RU2154363C2 - Sheet material, process of improvement of characteristics of surface of sheet material, process of generation of plasma of glow discharge and device to initiate plasma of glow discharge - Google Patents

Sheet material, process of improvement of characteristics of surface of sheet material, process of generation of plasma of glow discharge and device to initiate plasma of glow discharge Download PDF

Info

Publication number
RU2154363C2
RU2154363C2 RU95122129/06A RU95122129A RU2154363C2 RU 2154363 C2 RU2154363 C2 RU 2154363C2 RU 95122129/06 A RU95122129/06 A RU 95122129/06A RU 95122129 A RU95122129 A RU 95122129A RU 2154363 C2 RU2154363 C2 RU 2154363C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
plasma
frequency
glow discharge
sheet material
Prior art date
Application number
RU95122129/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95122129A (en
Inventor
Джон Риис Рот (US)
Джон Риис Рот
Питер Пинг-уй Тсай (US)
Питер Пинг-уй Тсай
Чаою Лиу (US)
Чаою Лиу
Лэрри С. Вэдсворт (US)
Лэрри С. Вэдсворт
Поль Д. Спенс (US)
Поль Д. Спенс
Мунир Ларусси (US)
Мунир Ларусси
Original Assignee
ДЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ТЕННЕССИ Рисеч Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/068,739 external-priority patent/US5456972A/en
Priority claimed from US08/145,786 external-priority patent/US5414324A/en
Priority claimed from US08/145,349 external-priority patent/US5403453A/en
Application filed by ДЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ТЕННЕССИ Рисеч Корпорейшн filed Critical ДЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ТЕННЕССИ Рисеч Корпорейшн
Publication of RU95122129A publication Critical patent/RU95122129A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2154363C2 publication Critical patent/RU2154363C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: machining of surface of sheet materials. SUBSTANCE: invention refers to organic and inorganic polymer sheet material, specifically, to film, woven or unwoven fiber and deals with method of improvement of characteristics of surface of such material, with process of generation of plasma of glow discharge for modification of surface properties of organic and inorganic polymer material and with device for initiation of plasma of glow discharge. In correspondence with invention sheet material produced by blast from melt is treated in the course of preset time interval under atmospheric pressure with plasma of glow discharge generated by high- frequency amplifier generating voltage of root-mean-square values from 1.0 to 5.0 kV on frequency from 1.0 to 100.0 kHz. Device to initiate plasma of glow discharge has pair of laminated electrically insulated electrodes supplied from high-frequency amplifier. Space between electrodes is filled with air, nitrogen oxide or inert gas. Electrodes are charged from network of impedance matching whose adjustment makes it possible to generate most stable, homogeneous glow discharge. EFFECT: improved wettability of polymer sheet materials produced by blast from melt without formation of by-products. 25 cl, 13 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к органическому и неорганическому полимерному листовому материалу, в частности, к пленке, тканому или нетканому волокну, способу улучшения характеристик поверхности такого материала, способу генерирования плазмы тлеющего разряда для модифицирования поверхностных свойств органических и неорганических полимерных материалов и к устройству для инициирования плазмы тлеющего разряда. The invention relates to an organic and inorganic polymer sheet material, in particular to a film, woven or non-woven fiber, a method for improving the surface characteristics of such a material, a method for generating glow discharge plasma for modifying the surface properties of organic and inorganic polymeric materials, and a device for initiating a glow discharge plasma .

Одним из многих вариантов использования полученных методом дутья из расплава полимерных листовых материалов является их применение в качестве сепараторных пластин батарей из жидкостных элементов. Само полимерное соединение является непроницаемым для электролита. Однако изготовленная методом дутья из расплава нетканая волокнистая структура, если ее поверхность достаточно хорошо смочена электролитом, является ионопроницаемой. К сожалению, большинство существующих полимеров таких, как полиамид, полипропилен, полиэтилен и поли(этилентерефталат) не обладают необходимой способностью к смачиванию. One of the many options for using melt blown polymer sheet materials is their use as separator plates of batteries from liquid cells. The polymer compound itself is impervious to electrolyte. However, the nonwoven fibrous structure made by the melt blasting method, if its surface is sufficiently wetted by the electrolyte, is ion permeable. Unfortunately, most existing polymers such as polyamide, polypropylene, polyethylene and poly (ethylene terephthalate) do not have the necessary ability to wet.

При использовании полученных методом дутья из расплава полимерных листовых материалов в качестве сепараторных пластин батарей их смачиваемость достигается в настоящее время химическим путем с помощью поверхностно-активных веществ. При этом образуются представляющие определенную опасность промышленные отходы, а сам получаемый продукт обладает ограниченным сроком службы. When using melt blown polymer sheet materials as separator plates of batteries, their wettability is currently achieved chemically using surfactants. At the same time, industrial waste representing a certain hazard is generated, and the product itself has a limited service life.

Смачиваемость является также желательным свойством для тканей и тканых материалов, используемых для вытирания или очистки тела, для хирургических губок, перевязочных средств, предметов женской гигиены и вязаных тканей многоразового пользования. Кроме того, смачиваемость является одним из важных свойств поверхности материалов, используемых для печатания и ламинирования. Wettability is also a desirable property for fabrics and woven materials used to wipe or clean the body, for surgical sponges, dressings, feminine hygiene products, and reusable knitted fabrics. In addition, wettability is one of the important surface properties of materials used for printing and laminating.

В SU 1039438 A описан листовой материал подобного рода, полученный дутьем из расплава и имеющий поверхность, обладающую улучшенной смачиваемостью и улучшенной способностью к повторному смачиванию. SU 1039438 A describes a sheet material of this kind obtained by melt blasting and having a surface having improved wettability and improved rewet ability.

В последнее время в этой области были достигнуты определенные успехи, связанные с обработкой полимерных листовых материалов плазмой тлеющего разряда. Обычно словом "плазма" называют частично ионизированный газ, состоящий из ионов, электронов и нейтральных частиц. Такое состояние материи может быть получено под воздействием либо очень высоких температур, либо сильного постоянного тока, либо электрических полей высокой частоты. Высокотемпературные или "горячие" плазмы представлены излучающими свет небесными телами, атомными взрывами и электрическими разрядами. Плазмы тлеющего разряда образуются свободными электронами, которые возбуждаются под действием постоянного тока или электрического поля высокой частоты и затем сталкиваются с нейтральными молекулами. При столкновении электронов с нейтральными молекулами происходит передача энергии молекулам и образование различных активных частиц, к которым относятся протоны, метастабильные частицы, отдельные атомы, свободные радикалы, молекулярные осколки, мономеры, электроны и ионы. Эти частицы являются химически активными и/или способны физически модифицировать поверхность, и с их помощью можно получать химические соединения с новыми поверхностными свойствами или соответствующим образом модифицировать свойства существующих соединений. Recently, certain successes have been achieved in this area related to the processing of polymer sheet materials by glow discharge plasma. Usually the word "plasma" refers to a partially ionized gas consisting of ions, electrons and neutral particles. This state of matter can be obtained under the influence of either very high temperatures, or a strong direct current, or electric fields of high frequency. High-temperature or “hot” plasmas are represented by light-emitting celestial bodies, atomic explosions, and electric discharges. Glow discharge plasmas are formed by free electrons, which are excited by a direct current or high frequency electric field and then collide with neutral molecules. When electrons collide with neutral molecules, energy is transferred to the molecules and the formation of various active particles, which include protons, metastable particles, individual atoms, free radicals, molecular fragments, monomers, electrons and ions. These particles are chemically active and / or are able to physically modify the surface, and with their help it is possible to obtain chemical compounds with new surface properties or modify the properties of existing compounds accordingly.

Слабомощные плазмы, известные как несветящиеся коронные разряды, широко используются для поверхностной обработки термочувствительных материалов таких, как бумага, вата и синтетические полимеры, такие, как полиэтилен, полипропилен, полиолефин, полиамид и поли(этилентерефталат). Из-за относительно небольшого энергосодержания плазмы коронного разряда могут изменять свойства поверхности материала без ее повреждения. Low-power plasmas, known as non-luminous corona discharges, are widely used for surface treatment of thermosensitive materials such as paper, cotton wool and synthetic polymers such as polyethylene, polypropylene, polyolefin, polyamide and poly (ethylene terephthalate). Due to the relatively low energy content of the corona discharge plasma, they can change the surface properties of the material without damaging it.

Плазмы тлеющего разряда представляют собой другой тип плазмы с относительно низкой удельной мощностью, используемой для неразрушающей модификации поверхности материала. С помощью таких плазм тлеющего разряда можно получить полезные количества видимого ультрафиолетового излучения. Дополнительным преимуществом плазм тлеющего разряда является, следовательно, возможность получения видимого и ультрафиолетового излучения одновременно в присутствии активных частиц. Однако до сих пор плазмы тлеющего разряда обычно генерировали в условиях низкого разрежения или частичного вакуума при давлениях ниже 10 торр, что обуславливало периодический характер процесса и требовало использования дорогостоящей системы вакуумирования. У некоторых образцов полимеров, обработанных при, низком давлении плазмами тлеющего разряда, было обнаружено улучшение характеристик, связанных с их поверхностной смачиваемостью. Однако химические и физические механизмы этого явления остаются до сих пор нераскрытыми и при этом после сушки смачиваемость поверхности у этих образцов уменьшается до начального уровня. Возможность повторного смачивания нереальна. Glow discharge plasmas are another type of plasma with a relatively low specific power used for non-destructive modification of the surface of a material. Using such glow discharge plasmas, useful amounts of visible ultraviolet radiation can be obtained. An additional advantage of glow discharge plasmas is, therefore, the possibility of obtaining visible and ultraviolet radiation simultaneously in the presence of active particles. However, until now, glow discharge plasmas were usually generated under conditions of low rarefaction or partial vacuum at pressures below 10 torr, which determined the periodic nature of the process and required the use of an expensive vacuum system. In some polymer samples processed at low pressure by glow discharge plasmas, an improvement was found in the characteristics associated with their surface wettability. However, the chemical and physical mechanisms of this phenomenon are still unsolved and, after drying, the wettability of the surface of these samples decreases to the initial level. The possibility of re-wetting is unrealistic.

Один из таких процессов для обработки поверхности листового полимерного материала раскрыт в GB 1128595 A, когда улучшение характеристик поверхности полимерного листового материала получают путем его обработки плазмой тлеющего разряда, создаваемого в объеме газа, расположенном между двумя разнесенными электродами, за счет генерирования однородной плазмы тлеющего разряда с находящимися между упомянутыми электродами активными частицами. One such process for treating the surface of a sheet of polymer material is disclosed in GB 1128595 A, when an improvement in the surface characteristics of a polymer sheet material is obtained by treating it with a glow discharge plasma generated in a gas volume located between two spaced electrodes by generating a uniform glow discharge plasma with active particles between said electrodes.

