을 복수개 배치할 수 없었으나, 본 발명에서 사용하는 중주파수대역은 상대적으로 임피던스의 매칭이 쉬워 복수개의 전극의 쌍을 각 극성별로 병렬로 연결하여 전원을 인가할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
우선, 시료 받침대로 사용하는 그물망(60)의 위치를 양 전극(40, 50)과 그물망(60)간의 거리가 미리 설정된 소정의 거리만큼 이격되도록 배치하고, 진공펌프(20)를 작동시켜 챔버(10)의 내부를 미리 설정된 공정압력(예컨대, 대략 10∼2 [Torr] 정도)이하의 진공상태로 전환시킨다.
다음, 가스 주입구(80)를 통하여 반응성 및 불활성 가스를 단독 혹은 적당한비율로 혼합하여 챔버(10)의 내부로 주입시키고 동시에 전원공급수단(70)으로부터 양 전극(40, 50)에 중 주파수 대역(예컨대, 대략 10kHz∼100kHz 정도)의 교류전원을 인가하면 두 전극(40, 50) 사이에 플라즈마 방전이 발생된다.
상기와 같이 발생된 플라즈마 내에 있는 라디칼과 양이온과 전자 및 중성자들에 의해 물리적, 화학적 활성화 및 화학결합에 의해 그물망(60)에 놓여있는 시료(S)의 표면이 개질되며, 반응가스와 불활성 가스의 종류 및 그 혼합비, 양 전극(40, 50) 간 거리, 양 전극(40, 50) 사이에 시료(S)의 위치, 처리시간, 전력 등을 조절함으로써 원하는 특성을 가진 개질을 수행할 수 있다. 양 전극(40, 50) 사이에 시료(S)의 위치는 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 그물망 높이조절수단을 설치함으로써, 용이하게 조절될 수 있다.
이때, 시료(S)가 전극 위에 놓이지 않고 전극과 이격되어 있는 그물망(60)의 위에 놓이기 때문에, 시료(S)의 모든 표면이 균일하게 개질될 수 있다.
여기서, 본 발명은, 종래의 플라즈마 표면처리장치에서 사용되고 있는 마이크로파 및 고주파와는 달리 대략 10kHz에서 100kHz까지의 낮은 주파수 대역을 이용하므로, 시료(S)가 놓이는 그물망(60)을 전극(40, 50)으로부터 분리시키는 것이 가능하고, 두 전극(40, 50) 모두로 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.
참고적으로, 종래의 플라즈마 표면처리장치에서 사용되는 마이크로파와 고주파는 전극에 바이어스(bias)가 크게 걸리면서 전극에서 이온을 끌어당기는 힘이 강해 음전극은 필히 접지시켜야 하고 시료(S)를 음전극 위에 올려 놓아야하므로시료(S)를 전극으로부터 분리시키는 것이 불가능하다.
도 6에는 본 발명의 플라즈마 표면처리장치를 이용하여 시료를 표면처리한 표면형상에 대한 이미지를 도시하였으며, 도 6의 (a)는 플라즈마 표면처리 이전에 시료의 표면 형상이고, 도 6의 (b)는 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리를 한 후에 시료의 표면 형상이며, 이를 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 후 시료의 표면이 매우 균일하게 개질되었다.
다음에서는 본 발명의 플라즈마 표면처리장치에 대한 구체적인 적용예를 설명하며, 주로 사용되는 몇 종의 시료(S)에 대한 표면 처리 공정 과정에 대한 일예를 개시한다.
[공정예 1]
신발재료로 사용되는 TPU(Thermal plastic Poly Urethane)를 대략 40℃ 정도의 물로 세척하고, 대략 60℃ 정도의 건조기 속에서 건조시킨 후 본 발명의 플라즈마 표면처리장치에 장입한다.
구체적으로, 시료인 TPU를 챔버(10) 내에 있는 그물망(60)에 올려놓은 후 대략 100 [mTorr] 정도 이하의 진공도를 유지하면서 대략 80 [sccm] 정도의 산소를 주입하고 대략 500 [mTorr] 이하의 진공도를 유지한다.