Генерирование плазм с низкой удельной мощностью при атмосферном давлении не является новым. Нитевидные разряды между параллельными пластинами в воздухе при атмосферном давлении используются в Европе начиная с конца 19-го века для получения озона в больших количествах с целью обработки воды, используемой в общественных целях. Такие нитевидные разряды, с успехом используемые для получения озона, не могут, однако, успешно использоваться для поверхностной обработки материалов, поскольку плазменные шнуры пробивают или неравномерно меняют свойства обрабатываемой поверхности. The generation of low power density plasmas at atmospheric pressure is not new. Filamentous discharges between parallel plates in air at atmospheric pressure have been used in Europe since the end of the 19th century for the production of ozone in large quantities for the treatment of water used for public purposes. Such filamentary discharges, successfully used to produce ozone, cannot, however, be successfully used for surface treatment of materials, since plasma cords pierce or unevenly change the properties of the surface being treated.

Задача настоящего изобретения, учитывая все вышесказанное, состоит в том, чтобы предложить не создающий побочных продуктов процесс повышения смачиваемости полученных дутьем из расплава полимерных листовых материалов и других видов полимерных субстратов. The objective of the present invention, taking into account all of the above, is to offer a process that does not create by-products to increase the wettability of melt blown polymer sheet materials and other types of polymer substrates.

Еще одной задачей изобретения является разработка процесса генерирования плазмы тлеющего разряда для обработки полимерного листового материала или пленки, позволяющего получить обладающий устойчивыми свойствами и способностью к повторному смачиванию продукт. Another objective of the invention is to develop a process for generating glow discharge plasma for processing a polymer sheet material or film, which allows to obtain a product having stable properties and the ability to rewet.

Еще одной задачей изобретения является разработка способа и аппаратуры для непрерывной обработки полимерного листового материала или пленки неограниченной длины плазмой тлеющего разряда при атмосферном давлении и нормальной температуре. Another objective of the invention is to develop a method and apparatus for the continuous processing of polymer sheet material or film of unlimited length by a glow discharge plasma at atmospheric pressure and normal temperature.

Задачей изобретения является также выбор вида и рабочих параметров плазмы тлеющего разряда для обработки материалов при давлениях около одной атмосферы или немного выше. The objective of the invention is also the selection of the type and operating parameters of the glow discharge plasma for processing materials at pressures of about one atmosphere or slightly higher.

Все эти задачи могут быть достигнуты при помощи предложенных ниже технических средств. All these tasks can be achieved using the technical equipment proposed below.

Листовой материал, изготовленный дутьем из расплава и имеющий поверхность, обладающую улучшенной смачиваемостью и улучшенной способностью к повторному смачиванию, получают согласно изобретению обработкой его в течение заданного промежутка времени при атмосферном давлении плазмой тлеющего разряда, генерируемой усилителем высокой частоты, выдающим напряжение со среднеквадратичным значением от 1 до 5 кВ при частоте от 1 до 100 кГц. The sheet material made by melt blasting and having a surface having improved wettability and improved ability to rewet, is obtained according to the invention by treating it for a predetermined period of time at atmospheric pressure with a glow discharge plasma generated by a high frequency amplifier emitting a voltage with a rms value of rms from 1 up to 5 kV at a frequency of 1 to 100 kHz.

В одном случае плазма инициируется в инертном газе. В другом случае газ представляет собой гелий, аргон, воздух или смесь из двух перечисленных газов. In one case, the plasma is initiated in an inert gas. In another case, the gas is helium, argon, air, or a mixture of these two gases.

В предпочтительном варианте выполнения листовой материал представляет собой полимерный материал, который является полипропиленом. In a preferred embodiment, the sheet material is a polymeric material that is polypropylene.

При этом обработка листового материала производится при частоте в пределах от 1 до 30 кГц. In this case, the processing of sheet material is carried out at a frequency in the range from 1 to 30 kHz.

Предложенный способ улучшения характеристик поверхности полимерного листового материала заключается в обработке листового материала плазмой тлеющего разряда, создаваемой в объеме газа, расположенном между двумя разнесенными электродами, за счет генерирования однородной плазмы тлеющего разряда с находящимися между упомянутыми электродами активными частицами. Согласно изобретению на эти электроды от усилителя высокой частоты подают напряжение со среднеквадратичным значением от 1 до 5 кВ при частоте 1 - 100 кГц, а размещение листового материала в зазоре между электродами внутри плазмы производят на определенное время в условиях перепада давлений, под действием которого через листовой материал проходят активные частицы. The proposed method for improving the surface characteristics of a polymer sheet material consists in treating the sheet material with a glow discharge plasma generated in a gas volume located between two spaced electrodes by generating a uniform glow discharge plasma with active particles located between said electrodes. According to the invention, a voltage with a rms value of 1 to 5 kV at a frequency of 1 to 100 kHz is applied to these electrodes from a high-frequency amplifier, and the sheet material is placed in the gap between the electrodes inside the plasma for a certain time under pressure differential conditions, through which the sheet material pass active particles.

При осуществлении способа используют инертный газ (гелий, аргон) или воздух, или смесь из двух перечисленных газов. When implementing the method, an inert gas (helium, argon) or air, or a mixture of the two listed gases, is used.

Полученный по предложенному способу листовой материал представляет собой изготовленный дутьем из расплава полимерный листовой материал. Obtained by the proposed method, the sheet material is a melt blown polymer sheet material.

Способ согласно изобретению ведут при частоте в диапазоне от 1 до 30 кГц. The method according to the invention is carried out at a frequency in the range from 1 to 30 kHz.

В процессе способа по изобретению используют листовой материал неограниченной длины и протягивают его между электродами с постоянной скоростью, подвергая в течение заданного времени обработке плазмой. In the process of the invention, a sheet material of unlimited length is used and stretched between the electrodes at a constant speed, subjecting it to plasma treatment for a predetermined time.

Предлагается также способ генерирования плазмы тлеющего разряда в объеме между двумя электродами, питаемыми от усилителя высокой частоты с цепью согласования импедансов. Согласно изобретению на электроды подают от усилителя напряжение со среднеквадратичным значением от 1 до 5 кВ при частоте от 1 до 100 кГц и производят заполнение при давлении в 1 атмосферу объема между электродами газом, в котором может инициироваться плазма тлеющего разряда, при этом в объеме между электродами инициируется и поддерживается однородная плазма тлеющего разряда при давлении в 1 атмосферу за счет создания высокочастотного электрического поля такой частоты, которая является, с одной стороны, достаточно большой для удержания положительных ионов плазмы между электродами, а с другой стороны, недостаточной для того, чтобы в течение полупериода высокочастотного напряжения электроны плазмы также удерживались между электродами. A method for generating a glow discharge plasma in a volume between two electrodes supplied from a high-frequency amplifier with an impedance matching circuit is also proposed. According to the invention, voltage with a rms value from 1 to 5 kV at a frequency of from 1 to 100 kHz is applied to the electrodes from the amplifier and the volume between the electrodes is filled with gas at a pressure of 1 atmosphere, in which a glow discharge plasma can be initiated, while in the volume between the electrodes a homogeneous glow discharge plasma is initiated and maintained at a pressure of 1 atmosphere by creating a high-frequency electric field of such a frequency that, on the one hand, is large enough to hold the field of viable plasma ions between the electrodes, and, on the other hand, is insufficient to ensure that plasma electrons are also kept between the electrodes during the half-cycle of high-frequency voltage.

В предпочтительной форме реализации способа электроды располагают внутри газонепроницаемого кожуха, внутрь которого непрерывно подается определенное количество газа упомянутого выше состава, причем расстояние между электродами составляет 5 см или меньше и по крайней мере положение одного из электродов регулируется относительно положения другого. In a preferred embodiment of the method, the electrodes are placed inside a gas-tight casing, into which a certain amount of gas of the above composition is continuously supplied, the distance between the electrodes being 5 cm or less, and at least the position of one of the electrodes is adjusted relative to the position of the other.

Предпочтительно также, чтобы усилитель частоты работал в диапазоне от 1 до 100 кГц при среднеквадратичном значении напряжения от 1 до 5 кВ. It is also preferable that the frequency amplifier operates in the range from 1 to 100 kHz with a rms voltage value from 1 to 5 kV.

Способ реализуется с помощью устройства для инициирования плазмы тлеющего разряда, содержащего пару электрически изолированных электродов, питаемых от усилителя высокой частоты с цепью согласования импедансов. The method is implemented using a device for initiating a glow discharge plasma containing a pair of electrically isolated electrodes powered by a high-frequency amplifier with an impedance matching circuit.

Согласно изобретению этим устройством генерируется напряжение со среднеквадратичным значением от 1 до 5 кВ при частоте от 1 до 100 кГц, причем электроды, которым придана форма пластин, располагают параллельно и крепят эквидистантно друг напротив друга таким образом, что между ними образуется объем, который при давлении в 1 атмосферу заполняется газом, в котором может инициироваться плазма тлеющего разряда, при этом предусмотрено устройство для инициирования и поддержания однородной плазмы тлеющего разряда при давлении в 1 атмосферу путем создания высокочастотного электрического поля такой частоты, которая оказывается, с одной стороны, достаточно большой для удержания положительных ионов плазмы между электродами, а с другой стороны, недостаточной для того, чтобы в течение полупериода высокочастотного напряжения электроны плазмы также удерживались между электродами. According to the invention, this device generates a voltage with a rms value from 1 to 5 kV at a frequency of from 1 to 100 kHz, the electrodes to which the plates are shaped are arranged in parallel and fastened equidistantly opposite each other so that a volume is formed between them, which at pressure into 1 atmosphere is filled with gas, in which a glow discharge plasma can be initiated, while a device is provided for initiating and maintaining a uniform glow discharge plasma at a pressure of 1 atmosphere by The creation of a high-frequency electric field of such a frequency, which is, on the one hand, large enough to hold positive plasma ions between the electrodes, and on the other hand, insufficient to ensure that plasma electrons are also held between the electrodes during the half-cycle of the high-frequency voltage.

Предусмотренное устройство для зарядки газом объема между упомянутыми пластинами содержит защитный кожух, внутри которого располагаются отделенные друг от друга объемом пластины. The provided device for charging gas with the volume between the said plates contains a protective casing, inside of which are located the plates separated from each other by the volume.

Предложенное для реализации способа устройство также включает устройство для подачи газа, за счет непрерывной подачи которого давление внутри кожуха поддерживается на уровне одной атмосферы. The device proposed for implementing the method also includes a gas supply device, due to the continuous supply of which the pressure inside the casing is maintained at the level of one atmosphere.

В устройстве используется газ также вышеуказанного состава. The device also uses gas of the above composition.

Для повышения эффективности работы устройства электродные пластины имеют жидкостное охлаждение, при этом трубки системы охлаждения крепятся к пластинам для отбора от них тепла. To increase the efficiency of the device, the electrode plates are liquid-cooled, while the tubes of the cooling system are attached to the plates to remove heat from them.

В результате предложенных технических средств удалось создать улучшенный листовой материал, который представляет собой предпочтительно полученный дутьем из расплава полимерный листовой материал, поверхность которого прошла обработку при постоянном атмосферном давлении плазмой тлеющего разряда. Перечисленные выше и другие цели изобретения, как уже отмечалось, реализуются в основном с помощью устройства на базе пары электрически изолированных металлических пластинчатых электродов, между которыми при желании можно разместить промежуточную пластину или сетку. As a result of the proposed technical means, it was possible to create an improved sheet material, which is preferably a polymer sheet material obtained by blowing from a melt, the surface of which was processed at constant atmospheric pressure by a glow discharge plasma. The above and other objectives of the invention, as already noted, are realized mainly with the help of a device based on a pair of electrically isolated metal plate electrodes, between which, if desired, an intermediate plate or grid can be placed.

Для расширения диапазона рабочих частот и других параметров, обеспечивающих получение однородного (в противоположность нитевидному) тлеющего разряда, в устройство для зарядки электродов добавлена согласующая импедансная цепь. Параметры этой согласующей цепи регулируются для получения наиболее устойчивого однородного тлеющего разряда. Такие условия достигаются при минимальной реактивной мощности плазменного реактора. To expand the range of operating frequencies and other parameters providing a homogeneous (as opposed to filamentary) glow discharge, a matching impedance circuit is added to the device for charging electrodes. The parameters of this matching circuit are adjusted to obtain the most stable homogeneous glow discharge. Such conditions are achieved with a minimum reactive power of the plasma reactor.

Высокочастотный усилитель мощности, соединенный с обоими электродами, вырабатывает по крайней мере 180 Вт реактивной мощности и мощности плазмы при среднеквадратичных значениях (скз) рабочего напряжения от 1 до 5 кВ (скз) и частоте от 1 до 100 кГц. A high-frequency power amplifier connected to both electrodes produces at least 180 watts of reactive power and plasma power at rms (rms) operating voltage from 1 to 5 kV (rms) and a frequency of 1 to 100 kHz.

Для инициирования плазмы используется стандартная электромагнитная катушка Tesla, с помощью которой в зазоре между возбуждаемыми током высокой частоты пластинчатыми электродами генерируется электрический разряд. Электрическое поле, создаваемое между металлическими пластинчатыми электродами, должно быть достаточно мощным для того, чтобы обеспечить пробой находящегося в зазоре между электродами газа, причем если вместо обычного воздуха этот зазор заполнить гелием или аргоном, то мощность электрического поля может быть значительно снижена. Частота тока должна быть выбрана соответствующим образом, как описано подробнее ниже, поскольку при слишком низкой частоте не происходит инициирования разряда, а при слишком высокой частоте между пластинами образуются плазменные нитевидные разряды. Только при частотах, лежащих в сравнительно узком диапазоне, в зазоре между электродами при атмосферном давлении будет обеспечен режим однородной плазмы без нитевидных разрядов. To initiate the plasma, a standard Tesla electromagnetic coil is used, with which an electric discharge is generated in the gap between the high-frequency current excited by the plate electrodes. The electric field created between the metal plate electrodes must be powerful enough to ensure the breakdown of the gas located in the gap between the electrodes, and if instead of ordinary air this gap is filled with helium or argon, then the electric field power can be significantly reduced. The frequency of the current must be selected accordingly, as described in more detail below, since a discharge is not initiated at a too low frequency, and plasma filamentary discharges form between the plates at a too high frequency. Only at frequencies lying in a relatively narrow range, a uniform plasma mode without filament discharges will be ensured in the gap between the electrodes at atmospheric pressure.

Инициирование и последующее поддержание плазмы в заполненном атмосферным воздухом, гелием или аргоном объеме между пластинчатыми электродами позволяет обрабатывать материал типа полимерной пленки или листа для придания его поверхности требуемых характеристик, таких как смачиваемость и способность к повторному смачиванию. The initiation and subsequent maintenance of the plasma in the volume filled with atmospheric air, helium or argon between the plate electrodes allows the processing of a material such as a polymer film or sheet to give its surface the required characteristics, such as wettability and the ability to rewet.

Изобретение далее поясняется описанием примеров выполнения со ссылкой на чертежи, на которых одни и те же элементы имеют одинаковые обозначения и на которых изображены:
на фиг. 1 - схема предлагаемого в изобретении устройства;
на фиг. 2 - электрическая схема зарядного устройства с согласующей импедансной цепью для питания устройства, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 3, 4 и 5 - различные варианты электрических схем выходной цепи зарядного устройства для устройства, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 6 - схема другого варианта предлагаемого в изобретении устройства;
на фиг. 7 - схематичное изображение верхней камеры атмосферного реактора плазмы тлеющего разряда с промежуточной сетчатой пластиной;
на фиг. 8A-B - графики переменного напряжения, тока и мощности для однородной плазмы тлеющего разряда;
на фиг. 9A-B - графики переменного напряжения тока и мощности для плазмы с нитевидным разрядом;
на фиг. 10 - график в логарифмической шкале зависимости удельной суммарной мощности и мощности плазмы в милливаттах на кубический сантиметр (мВт/см3) от среднеквадратичного значения напряжения на электродах;
на фиг. 11 - график с логарифмическим масштабом на обеих осях зависимости удельной суммарной мощности и мощности плазмы (мВт/см3) от частоты;
на фиг. 12 - график зависимости угла сдвига по фазе между током пробоя и напряжением от частоты усилителя, соответствующий конкретному примеру выполнения изобретения;
на фиг. 13 - график зависимости потребляемой мощности от частоты усилителя, иллюстрирующий конкретный пример выполнения изобретения.
The invention is further illustrated by the description of examples with reference to the drawings, in which the same elements have the same designations and which depict:
in FIG. 1 is a diagram of a device according to the invention;
in FIG. 2 is a circuit diagram of a charger with matching impedance circuit for powering the device of FIG. 1;
in FIG. 3, 4 and 5 are various variants of electrical circuits of the output circuit of the charger for the device shown in FIG. 1;
in FIG. 6 is a diagram of another embodiment of the device of the invention;
in FIG. 7 is a schematic representation of the upper chamber of an atmospheric glow plasma reactor with an intermediate mesh plate;
in FIG. 8A-B are graphs of alternating voltage, current, and power for a uniform glow discharge plasma;
in FIG. 9A-B are plots of alternating voltage and power for a filamentous plasma;
in FIG. 10 is a graph in a logarithmic scale of the dependence of the specific total power and plasma power in milliwatts per cubic centimeter (mW / cm 3 ) on the rms value of the voltage across the electrodes;
in FIG. 11 is a graph with a logarithmic scale on both axes of the dependence of the specific total power and plasma power (mW / cm 3 ) on frequency;
in FIG. 12 is a graph of the phase angle between the breakdown current and voltage versus amplifier frequency, corresponding to a specific embodiment of the invention;
in FIG. 13 is a graph of power consumption versus amplifier frequency illustrating a specific embodiment of the invention.

В показанном схематично на фиг. 1 устройстве электроды 10 изготовлены в виде медных квадратных пластин с размерами 21,6 х 21,6 см. К пластинам электродов 10 серебром припаяны закрытые петли 11, изготовленные из медной трубки диаметром 0,95 см, на противоположных краях которых расположены резьбовые ниппели 12 и 13. Края пластин электродов выполнены скругленными с радиусом кривизны, равным расстоянию от электрода до промежуточной пластины, что исключает возможность электрического пробоя межэлектродного пространства на краях электродов. Не показанная на фиг. 1 система охлаждения прокачивает охлаждающую жидкость по трубчатой петле 11 через подводящий и отводящий ниппели 12 и 13. In the schematic shown in FIG. 1 device, the electrodes 10 are made in the form of copper square plates with dimensions of 21.6 x 21.6 cm. Closed loops 11 are made of silver to the plates of the electrodes 10, made of a copper tube with a diameter of 0.95 cm, on the opposite edges of which are threaded nipples 12 and 13. The edges of the electrode plates are rounded with a radius of curvature equal to the distance from the electrode to the intermediate plate, which eliminates the possibility of electrical breakdown of the interelectrode space at the edges of the electrodes. Not shown in FIG. 1, a cooling system pumps coolant through a tubular loop 11 through inlet and outlet nipples 12 and 13.

Пластины электродов 10 и трубчатые петли 11, припаянные друг к другу, покрыты со всех сторон обладающим высокой диэлектрической прочностью изоляционным материалом 14, исключающим возможность возникновения электрической дуги на краях и на тыльных сторонах пластинчатых электродов. The plate of the electrodes 10 and the tubular loops 11, soldered to each other, are coated on all sides with a high dielectric strength insulating material 14, eliminating the possibility of an electric arc at the edges and on the back sides of the plate electrodes.

Предпочтительно в рассматриваемой конструкции предусмотреть механизм для регулирования расстояния между пластинами электродов 10, которое должно составлять приблизительно до 5 см при параллельном расположении пластин. Такой механизм показан схематично на фиг. 1 и выполнен в виде регулирующих штоков 15, соединенных с пластинами электродов 10. Такая конструкция обеспечивает возможность размещения между пластинами электродов 10 неподвижной промежуточной пластины 30. It is preferable in the structure under consideration to provide a mechanism for regulating the distance between the plates of the electrodes 10, which should be up to approximately 5 cm with a parallel arrangement of the plates. Such a mechanism is shown schematically in FIG. 1 and is made in the form of control rods 15 connected to the plates of the electrodes 10. This design makes it possible to place a fixed intermediate plate 30 between the plates of the electrodes 10.