대략 100 kHz 정도 이하의 중 주파수 대역에서 대략 275 [V] 이하의 교류전압으로 양 전극(40, 50)을 방전시켜 이온전류 밀도를 극대화시키며, 양 전극(40, 50) 간의 거리는 대략 180 [mm] 정도이하로 조절하며 시료인 TPU의 위치를 두 전극(40, 50) 또는 어느 한쪽 전극에서 대략 80 [mm] 정도 이하의 거리를 유지하면서 물리적 화학적 표면 개질을 설정시간(예컨대, 10분 정도)로 실시한 후 H2가스를 주입하여 대략 수 분 정도 시료 표면을 환원 분위기로 전환함으로써 대기 중에서의 산화반응 및 불순물 흡착을 최대한 억제시키고 표면 개질에 의해 개선된 친화성과 새로 생성된 작용기 들을 우레탄 계열 접착제 반응기와 화학 결합시키기 전까지 안정화시킨다.
다음, 표면 개질된 시료인 TPU에 폴리우레탄계의 접착제를 도포하여 접착한다. 상기 표면개질된 TPU 신발재질 상에 에나멜 페인트를 도포시에도 시료와 도포된 페인트와의 접착력이 향상된다.
[공정예 2]
신발창 재료로 성형된 PU(Poly Urethane) 시료의 경우에는 NH3대 Ar 가스의 조성비(sccm)을 대략 40 ∼ 80 : 60 ∼ 20 정도로 유지하여 물리 화학적 표면 개질을 실시하며, 양 전극(40, 50)에 가해지는 교류전원은 대략 20 ∼ 100 kHz 정도의 중 주파수 대역 및 대략 20 ∼ 275 [V] 정도의 전압범위를 사용하고 챔버(10)내를 대략 150 ∼ 450 [mTorr]의 진공도로 유지시키면서 설정시간(예컨대, 15분 정도) 플라즈마 표면처리를 수행한다.
설정시간이 경과되면 시료인 PU에 대해 Ar 가스로 가스 세척을 하고 다음 시료인 PU를 챔버(10)로부터 꺼내어 폴리 우레탄계 수용성 접착제를 도포하고 대략 65℃ 정도의 건조로에서 설정시간(예컨대, 7분 정도) 건조시킨 후 압착시킨다.
이때 ,압착 강도는 대략 25 [kgf/㎠이]에서 20초 정도간 실시하고, 대략 48시간 정도 지난 다음 접착시험기를 사용하여 접착력을 시험하는 것이 바람직하다.
[공정예 3]
울(Wool) 섬유는 대략 40℃ 정도이하의 건조로에서 설정시간(예컨대, 10분 정도) 건조 후 챔버(10) 내로 도입한다. 챔버(10) 내는 대략 250 [mTorr] 정도 이하의 진공도를 유지하면서 대략 70 : 30 정도의 혼합비로서 O2대 N2를 주입하고 대략 500 [mTorr] 이하의 진공도를 유지하면서 대략 100kHz 이하의 중 주파수 대역 및 대략 275 [V] 정도 이하의 전압범위 내에서 양 전극(40, 50)에 교류전원을 인가하여 이온전류 밀도를 극대화시킨다.
양 전극(40, 50)간의 거리는 대략 180 [mm] 정도 이하로 조절하고 시료인 울 섬유의 위치는 양 전극(40, 50) 중 어느 한쪽의 전극으로부터 대략 120 [mm] 이하의 거리를 유지하면서 물리적, 화학적 표면개질을 설정시간(예컨대, 5분 정도)이하로 실시한 후 H2가스를 주입하여 대략 수 분 정도 시료의 표면을 환원 분위기로 전환함으로써 대기 중에서의 산화반응 및 불순물 흡착을 최대한 억제시키고 표면 개질에 의해 개선된 친화성과 새로 생성된 작용기 들을 우레탄 계열 접착제 반응기와 화학 결합시키기 전까지 안정화시킨다.
그리고, 표면 개질된 시료인 울 섬유 상에 염색 전사지를 올려놓고 대략 200℃ 정도 이하의 열을 가해 염색을 실시한다.
[공정예 4]
또 다른 신발 재료로 사용되고 그 응용분야가 광범위한 고무(Rubber) 시료의경우에는 N2대 Ar 가스 조성비(sccm)를 대략 80% : 20% 정도로 유지하고, 양 전극(40, 50)에 가해지는 교류전원은 대략 20 ∼ 100 kHz 정도의 중 주파수 대역 및 대략 20 ∼ 275 [V] 정도의 전압범위를 사용하고 챔버(10)내를 대략 100 ∼ 250 [mTorr]의 진공도로 유지시키면서 설정시간(예컨대, 10분 정도) 플라즈마 표면처리를 수행한다.