Обычно под параллельностью понимается взаимное положение параллельных плоскостей, однако этот же термин можно использовать для характеристики взаимного положения не плоских, а эквидистантных поверхностей. Этим же термином можно охарактеризовать и взаимное положение цилиндров с параллельными осями, а также взаимное положение цилиндра и плоскости. Usually, parallelism is understood as the relative position of parallel planes, but the same term can be used to characterize the relative position of not plane, but equidistant surfaces. The same term can be used to describe the relative position of cylinders with parallel axes, as well as the relative position of the cylinder and the plane.

Для подачи напряжения на пластинчатые электроды 10 используется низкоимпедансный высоковольтный высокочастотный усилитель 20 мощности с независимым регулированием напряжения и частоты в пределах от 1 до 5 кВ и от 1 до 100 кГц. Между высокочастотным усилителем 20 и пластинами электродов 10 включена согласующая импедансная цепь 31, показанная на фиг. 2 и подробно описанная ниже. To supply voltage to the plate electrodes 10, a low-impedance high-voltage high-frequency power amplifier 20 is used with independent regulation of voltage and frequency in the range from 1 to 5 kV and from 1 to 100 kHz. Between the high-frequency amplifier 20 and the electrode plates 10, a matching impedance circuit 31 shown in FIG. 2 and described in detail below.

Пластинчатые электроды расположены внутри изолирующего кожуха 21, который обеспечивает возможность создания и контроля определенной атмосферы газа в плоском объеме между пластинами электродов 10. Внутрь изолирующего кожуха через подводящий патрубок 22 подается соответствующий газ, в качестве которого можно использовать воздух, гелий или аргон, смесь гелия или аргона с кислородом или воздухом или смесь гелия с аргоном. В любом случае давление внутри изолирующего кожуха 21 равно по существу атмосферному давлению, что исключает или уменьшает необходимость применения специальных уплотнений для герметизации кожуха. Обычно через патрубок 22 внутрь кожуха под атмосферным давлением подается такое количество соответствующего газа, которое компенсирует возможные его утечки из кожуха. Поскольку давление внутри кожуха 21 равно наружному давлению, то и утечки газа из кожуха, обусловленные перепадом давлений, оказываются весьма незначительными. Вентиляционная труба 28 с регулирующим запорным клапаном 29 используется для продувки кожуха при запуске устройства. При нормальной работе клапан 29 может находиться в закрытом положении. Lamellar electrodes are located inside the insulating casing 21, which makes it possible to create and control a certain gas atmosphere in a flat volume between the plates of the electrodes 10. Inside the insulating casing, a corresponding gas is supplied through the inlet pipe 22, which can be used as air, helium or argon, a mixture of helium or argon with oxygen or air; or a mixture of helium with argon. In any case, the pressure inside the insulating casing 21 is essentially atmospheric pressure, which eliminates or reduces the need for special seals to seal the casing. Typically, through a pipe 22, an amount of the corresponding gas is supplied into the casing under atmospheric pressure to compensate for its possible leakage from the casing. Since the pressure inside the casing 21 is equal to the external pressure, gas leaks from the casing due to the pressure drop are very small. The ventilation pipe 28 with a control shut-off valve 29 is used to purge the casing when starting the device. During normal operation, the valve 29 may be in the closed position.

В изолирующем кожухе 21 имеются узкие окна 23, предназначенные для пропускания между пластинчатыми электродами 10 листового материала W, который сматывается с барабана 24 и наматывается на барабан 25. Барабаны 24 и 25 имеют регулируемый привод, с помощью которого регулируется в зависимости от свойств обрабатываемого листового материала скорость его движения и продолжительность процесса плазменной обработки в зазоре между электродами. In the insulating casing 21 there are narrow windows 23 for passing sheet material W between the plate electrodes 10, which is wound from the drum 24 and wound onto the drum 25. The drums 24 and 25 have an adjustable drive, with which it is regulated depending on the properties of the processed sheet material the speed of its movement and the duration of the plasma treatment process in the gap between the electrodes.

Для расширения диапазона рабочих частот и других параметров, обеспечивающих получение однородного (не нитевидного) тлеющего разряда, к источнику питания для зарядки электродов 10 подключена согласующая импедансная цепь, один из вариантов которой схематично показан на фиг. 2. Параметры этой цепи регулируются таким образом, чтобы тлеющий разряд между электродами носил наиболее устойчивый однородный характер. Такой режим обеспечивается при минимальном значении реактивной мощности плазменного реактора. In order to expand the operating frequency range and other parameters providing a homogeneous (not filamentary) glow discharge, a matching impedance circuit is connected to the power supply for charging the electrodes 10, one of the variants of which is shown schematically in FIG. 2. The parameters of this circuit are regulated so that the glow discharge between the electrodes is of the most stable homogeneous character. This mode is ensured with a minimum value of the reactive power of the plasma reactor.

На фиг. 3-5 показаны другие обладающие определенными преимуществами варианты схемы усилителя 20 мощности. На фиг. 3 показана схема, в которой нижняя клемма Т1 электрода заземлена, а на верхнюю клемму Т2 подается полное рабочее напряжение. На фиг. 4 и 5 показаны электрически эквивалентные схемы, в которых на клеммы Т1 и Т2 подается половинное напряжение со смещением по фазе на 180o. В схеме, показанной на фиг. 4, заземлена центральная точка обмотки трансформатора, а на фиг. 5 показана полупроводниковая силовая цепь.In FIG. 3-5 illustrate other advantageous designs of a power amplifier 20. In FIG. 3 shows a circuit in which the lower terminal T 1 of the electrode is grounded and the full operating voltage is applied to the upper terminal T 2 . In FIG. 4 and 5 show electrically equivalent circuits in which half voltage with a phase offset of 180 ° is applied to terminals T 1 and T 2 . In the circuit shown in FIG. 4, the center point of the transformer winding is grounded, and in FIG. 5 shows a semiconductor power circuit.

На фиг. 6 показана схема устройства с двумя различными вариантами устройства для непрерывной прокачки через листовой материал содержащего активные частицы плазменного газа. Для этого можно использовать либо устройство 35 сильфонного типа с приводом от совершающего возвратно-поступательные перемещения штока 33 или поршневой механизм возвратно-поступательного действия, состоящий из поршня 36 и штока 32. Изменение объема верхней камеры сопровождается периодическими изменениями перепада давлений на листовом материале W и соответствующим протеканием через него плазменного газа. В альтернативном варианте полость за поршнем 36 соединяется с нижней камерой кожуха магистралью 34, которая показана пунктирными линиями на фиг. 6. In FIG. 6 shows a diagram of a device with two different versions of a device for continuously pumping plasma gas containing active particles through a sheet material. To do this, you can use either a bellows-type device 35 driven by a reciprocating rod 33 or a reciprocating piston mechanism consisting of a piston 36 and a rod 32. A change in the volume of the upper chamber is accompanied by periodic changes in the pressure drop across the sheet material W and the corresponding the flow of plasma gas through it. Alternatively, the cavity behind the piston 36 is connected to the lower chamber of the casing by a line 34, which is shown by dashed lines in FIG. 6.

В показанном на фиг. 6 варианте предлагаемого устройства имеется заземленная сетка 30, на которую опирается перемещающийся внутри кожуха от одного узкого окна 23 к другому листовой материал W. Такая сетка способствует ослаблению электрического заряда, накапливающегося на обрабатываемом материале, и образует несущую опорную конструкцию типа мембраны для движущегося листового материала, находящейся под действием перепада давления между верхней камерой, в которую газ поступает, и нижней камерой, из которой газ отводится. Под действием такого перепада давлений происходит внутреннее насыщение листового материала W газом, в котором содержатся образующиеся в плазме активные частицы. As shown in FIG. In the 6th embodiment of the proposed device, there is a grounded mesh 30 on which the sheet material W is moved moving inside the casing from one narrow window 23 to another. Such a grid helps to weaken the electric charge accumulating on the processed material and forms a supporting support structure such as a membrane for moving sheet material, under the action of a pressure differential between the upper chamber into which the gas enters and the lower chamber from which the gas is discharged. Under the influence of such a pressure differential, the sheet material W is internally saturated with gas, which contains active particles formed in the plasma.

Электрические поля в реакторе однородной плазмы тлеющего разряда при атмосферном давлении имеют низкую напряженность (порядка нескольких киловольт на сантиметр), и если говорить о постоянном токе, то для электрического пробоя находящегося в реакторе газа требуется сравнительно небольшая напряженность электрического поля. Такие газы, как гелий и воздух, пробиваются под действием таких слабых электрических полей, однако если все положительные ионы остаются в зазоре между двумя параллельными или равноотстоящими друг от друга электродами, что существенно увеличивает длительность их существования в плазме, то электроны могут свободно проходить к изолированным пластинчатым электродам, рекомбинируя или создавая на них поверхностный заряд. Наиболее предпочтительная однородная атмосферная плазма тлеющего разряда образуется, следовательно, при определенной частоте высокочастотного электрического поля, с одной стороны, достаточно высокой для улавливания ионов между промежуточной сеткой и пластинчатым электродом, а с другой стороны, недостаточно большой для улавливания в этой зоне электронов в течение полупериода высокочастотного напряжения. Электроны могут улавливаться под действием биполярных электростатических сил. Electric fields in a homogeneous glow-discharge plasma reactor at atmospheric pressure have a low intensity (of the order of several kilovolts per centimeter), and if we talk about direct current, then a relatively small electric field is required for electric breakdown of the gas in the reactor. Gases such as helium and air penetrate under the influence of such weak electric fields, however, if all positive ions remain in the gap between two parallel or equally spaced electrodes, which significantly increases the duration of their existence in the plasma, then the electrons can freely pass to the isolated plate electrodes by recombining or creating a surface charge on them. The most preferable homogeneous atmospheric glow discharge plasma is formed, therefore, at a certain frequency of a high-frequency electric field, on the one hand high enough for trapping ions between the intermediate grid and the plate electrode, and on the other hand, not large enough for trapping electrons in this zone for half a period high frequency voltage. Electrons can be captured by bipolar electrostatic forces.

Если частота тока будет настолько низкой, что и ионы, и электроны смогут достичь границ воздушного промежутка и рекомбинировать на них поверхностный заряд, то длительность их существования в газе будет столь непродолжительной, что плазма либо вообще не инициируется, либо инициируется в виде отдельных нитевидных разрядов между пластинами электродов. Частота электрического поля должна лежать в достаточно узком диапазоне частот, обеспечивающем колебательный характер движения ионов между промежуточной сеткой и пластинчатым электродом, с тем чтобы в течение полупериода колебаний ионы не успели достичь ни одной из границ воздушного промежутка и могли существовать в течение достаточно длительного промежутка времени. Для образования однородной плазмы необходимо, чтобы более подвижные электроны могли покидать занимаемое плазмой пространство и достигать с ударом его границ. Если частота будет настолько большой, что и электроны, и ионы будут удерживаться в зазоре между электродами, то в результате разряда будет генерироваться нитевидная плазма. If the current frequency is so low that both ions and electrons can reach the boundaries of the air gap and recombine a surface charge on them, then the duration of their existence in the gas will be so short that the plasma either does not initiate at all or is initiated as separate filamentary discharges between electrode plates. The frequency of the electric field should lie in a fairly narrow frequency range, ensuring the oscillatory nature of the movement of ions between the intermediate grid and the plate electrode, so that during the half-period of the oscillations the ions do not have time to reach any of the boundaries of the air gap and can exist for a sufficiently long period of time. For the formation of a homogeneous plasma, it is necessary that more mobile electrons can leave the space occupied by the plasma and reach its boundaries with impact. If the frequency is so high that both electrons and ions are held in the gap between the electrodes, then a filamentary plasma will be generated as a result of the discharge.

Не ограничиваясь рамками какой-либо конкретной теории, авторами была установлена определенная зависимость между расстоянием между электродами и среднеквадратичным значением напряжения на электродах и его частотой, обеспечивающая удержание в зазоре между двумя электродами ионов, но не электронов, и получение при атмосферном давлении однородной плазмы тлеющего разряда. На фиг. 7 схематично показана верхняя камера реактора атмосферной плазмы тлеющего разряда. Нижней границей этой зоны служит промежуточная несущая сетка, плавающий потенциал которой должен соответствовать условиям ее заземления при подаче на электроды напряжения высокой частоты по двухтактной схеме с заземлением центрального ответвления. В рассматриваемом варианте промежуточная сетка соединена с "землей" через индуктивный дроссель. В показанной на фиг. 7 схеме принята прямоугольная система координат с направлением электрического поля по оси x. Максимальная амплитуда электрического поля в зазоре между промежуточной сеткой и верхним электродом равна E0, а расстояние между сеткой и электродами равно d. Показанная на фиг. 7 промежуточная сетка не пропускает ионы через среднюю плоскость из верхней камеры реактора в нижнюю и наоборот.Not limited to the framework of any particular theory, the authors established a definite relationship between the distance between the electrodes and the rms value of the voltage across the electrodes and its frequency, which ensures that ions, but not electrons, are kept in the gap between the two electrodes and a homogeneous glow discharge plasma is obtained at atmospheric pressure . In FIG. 7 schematically shows the upper chamber of an atmospheric glow plasma reactor. The lower boundary of this zone is an intermediate carrier grid, the floating potential of which must correspond to the conditions of its grounding when high frequency voltage is applied to the electrodes in a push-pull circuit with grounding of the central branch. In this embodiment, the intermediate grid is connected to ground through an inductive choke. In the embodiment shown in FIG. 7, a rectangular coordinate system with the direction of the electric field along the x axis is adopted. The maximum amplitude of the electric field in the gap between the intermediate grid and the upper electrode is E 0 , and the distance between the grid and electrodes is d. Shown in FIG. 7, the intermediate grid does not pass ions through the middle plane from the upper chamber of the reactor to the lower one and vice versa.

Электрическое поле, создающееся между электродами, показанными на фиг. 7, описывается уравнением
E = (E0•sinωt,0,0) (1)
Предполагают, что атмосферный тлеющий разряд происходит в магнитном поле свободной плазмы. Уравнение движения ионов или электронов между двумя пластинами определяется моделью Лоренца, согласно которой электроны и ионы соударяются только с нейтральным фоновым газом, и при каждом соударении отдают всю энергию, полученную от электрического поля высокой частоты с момента последнего столкновения с нейтральным газом. В модели Лоренца уравнение движения ионов или электронов имеет следующий вид:
F=ma=-mvcv-eE, (2)
где первый член правой части характеризует столкновение по Лоренцу, согласно которому при каждом столкновении, происходящем с частотой vc, теряется момент количества движения mv. Координата x на фиг. 7 определяется уравнением

Figure 00000002

полученным из уравнения (2) заменой E на выражение формулы (1). Общее решение уравнения (3) имеет вид
x = C1sinωt = C2cosωt (4)
где постоянные C1 и C2 равны
Figure 00000003

и
Figure 00000004

Тлеющий разряд гелия при атмосферном давлении происходит с частотой ω/2π от 1 до 30 кГц и при этом для гелия при атмосферном давлении
vci≈6,8•109 [столкновений ионов в секунду](7a)
и
vce≈1,8•1010[столкновений электронов в секунду](7б)
Частота столкновений ионов и электронов, определяемая выражениями (7а) и (7б), намного больше частоты поля, т.е. vc ≫ ω. Соотношение vc ≫ ω для ионов и электронов означает, что постоянная C2 намного больше постоянной C1 или
Figure 00000005

Зависящее от времени положение иона и электрона в электрическом поле между пластинами электродов можно определить путем подстановки выражения (8) в уравнение (4)
Figure 00000006

Среднеквадратичное значение (скз) перемещения иона или электрона в течение полупериода равно
Figure 00000007

Если V0 является частотой возбуждения в Гц, то угловая частота определяется выражением
ω = 2πV0, (11)
а максимальное электрическое поле между пластинами электродов может быть аппроксимировано максимальным напряжением V0 между ними
Figure 00000008

Если рассматриваемый заряд проходит, пересекая зону разряда, от средней плоскости к одному из пластинчатых электродов в течение полного периода, то можно записать
Figure 00000009

Из выражения (13) следует, что для нарастания заряда между пластинами электродов среднеквадратичное значение перемещения частицы должно быть меньше половины свободного зазора. В варианте, показанном на фиг. 7, расстояние d равно расстоянию между промежуточной заземленной сеткой и находящимся под напряжением электродом. Подставляя выражения (11)-(13) в уравнение (10), получают следующую зависимость
Figure 00000010

Решая это уравнение относительно критической частоты V0, выше которой в объеме плазмы должно происходить накапливание заряда, получают
Figure 00000011

В уравнении (15) частота столкновений vc при одной атмосфере приблизительно определяется выражениями (7а) и (7б) для ионов и электронов соответственно, а среднеквадратичное значение напряжения равно напряжению, которое ограничивает верхний и нижний пределы режима однородного разряда.An electric field created between the electrodes shown in FIG. 7 is described by the equation
E = (E 0 • sinωt, 0,0) (1)
It is believed that atmospheric glow discharge occurs in the magnetic field of a free plasma. The equation of motion of ions or electrons between two plates is determined by the Lorentz model, according to which electrons and ions collide only with a neutral background gas, and during each collision they give off all the energy received from the high-frequency electric field since the last collision with a neutral gas. In the Lorentz model, the equation of motion of ions or electrons has the following form:
F = ma = -mv c v-eE, (2)
where the first term of the right-hand side characterizes the Lorentz collision, according to which, for each collision occurring with a frequency v c , the angular momentum mv is lost. The x coordinate in FIG. 7 is defined by the equation
Figure 00000002

obtained from equation (2) by replacing E with an expression of formula (1). The general solution of equation (3) has the form
x = C 1 sinωt = C 2 cosωt (4)
where the constants C 1 and C 2 are equal
Figure 00000003

and
Figure 00000004

A glow discharge of helium at atmospheric pressure occurs with a frequency of ω / 2π from 1 to 30 kHz, and for helium at atmospheric pressure
v ci ≈6.8 • 10 9 [ion collisions per second] (7a)
and
v ce ≈1.8 • 10 10 [electron collisions per second] (7b)
The collision frequency of ions and electrons, determined by expressions (7a) and (7b), is much higher than the field frequency, i.e. v c ≫ ω. The relation v c ≫ ω for ions and electrons means that the constant C 2 is much greater than the constant C 1 or
Figure 00000005

The time-dependent position of the ion and electron in the electric field between the electrode plates can be determined by substituting expression (8) in equation (4)
Figure 00000006

The root mean square value (RMS) of the movement of an ion or electron during a half-period is
Figure 00000007

If V 0 is the excitation frequency in Hz, then the angular frequency is determined by the expression
ω = 2πV 0 , (11)
and the maximum electric field between the plates of the electrodes can be approximated by the maximum voltage V 0 between them
Figure 00000008

If the charge in question passes, crossing the discharge zone, from the middle plane to one of the plate electrodes for a full period, then we can write
Figure 00000009

It follows from expression (13) that, in order to increase the charge between the electrode plates, the rms value of the particle displacement should be less than half of the free gap. In the embodiment shown in FIG. 7, the distance d is equal to the distance between the intermediate grounded grid and the energized electrode. Substituting expressions (11) - (13) into equation (10), we obtain the following dependence
Figure 00000010

Solving this equation with respect to the critical frequency V 0 , above which charge accumulation should occur in the plasma volume, one obtains
Figure 00000011

In equation (15), the collision frequency v c in one atmosphere is approximately determined by expressions (7a) and (7b) for ions and electrons, respectively, and the rms voltage value is equal to the voltage that limits the upper and lower limits of the uniform discharge mode.

Режимы, обеспечивающие работу при атмосферном давлении реактора однородной плазмы тлеющего разряда, приведены в табл. 1. Номинальное давление в процессе работы было равно одной атмосфере. Указанные в табл. 1 отклонения давления в несколько торр объясняются не флюктуациями дневного атмосферного давления, а обусловлены определенным перепадом давления на промежуточной сетке, необходимым для прохода активных частиц из верхней плазмы через обрабатываемый листовой материал. Указанные в табл. 1 среднеквадратичные значения мощности представляют собой величину полезной мощности, потребляемой плазмой без учета реактивной мощности, которая не участвует в процессе разряда. Общий объем плазмы между пластинчатыми электродами равен
S= 0,93d (см) [литров], (16)
где d обозначает расстояние от электрода до промежуточной сетки в см.
The modes that ensure operation at atmospheric pressure of the reactor of a homogeneous glow discharge plasma are given in table. 1. The nominal pressure during operation was equal to one atmosphere. Indicated in the table. 1, pressure deviations of several torr are not explained by fluctuations in daily atmospheric pressure, but are caused by a certain pressure drop on the intermediate grid necessary for the passage of active particles from the upper plasma through the processed sheet material. Indicated in the table. 1, the rms power values represent the value of the net power consumed by the plasma without reactive power, which is not involved in the discharge process. The total plasma volume between the plate electrodes is
S = 0.93d (cm) [liters], (16)
where d denotes the distance from the electrode to the intermediate grid in cm.