상기 설정시간이 경과되면 Ar가스로 시료인 고무를 가스 세척한 다음 시료인 고무를 챔버(10)로부터 꺼내어 폴리 우레탄계 수용성 접착제를 도포하고 대략 65℃ 정도의 건조로에서 설정시간(예컨대, 5분30초 정도) 건조시킨 후 압착시킨다.
이때, 압착 강도는 대략 25 [kgf/㎠]로 대략 20초 정도 실시하고, 48시간 후 접착시험기를 사용하여 접착력을 시험하는 것일 바람직하다.
[공정예 5]
시료인 폴리에스터를 플라즈마 표면처리장치에 장입한다.
구체적으로, 시료인 폴리에스터를 챔버(10) 내에 있는 그물망(60)에 올려놓은 후 대략 100 [mTorr] 정도 이하의 진공도를 유지하면서 대략 100 [sccm] 정도의 산소를 주입하고 대략 500 [mTorr] 이하의 진공도를 유지한다.
대략 100 kHz 정도 이하의 중 주파수 대역에서 대략 275 [V] 이하의 교류전압으로 양 전극(40, 50)을 방전시켜 이온전류 밀도를 극대화시키며, 양 전극(40, 50) 간의 거리는 대략 180 [mm] 정도 이하로 조절하며 시료인 폴리에스터의 위치를 두 전극(40, 50) 또는 어느 한쪽 전극에서 대략 80 [mm] 정도 이하의 거리를 유지하면서 물리적 화학적 표면 개질을 설정시간(예컨대, 10분 정도)동안 실시한 후 수소(H2)가스를 주입하여 대략 수 분 정도 시료 표면을 환원 분위기로 전환함으로써 대기 중에서의 산화반응 및 불순물 흡착을 최대한 억제시키고 표면 개질에 의해 개선된 친화성과 새로 생성된 작용기 들을 우레탄 계열 접착제 반응기와 화학 결합시키기 전까지 안정화시킨다.
다음, 표면 개질된 시료인 폴리에스터에 폴리우레탄계의 접착제를 도포하여 접착한다.
상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 시료를 전극으로부터 분리하여 그물망에 올려놓고 플라즈마 표면처리를 수행함으로써, 시료의 모든 표면을 균일하게 개질시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 그물망과 각 전극과의 거리를 용이하게 조절할 수 있어, 시료 표면을 원하는 특성에 맞게 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 중주파수대역의 교류전원을 사용함으로 인해 임피던스의 매칭이 쉬워 복수개의 전극 쌍을 병렬로 연결하여 전원을 인가할 수 있으며, 이를통해 하나의 챔버 내에 다수개의 시료를 동시에 표면 처리할 수 있어, 장치의 제조 비용과 표면처리 비용을 절감할 수 있고 공정에 맞는 용도 변경을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 표면 처리장치에 있어서,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 설치된 한쌍의 전극과,
    상기 한쌍의 전극 사이에 소정거리만큼 이격되어 설치된 그물망과,
    상기 한쌍의 전극에 교류전원을 인가하는 전원공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 그물망은, 상기 한쌍의 전극 중 아래쪽에 위치한 전극의 상부에 설치된 절연성의 지지부재에 의해 지지되게 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 그물망은, 그 일측 종단에 상기 절연성 지지부재 위에 놓여져 상기 지지부재의 길이방향으로 이동되는 로울러가 힌지 결합되고 그 타측 종단에 축으로 연결된 한쌍의 링크부재가 힌지 결합되며, 상기 축은 상기 챔버의 내부에 설치된 지지대의 체결공에 관통 삽입되어 상기 지지대에 의해 지지됨과 동시에 일정 하중 내에서 그 회동이 구속되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원공급수단은 대략 10 khz∼100 kHz 정도의 중주파수 대역의 교류전원을 상기 전극의 쌍으로 인가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 하나의 챔버 내에 상기 전극의 쌍과 상기 그물망을 복수개로 배치하고 상기 전원공급수단으로부터 발생되는 교류전원을 복수개의 전극의 쌍을 극성별로 병렬로 연결하여 전원을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치.