Указанные в табл. 1 значения удельной мощности намного ниже, чем в электродуговых или плазменных горелках, и на несколько порядков выше, чем при других видах плазменной обработки, например коронных разрядах. Удельные мощности атмосферной плазмы тлеющего разряда, с одной стороны, не столь велики, чтобы повредить обрабатываемый материал, а с другой стороны, они выше, чем в плазмах коронного разряда, обычно используемых для поверхностной обработки, количество образующихся активных частиц в которых намного меньше, чем в предлагаемом варианте. Такие параметры плазмы, как электронная кинетическая температура и показатель плотности, до некоторой степени выбраны умозрительно на начальной стадии разработки предлагаемого изобретения. Результаты исследований средней плоскости плазмы с помощью флотационного датчика Лэнгмюра показывают, что без заземления промежуточной сетки плазма начинает смещаться в сторону положительных потенциалов порядка нескольких сотен вольт. Ионные кинетические температуры близки к комнатной температуре атомов, с которой они обычно сталкиваются при таких высоких давлениях; при этом количество обладающих высокой энергией электронов остается очевидно большим, и их воздействие на нейтральные атомы фона сопровождается возникновением тлеющего разряда. Наличие возбужденных состояний, которые испускают видимые фотоны, означает, что совокупность электронов имеет кинетическую температуру порядка одного электронвольта. Диагностические трудности измерения параметров плазмы при таком высоком давлении весьма значительны, поскольку обычный метод с использованием датчика Лэнгмюра в данном случае не может быть использован из-за короткого среднего свободного пробега электронов, соизмеримого с дебаевским расстоянием. Показатели плотности электронов можно, однако, измерить с помощью микроволновых интерферометров. Indicated in the table. 1, the values of specific power are much lower than in electric arc or plasma torches, and several orders of magnitude higher than with other types of plasma treatment, for example corona discharges. The specific power of the atmospheric glow discharge plasma, on the one hand, is not so large as to damage the material being processed, and on the other hand, they are higher than in corona discharge plasmas usually used for surface treatment, the number of active particles formed in which is much less than in the proposed embodiment. Plasma parameters such as electron kinetic temperature and density index are, to some extent, speculatively selected at the initial stage of development of the invention. The results of studies of the middle plane of the plasma using the Langmuir flotation sensor show that without grounding the intermediate grid, the plasma begins to shift toward positive potentials of the order of several hundred volts. Ionic kinetic temperatures are close to the room temperature of atoms, which they usually encounter at such high pressures; in this case, the number of high-energy electrons remains obviously large, and their effect on neutral background atoms is accompanied by the appearance of a glow discharge. The presence of excited states that emit visible photons means that the set of electrons has a kinetic temperature of the order of one electron volt. The diagnostic difficulties in measuring plasma parameters at such a high pressure are very significant, since the usual method using the Langmuir sensor in this case cannot be used due to the short mean free path of electrons commensurate with the Debye distance. The electron density indices can, however, be measured using microwave interferometers.

На фиг. 8 и 9 показаны для различных частот графики изменения тока и напряжения в среде гелия при одинаковом расстоянии между электродами и одном и том же расходе газа. Фиг. 8 соответствует режиму однородного тлеющего разряда при частоте 2,0 кГц, а фиг. 9 соответствует режиму нитевидного разряда при частоте 8,0 кГц, превышающей рабочий диапазон частот однородной плазмы. Высокий импеданс предлагаемого высокочастотного источника питания позволяет получить очень близкий к синусоидальному характер изменения напряжения (кривая B). График изменения реактивного тока (кривая C) имеет два разрыва на периоде, связанные с пробоем плазмы, один при положительном напряжении, а другой - при отрицательном. Кривая A характеризует изменение реактивного тока при разряде в воздухе, а не в гелии при том же напряжении и тех же условиях. При этих условиях в воздухе плазма не образуется, и мощность является полностью реактивной. Вычитая из общего тока плазмы (кривая C) реактивный ток (кривая A), получают активный ток плазмы (кривая D). Мгновенная мощность, остающаяся в плазме (кривая E), получена умножением значения тока плазмы, превышающего реактивный ток (кривая D), на напряжение в данный момент времени (кривая B). Средняя мощность находится интегрированием показанных импульсов на соответствующем временном интервале с последующим делением полученного результата на длительность интервала интегрирования. Таким способом для показанного существенно несинусоидального характера изменения тока были подсчитаны значения общей мощности и удельной мощности плазмы. Показанные на фиг. 8 и 9 кривые E изменения мощности относятся к однородному (фиг. 8) и нитевидному (фиг. 9) разрядам, и по их форме можно судить о характере происходящего разряда, однородного или нитевидного. In FIG. Figures 8 and 9 show for different frequencies graphs of changes in current and voltage in a helium medium at the same distance between the electrodes and the same gas flow rate. FIG. 8 corresponds to a uniform glow discharge at a frequency of 2.0 kHz, and FIG. 9 corresponds to a filament discharge mode at a frequency of 8.0 kHz, exceeding the operating frequency range of a uniform plasma. The high impedance of the proposed high-frequency power source allows you to get very close to the sinusoidal nature of the voltage change (curve B). The graph of the reactive current (curve C) has two discontinuities in the period associated with the breakdown of the plasma, one with a positive voltage and the other with a negative voltage. Curve A characterizes the change in the reactive current during a discharge in air, and not in helium under the same voltage and the same conditions. Under these conditions, plasma does not form in the air, and the power is completely reactive. Subtracting the reactive current (curve A) from the total plasma current (curve C), we obtain the active plasma current (curve D). The instantaneous power remaining in the plasma (curve E) is obtained by multiplying the value of the plasma current exceeding the reactive current (curve D) by the voltage at a given time (curve B). The average power is found by integrating the pulses shown in the corresponding time interval, followed by dividing the result by the duration of the integration interval. In this way, for the essentially non-sinusoidal nature of the current change, the values of the total power and specific power of the plasma were calculated. Shown in FIG. 8 and 9, the power change curves E relate to homogeneous (Fig. 8) and filamentary (Fig. 9) discharges, and by their shape it is possible to judge the nature of the discharge, homogeneous or filamentary.

Мощность плазмы представляет особый интерес, поскольку она пропорциональна скорости образования активных частиц в плазме; реактивная мощность, с другой стороны, определяет потребную мощность и выбор источника питания и другой необходимой аппаратуры. Общая мощность источника питания является суммой мощности плазмы и реактивной мощности. На фиг. 10 в логарифмическом масштабе по обеим осям показаны зависимости удельной мощности плазмы и суммарной удельной мощности в милливаттах на кубический сантиметр от среднеквадратичного значения напряжения, приложенного к параллельным пластинам электродов. Активный объем гелиевой плазмы в примере составлял 1,63 л, расстояние d между промежуточной сеткой и каждым из пластинчатых электродов было равно 1,75 см. На фиг. 11 в том же масштабе показаны зависимости удельной мощности плазмы и общей удельной мощности от частоты. Приблизительная граница режима однородного плазменного разряда показана на этих графиках стрелкой. Результаты, приведенные на фиг. 11, относятся к гелиевой плазме того же самого объема и при том же расстоянии между электродами, как и на фиг. 10. The plasma power is of particular interest because it is proportional to the rate of formation of active particles in the plasma; reactive power, on the other hand, determines the required power and the choice of power source and other necessary equipment. The total power of the power source is the sum of the plasma power and reactive power. In FIG. 10 on a logarithmic scale on both axes shows the dependence of the specific power of the plasma and the total specific power in milliwatts per cubic centimeter on the rms voltage applied to the parallel plates of the electrodes. The active volume of helium plasma in the example was 1.63 L, the distance d between the intermediate grid and each of the plate electrodes was 1.75 cm. In FIG. 11, the dependences of the specific plasma power and the total specific power on the frequency are shown on the same scale. The approximate boundary of the regime of a uniform plasma discharge is shown in the graphs by an arrow. The results shown in FIG. 11 relate to a helium plasma of the same volume and at the same electrode spacing as in FIG. ten.

Пример 1. Example 1

В первом примере изобретения устройство, показанное на фиг. 1, использовалось для получения плазмы тлеющего разряда при атмосферном давлении и нормальной температуре в среде гелия при расстоянии между пластинами электродов 10, равном 3 см. На пластины электродов подавалось напряжение 4,4 кВ (скз). Во время опытов при прочих постоянных параметрах в качестве независимой переменной величины увеличивали частоту тока. В качестве зависимой переменной определялся угол фазового сдвига тока пробоя (график на фиг. 12) по отношению к узловым точкам волны напряжения. Кроме того, определялась зависимость от частоты общей потребляемой мощности, необходимой для образования плазмы, включающей реактивную мощность и активную мощность плазмы, как показано на фиг. 13. In a first example of the invention, the apparatus shown in FIG. 1, was used to obtain a glow discharge plasma at atmospheric pressure and normal temperature in helium at a distance between the electrode plates 10 of 3 cm. A voltage of 4.4 kV (rms) was applied to the electrode plates. During the experiments, with other constant parameters, the frequency of the current was increased as an independent variable. The angle of the phase shift of the breakdown current (graph in Fig. 12) with respect to the nodal points of the voltage wave was determined as a dependent variable. In addition, the dependence on the frequency of the total power required for plasma production, including the reactive power and the active plasma power, was determined, as shown in FIG. thirteen.

Пример 2. Example 2

Во втором примере изобретения показанное на фиг. 1 устройство использовалось для получения гелиевой плазмы тлеющего разряда при одной атмосфере при нормальной температуре и расстоянии между электродами 10, равном 1,0 см. В этом примере частота тока поддерживалась постоянной на уровне 30 кГц, а напряжение на пластинах электродов изменялось как независимая переменная с определением в качестве зависимых переменных угла сдвига по фазе тока пробоя (табл. 2) и суммарной мощности P (табл. 3). In a second example of the invention shown in FIG. 1 device was used to obtain a helium plasma of a glow discharge in one atmosphere at a normal temperature and distance between electrodes 10 equal to 1.0 cm. In this example, the current frequency was kept constant at 30 kHz, and the voltage on the electrode plates was changed as an independent variable with the definition as dependent variables of the phase angle of the breakdown current (table 2) and the total power P (table 3).

Пример 3. Example 3

В третьем примере расстояние между электродами 10 составляло 1 см, напряжение на электродах составляло 1,5 кB (скз), разряд инициировался при атмосферном давлении в среде гелия. В качестве независимой переменной изменялась частота тока. В табл. 4 приведены результаты измерений зависимой переменной - угла сдвига по фазе тока пробоя, а в табл. 5 - соответствующие значения общей потребляемой мощности. In the third example, the distance between the electrodes 10 was 1 cm, the voltage at the electrodes was 1.5 kB (SCR), the discharge was initiated at atmospheric pressure in a helium medium. The frequency of the current changed as an independent variable. In the table. Figure 4 shows the results of measurements of the dependent variable — the angle of the shift along the phase of the breakdown current, and in table. 5 - the corresponding values of the total power consumption.

Пример 4. Example 4

На описанном выше устройстве была получена гелиевая плазма с наибольшим объемом 3,1 л при расстоянии между пластинами 3,2 см, напряжении 5 кВ (скз) и частоте 4 кГц. Using the device described above, helium plasma with the largest volume of 3.1 L was obtained with a distance between the plates of 3.2 cm, a voltage of 5 kV (SCR) and a frequency of 4 kHz.

Полученные дутьем из расплава листовые материалы из полиамида, поли(этилентерефталата), полипропилена и полиэтилена подвергали обработке описанной плазмой тлеющего разряда для получения требуемых характеристик: повышенной смачиваемости и способности к повторному смачиванию. The melt blown sheet materials of polyamide, poly (ethylene terephthalate), polypropylene and polyethylene were subjected to the treatment described by a glow discharge plasma to obtain the required characteristics: increased wettability and rewet ability.

Смачиваемость материала объективно оценивалась одним или двумя опытами: (а) измерением угла контакта находящейся на поверхности материала капли воды и (б) измерением времени, необходимым для достижения фитильного эффекта на определенной длине испытываемого материала. The wettability of the material was objectively evaluated by one or two experiments: (a) measuring the contact angle of a water drop located on the surface of the material and (b) measuring the time necessary to achieve a wick effect over a certain length of the test material.

В результате этих опытов было установлено, что после обработки плазмой в течение 2,5 мин смачиваемость и способность к повторному смачиванию полипропиленовой, полиамидной, полиэфирной и полиэтиленовой пленок улучшились (угол контакта капли с поверхностью существенно уменьшился). As a result of these experiments, it was found that after plasma treatment for 2.5 min, the wettability and rewetability of polypropylene, polyamide, polyester and polyethylene films improved (the contact angle of the droplet with the surface decreased significantly).

Для пленки из поли(этилентерефталата) после обработки в течение 2,5 мин плазмой тлеющего разряда при напряжении 5 кВ, частоте 4 кГц и расстоянии 4,5 см между пластинами электродов были получены следующие результаты: поверхностный угол контакта капли равен 0o, продолжительность фитильного эффекта 37,37 с по стандартной методике INDA измерения абсорбции. До обработки плазмой этот материал имел значительный поверхностный угол контакта капли и не обладал никаким фитильным эффектом.For a film of poly (ethylene terephthalate) after treatment for 2.5 min with a glow discharge plasma at a voltage of 5 kV, a frequency of 4 kHz, and a distance of 4.5 cm between the electrode plates, the following results were obtained: the surface contact angle of the drop is 0 o , the duration of the wick effect 37.37 s according to the standard INDA absorption measurement method. Prior to plasma treatment, this material had a significant surface contact angle of the droplet and did not have any wick effect.

Точно так же после обработки плазмой в течение 60 с полиамидной пленки, обладающей большим поверхностным углом контакта капли и не обладающей никаким фитильным эффектом, после смачивания и вторичного смачивания были получены следующие результаты: поверхностный угол контакта капли равен 0o, продолжительность фитильного эффекта 16,61 с (испытания по методике INDA).Similarly, after plasma treatment for 60 s with a polyamide film having a large surface contact angle of the droplet and without any wick effect, after wetting and secondary wetting, the following results were obtained: the surface contact angle of the droplet is 0 o , the duration of the wick effect is 16.61 c (tests according to the INDA method).

В другой серии опытов испытывали два различных полученных дутьем из расплава листовых материала из поли(этилентерефталата) и полипропилена. Эти материалы обрабатывали плазмой тлеющего разряда при атмосферном давлении в среде гелия или гелия и активного газа в течение времени от 0,5 до 2 мин. На электроды подавали напряжение от 1000 до 4000 В (скз) с частотой от 1 до 100 кГц. Листовые материалы имели волокна размером от 2 до 2,5 мкм с размерами пор 20-25 мкм и пористостью 90%. Некоторые результаты проведенных опытов приведены в табл. 6. In another series of experiments, two different melt blown sheet materials of poly (ethylene terephthalate) and polypropylene were tested. These materials were treated with glow discharge plasma at atmospheric pressure in helium or helium and active gas for a period of 0.5 to 2 minutes. A voltage of 1000 to 4000 V (rms) was applied to the electrodes with a frequency of 1 to 100 kHz. Sheet materials had fibers ranging in size from 2 to 2.5 microns with pore sizes of 20-25 microns and porosity of 90%. Some results of the experiments are given in table. 6.

Смачиваемость оценивалась по углу контакта, фитильному эффекту и прохождению жидкости через толщину материала и пропитке его поверхности. Склонность материала к фитильному эффекту оценивалась по стандарту INDA (1-ая 10.1-92) путем измерения времени подъема жидкости (вода двойной дистилляции) на высоту 2,4 см. Изменение физического состояния поверхности волокон оценивалось по микрофотографиям, полученным на электронном микроскопе ЕТЕС Auto Scan при увеличении в 2000-4000 раз. Wettability was evaluated by the contact angle, wick effect and the passage of fluid through the thickness of the material and the impregnation of its surface. The susceptibility of the material to the wick effect was evaluated according to the INDA standard (1st 10.1-92) by measuring the rise time of the liquid (double distillation water) to a height of 2.4 cm. The change in the physical state of the surface of the fibers was evaluated by microphotographs obtained with an ETEC Auto Scan electron microscope with an increase of 2000-4000 times.

Несмотря на отсутствие экспериментальных данных в полном объеме, можно утверждать, что однородная плазма тлеющего разряда может быть получена на показанном на фиг. 1 устройстве при атмосферном давлении окружающего воздуха при напряженности электрического поля 8 кВ/см. Despite the lack of experimental data in full, it can be argued that a homogeneous glow discharge plasma can be obtained from the one shown in FIG. 1 device at atmospheric pressure of ambient air at an electric field strength of 8 kV / cm.

Claims (25)