  6. 제 3 항의 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 있어서,
    시료인 TPU(Thermal Plastic Poly Urethane)를 대략 40℃ 정도의 물로 세척하고 대략 60℃ 정도의 건조기 속에서 건조시킨 후 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과,
    상기 그물망의 높이를 조절하여 상기 시료인 TPU와 상기 한쌍의 전극 중 어느 한쪽 전극간의 거리를 대략 80 [mm] 이하의 거리로 유지시키는 스텝과,
    상기 챔버 내의 진공도를 대략 100 [mTorr] 이하로 유지하면서 대략 80 [sccm] 정도의 산소(O2)를 주입한 다음 상기 챔버 내의 진공도를 대략 500 [mTorr] 이하로 유지시키고 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 100 kHz 이하이며 전압이 대략 275 볼트 이하인 중주파수 대역의 교류전원을 설정시간동안 인가하는 표면처리스텝과,
    상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 수소(H2)가스를 다른 설정시간동안 주입하여 상기 TPU의 표면을 안정화시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 있어서,
    시료인 PU(Poly Urethane)를 상기 챔버내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과,
    상기 챔버 내로 암모니아(NH3) : 아르곤(Ar)가스의 조성비가 40∼80 : 60 ∼20 정도인 혼합 가스를 주입하고 챔버 내의 진공도를 대략 150∼450 [mTorr] 정도로 유지시키면서 설정시간동안 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 20∼100 kHz 정도이고 전압이 대략 20∼275 볼트 정도인 중주파수 대역의 교류전원을 인가하는 표면처리스텝과,
    상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 아르곤(Ar)가스를 주입하여 표면개질된 시료인 PU를 가스세척하는 스텝과,
    상기 가스 세척 후 PU를 상기 챔버로부터 꺼내어 폴리 우레탄계 수용성 접착제를 도포하고 대략 65℃ 정도의 건조로에서 다른 설정시간동안 건조시킨 후 모재에 압착시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법.
  8. 제 3 항의 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 있어서,
    시료인 울섬유를 대략 40℃ 이하의 건조기 속에서 건조시킨 후 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과,
    상기 그물망의 높이를 조절하여 상기 시료인 울섬유와 상기 한쌍의 전극 중 어느 한쪽 전극간의 거리를 대략 120 [mm] 이하의 거리로 유지시키는 스텝과,
    상기 챔버 내로 산소(O2) : 질소(N2)가스의 혼합비가 대략 70 : 30 정도인 혼합 가스를 주입하고 챔버 내의 진공도를 대략 500 [mTorr] 이하로 유지시키면서 설정시간동안 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 100 kHz 이하이고 전압이 대략 275 볼트 이하인 중주파수 대역의 교류전원을 인가하는 표면처리스텝과,
    상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 수소(H2)가스를 다른 설정시간동안 주입하여 시료인 울섬유의 표면을 안정화시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 있어서,
    시료인 고무를 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과,
    상기 챔버 내로 질소(N2) : 아르곤(Ar)가스의 조성비가 대략 80 : 20 정도인 혼합 가스를 주입하고 챔버 내의 진공도를 대략 100∼250 [mTorr] 정도로 유지시키면서 설정시간동안 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 20∼100 kHz 정도이고 전압이 대략 20∼275 볼트 정도인 중주파수 대역의 교류전원을 인가하는 표면처리스텝과,
    상기 표면처리스텝을 수행한 다음 상기 챔버 내로 아르곤(Ar)가스를 주입하여 표면개질된 시료인 고무를 가스세척하는 스텝과,
    상기 가스 세척 후 고무를 상기 챔버로부터 꺼내어 폴리 우레탄계 수용성 접착제를 도포하고 대략 65℃ 정도의 건조로에서 다른 설정시간동안 건조시킨 후 상기 모재에 압착시키는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법.
  10. 제 3 항의 플라즈마 표면 처리장치를 이용한 플라즈마 표면 처리방법에 있어서,
    시료인 폴리에스터를 상기 챔버 내로 삽입하여 상기 그물망에 올려놓는 스텝과,
    상기 그물망의 높이를 조절하여 상기 시료인 폴리에스터와 상기 한쌍의 전극 중 어느 한쪽 전극간의 거리를 대략 80 [mm] 이하의 거리로 유지시키는 스텝과,
    상기 챔버 내의 진공도를 대략 100 [mTorr] 이하로 유지하면서 대략 100 [sccm] 정도의 산소(O2)를 주입한 다음 대략 500 [mTorr] 이하의 진공도로 유지하고 상기 한쌍의 전극에 주파수가 대략 100 kHz 이하이고 대략 275 [V] 이하인 중주파수 대역의 교류전원을 설정시간동안 인가하는 표면처리스텝과,
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