1. Полученный дутьем из расплава листовой материал с поверхностью, обладающей улучшенной смачиваемостью и улучшенной способностью к повторному смачиванию, отличающийся тем, что его обрабатывают в течение заданного промежутка времени при атмосферном давлении плазмой тлеющего разряда, генерируемой усилителем высокой частоты, выдающим напряжение со среднеквадратичным значением 1 - 5 кВ при частоте 1 - 100 кГц. 1. The melt blown sheet material with a surface having improved wettability and improved rewet ability, characterized in that it is treated for a predetermined period of time at atmospheric pressure by a glow discharge plasma generated by a high frequency amplifier that produces a voltage with an rms value of 1 - 5 kV at a frequency of 1 - 100 kHz. 2. Листовой материал по п.1, отличающийся тем, что плазма инициируется в инертном газе. 2. The sheet material according to claim 1, characterized in that the plasma is initiated in an inert gas. 3. Листовой материал по п. 2, отличающийся тем, что газ представляет собой гелий, аргон, воздух или смесь из двух перечисленных газов. 3. The sheet material according to claim 2, characterized in that the gas is helium, argon, air or a mixture of the two gases listed. 4. Листовой материал по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что он представляет собой полимерный материал. 4. The sheet material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is a polymeric material. 5. Листовой материал по п.4, отличающийся тем, что полимерный материал является полипропиленом. 5. The sheet material according to claim 4, characterized in that the polymeric material is polypropylene. 6. Листовой материал по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что обработка производится при частоте 1 - 30 кГц. 6. The sheet material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the processing is carried out at a frequency of 1 to 30 kHz. 7. Способ улучшения характеристик поверхности полимерного листового материала путем обработки листового материала плазмой тлеющего разряда, создаваемой в объеме газа, расположенном между двумя разнесенными электродами, за счет генерирования однородной плазмы тлеющего разряда с находящимися между упомянутыми электродами активными частицами, отличающийся тем, что на эти электроды от усилителя высокой частоты подают напряжение со среднеквадратичным значением 1 - 5 кВ при частоте 1 - 100 кГц, а размещение листового материала в зазоре между электродами внутри плазмы производят на определенное время в условиях перепада давлений, под действием которого через листовой материал проходят активные частицы. 7. A method for improving the surface characteristics of a polymer sheet material by treating the sheet material with a glow discharge plasma generated in a gas volume located between two spaced electrodes, by generating a uniform glow discharge plasma with active particles located between said electrodes, characterized in that these electrodes voltage is supplied from a high-frequency amplifier with a rms value of 1 - 5 kV at a frequency of 1 - 100 kHz, and the placement of sheet material in the gap between The electrodes inside the plasma are produced for a certain time under pressure differential conditions, under the action of which active particles pass through the sheet material. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что газ представляет собой инертный газ. 8. The method according to claim 7, characterized in that the gas is an inert gas. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что газ представляет собой гелий, аргон, воздух или смесь из двух перечисленных газов. 9. The method according to claim 7, characterized in that the gas is helium, argon, air or a mixture of the two gases listed. 10. Способ по любому из пп.7 - 9, отличающийся тем, что листовой материал представляет собой полученный дутьем из расплава полимерный листовой материал. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the sheet material is a melt blown polymer sheet material. 11. Способ по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что частота составляет 1 - 30 кГц. 11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the frequency is 1-30 kHz. 12. Способ по любому из пп.7 - 11, отличающийся тем, что листовой материал имеет неограниченную длину и протягивается между электродами с постоянной скоростью, подвергаясь в течение заданного времени обработке плазмой. 12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that the sheet material has an unlimited length and stretches between the electrodes at a constant speed, being subjected to plasma treatment for a given time. 13. Способ генерирования плазмы тлеющего разряда в объеме между двумя электродами, питаемыми от усилителя высокой частоты с цепью согласования импедансов, отличающийся тем, что на электроды подают от усилителя напряжение со среднеквадратичным значением 1 - 5 кВ при частоте 1 - 100 кГц и производят заполнение при давлении в 1 атмосферу объема между электродами газом, в котором может инициироваться плазма тлеющего разряда, при этом в объеме между электродами инициируется и поддерживается однородная плазма тлеющего разряда при давлении в 1 атмосферу за счет создания высокочастотного электрического поля такой частоты, которая является, с одной стороны, достаточно большой для удержания положительных ионов плазмы между электродами, а с другой стороны, недостаточной для того, чтобы в течение полупериода высокочастотного напряжения электроны плазмы также удерживались между электродами. 13. A method for generating a glow discharge plasma in a volume between two electrodes supplied from a high-frequency amplifier with an impedance matching circuit, characterized in that the electrodes are supplied with voltage from the amplifier with an rms value of 1-5 kV at a frequency of 1-100 kHz and are filled at a pressure of 1 atmosphere of the volume between the electrodes with a gas in which a glow discharge plasma can be initiated, while a homogeneous glow discharge plasma is initiated and maintained in the volume between the electrodes at a pressure of 1 atmosphere due to the creation of a high-frequency electric field of a frequency that is, on the one hand, large enough to hold positive plasma ions between the electrodes, and on the other hand, insufficient to ensure that plasma electrons are also held between the electrodes during the half-cycle of the high-frequency voltage. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что электроды располагают внутри газонепроницаемого кожуха, внутрь которого непрерывно подается определенное количество газа. 14. The method according to item 13, wherein the electrodes are placed inside a gas-tight casing, into which a certain amount of gas is continuously supplied. 15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что газ представляет собой гелий, аргон, воздух или смесь из двух перечисленных газов. 15. The method according to p. 13 or 14, characterized in that the gas is helium, argon, air or a mixture of the two gases. 16. Способ по любому из пп.13 - 15, отличающийся тем, что расстояние между электродами составляет 5 см или меньше. 16. The method according to any one of paragraphs.13 to 15, characterized in that the distance between the electrodes is 5 cm or less. 17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что по крайней мере положение одного из электродов регулируется относительно положения другого. 17. The method according to p. 16, characterized in that at least the position of one of the electrodes is adjusted relative to the position of the other. 18. Способ по любому из пп.13 - 17, отличающийся тем, что усилитель частоты работает в диапазоне от 1 до 100 кГц. 18. The method according to any one of paragraphs.13 to 17, characterized in that the frequency amplifier operates in the range from 1 to 100 kHz. 19. Способ по любому из пп.13 - 18, отличающийся тем, что среднеквадратичное значение напряжения усилителя составляет 1 - 5 кВ. 19. The method according to any one of paragraphs.13 to 18, characterized in that the rms voltage of the amplifier is 1 to 5 kV. 20. Устройство для инициирования плазмы тлеющего разряда, содержащее пару электрически изолированных электродов, питаемых от усилителя высокой частоты с цепью согласования импедансов, отличающееся тем, что генерируется напряжение со среднеквадратичным значением 1 - 5 кВ при частоте 1 - 100 кГц, причем электроды, которым придана форма пластин, располагают параллельно и крепят эквидистантно друг напротив друга таким образом, что между ними образуется объем, который при давлении в 1 атмосферу заполняется газом, в котором может инициироваться плазма тлеющего разряда, при этом предусмотрено устройство для инициирования и поддержания однородной плазмы тлеющего разряда при давлении в 1 атмосферу путем создания высокочастотного электрического поля такой частоты, которая оказывается, с одной стороны, достаточно большой для удержания положительных ионов плазмы между электродами, а с другой стороны, недостаточной для того, чтобы в течение полупериода высокочастотного напряжения электроны плазмы также удерживались между электродами. 20. A device for initiating a glow discharge plasma containing a pair of electrically isolated electrodes powered by a high-frequency amplifier with an impedance matching circuit, characterized in that a voltage is generated with a rms value of 1 to 5 kV at a frequency of 1 to 100 kHz, the electrodes to which the shape of the plates is arranged in parallel and fastened equidistantly opposite each other so that a volume forms between them, which at a pressure of 1 atmosphere is filled with gas, in which the plate can be initiated the glow discharge azma, while a device is provided for initiating and maintaining a uniform glow discharge plasma at a pressure of 1 atmosphere by creating a high-frequency electric field of a frequency that is, on the one hand, large enough to hold positive plasma ions between the electrodes, and on the other hand insufficient to ensure that plasma electrons are also held between the electrodes during the half-cycle of high-frequency voltage. 21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что устройство для зарядки объема между упомянутыми пластинами содержит защитный кожух, внутри которого располагаются отделенные друг от друга объемом пластины. 21. The device according to p. 20, characterized in that the device for charging the volume between the said plates contains a protective casing, inside which are located separated from each other by the volume of the plate. 22. Устройство по п.20 или 21, отличающееся тем, что оно включает устройство для подачи газа, за счет непрерывной подачи которого давление внутри кожуха поддерживается на уровне одной атмосферы. 22. The device according to claim 20 or 21, characterized in that it includes a device for supplying gas, due to the continuous supply of which the pressure inside the casing is maintained at the level of one atmosphere. 23. Устройство по любому из пп.20 - 22, отличающееся тем, что газ представляет собой гелий, аргон, воздух или смесь из двух перечисленных газов. 23. The device according to any one of paragraphs.20 to 22, characterized in that the gas is helium, argon, air or a mixture of the two gases listed. 24. Устройство по любому из пп.20 - 23, отличающееся тем, что пластины имеют жидкостное охлаждение. 24. The device according to any one of paragraphs.20 to 23, characterized in that the plates are liquid-cooled. 25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что трубки системы охлаждения крепятся к пластинам для отбора от них тепла. 25. The device according to paragraph 24, wherein the pipes of the cooling system are attached to the plates to remove heat from them. Приоритет по пунктам:
29.10.1993 по пп.1 - 19;
28.05.1993 по пп.20 - 25.
Priority on points:
10/29/1993 according to claims 1-19;
05/28/1993 according to claims 20-25.
RU95122129/06A 1993-05-28 1994-05-26 Sheet material, process of improvement of characteristics of surface of sheet material, process of generation of plasma of glow discharge and device to initiate plasma of glow discharge RU2154363C2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/068,739 US5456972A (en) 1993-05-28 1993-05-28 Method and apparatus for glow discharge plasma treatment of polymer materials at atmospheric pressure
US08/068.739 1993-05-28
US08/068.508 1993-05-28
US08/145.786 1993-10-29
US08/145,786 US5414324A (en) 1993-05-28 1993-10-29 One atmosphere, uniform glow discharge plasma
US08/145.349 1993-10-29
US08/145,349 US5403453A (en) 1993-05-28 1993-10-29 Method and apparatus for glow discharge plasma treatment of polymer materials at atmospheric pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95122129A RU95122129A (en) 1998-03-20
RU2154363C2 true RU2154363C2 (en) 2000-08-10

Family

ID=27371404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95122129/06A RU2154363C2 (en) 1993-05-28 1994-05-26 Sheet material, process of improvement of characteristics of surface of sheet material, process of generation of plasma of glow discharge and device to initiate plasma of glow discharge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2154363C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2651546C1 (en) * 2017-12-25 2018-04-20 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" (АО "ЦНИИСМ") Method of manufacturing the slide bearing insert
RU2751348C2 (en) * 2019-12-19 2021-07-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Installation for polymer surface modification in low-temperature smoldering discharge plasma
CN113737510A (en) * 2021-09-30 2021-12-03 苏州怡风科技有限公司 Surface treatment method for cold plasma high molecular polymer
RU219545U1 (en) * 2022-12-27 2023-07-24 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Device for surface modification of materials by means of atmospheric pressure plasma

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2651546C1 (en) * 2017-12-25 2018-04-20 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" (АО "ЦНИИСМ") Method of manufacturing the slide bearing insert
RU2751348C2 (en) * 2019-12-19 2021-07-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Installation for polymer surface modification in low-temperature smoldering discharge plasma
CN113737510A (en) * 2021-09-30 2021-12-03 苏州怡风科技有限公司 Surface treatment method for cold plasma high molecular polymer
CN113737510B (en) * 2021-09-30 2024-02-23 昆山豆奇电子科技有限公司 Cold state plasma high molecular polymer surface treatment method
RU219545U1 (en) * 2022-12-27 2023-07-24 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Device for surface modification of materials by means of atmospheric pressure plasma

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5403453A (en) Method and apparatus for glow discharge plasma treatment of polymer materials at atmospheric pressure
AU679237B2 (en) Method and apparatus for glow discharge plasma treatment of polymer materials at atmospheric pressure
US3674667A (en) Process for increasing water repellency of cotton cloth
US3870610A (en) Cold plasma treatment of materials
De Geyter et al. Penetration of a dielectric barrier discharge plasma into textile structures at medium pressure
Fang et al. Comparison of surface modification of polypropylene film by filamentary DBD at atmospheric pressure and homogeneous DBD at medium pressure in air
Pekárek DC corona discharge ozone production enhanced by magnetic field
Mizuno et al. Effect of voltage waveform on partial discharge in ferroelectric pellet layer for gas cleaning
RU2154363C2 (en) Sheet material, process of improvement of characteristics of surface of sheet material, process of generation of plasma of glow discharge and device to initiate plasma of glow discharge
Akishev et al. One-atmosphere argon dielectric-barrier corona discharge as an effective source of cold plasma for the treatment of polymer films and fabrics
JP4141679B2 (en) Electretization method, electretization apparatus, and electret body manufacturing method
El-Zein et al. The characteristics of dielectric barrier discharge plasma under the effect of parallel magnetic field
FI77879C (en) FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER ATT AOSTADKOMMA EN POLYMERBELAEGGNING PAO ETT SUBSTRAT.
WO2005107341A1 (en) Plasma processing method and system therefor
US6423924B1 (en) Method for treating the surface of a material or an object and implementing device
JP2001214366A (en) Nonwoven fabric and method for producing the same, separator using the nonwoven fabric and used for secondary battery and method for producing the same
Shah et al. Experimental study of dielectric barrier discharge in an atmospheric air pressure and its electrical characterization
Jain et al. An accurate electrical model for atmospheric pressure DBD plasma in air with experimental validation
Carr Increase in the surface energy of metal and polymeric surfaces using the one atmosphere uniform glow discharge plasma (OAUGDP).
RU2751547C1 (en) Gas discharge device for plasma treatment at atmosphere pressure of surface of biocompatible polymers
RU2191113C1 (en) Apparatus for treating materials by means of high-frequency electric discharge
JP2001284099A (en) Discharge system, discharge process method of object using same and manufacturing method of insulating continuum
JP3799159B2 (en) Method for producing modified porous body
Bourgeois et al. DBD as a post-discharge bipolar ions source and selective ion-induced nucleation versus ions polarity
JPH0232515A (en) Plasma x-ray generation apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040527