[发明专利]冷等离子体表面处理设备及其处理工艺

说明书

本发明涉及利用冷等离子体对材料进行表面处理的设备及其处理工艺。

CN86102453A公开的棉花及其制品的脱脂方法，其特征是利用电感或电容耦合的高频实验装置产生等离子体。

CN87104425A公开的纤维、织物及薄膜表面冷等离子体连续处理工艺，其特征是利用高频电源通过电容耦合产生冷等离子体。实现该工艺的设备也在CN87208060U中记载，其特征是采用两个相同的真空器，两真空器通过连接管与处理腔相连形成整个真空系统。

CN87209242U公开的低温等离子体纤维表面改性连续处理装置，是利用50～2KHz，8～16KV的交变高压在大气压下产生电晕放电，装置的处理区是由彼此绝缘的大、小空心辊筒组成，多个小辊筒紧密地环布在大辊筒的周边上。

EP172057A公开的“AN IMPROVEMENT IN A FABRIC-REINFORCED RUBBER ARTICLE”(“纤维织物增强的橡胶制品的改进”)是利用10KHz～100MHz的低频、高频电源以至微波产生低温等离子体，电极间距离较近(1～30cm)，而且其中一个电极表面上加一高电阻绝缘层(介电强度10KV/mm以上)，电极还要加以冷却。电场方向垂直干被处理织物的面。

利用电晕放电进行表面处理虽然可以在大气压下进行，但处理效果欠佳。而且处理过程产生大量臭氧会影响人体健康。利用高额电源产生等离子体，设备复杂，不易产生大体积的等离子体，不易做到大规模生产，设备造价高，而且大功率的高频电磁辐射严重危及人体健康。

本发明的目的是提供一种结构和工艺简单，易于大规模工业化生产、无电磁污染、处理效果好、应用范围广的表面处理设备和工艺。

本发明的任务是这样完成的：采用直流辉光放电的正柱区产生冷等离子体，并利用它对材料表面进行处理，被处理材料的层面(如织物的面)与电场(电流)方向平行。其处理参数和条件为：介质气体：空气、氧、氮等，真空度：0.02～5乇，放电区平均电流密度：0.2～10MA/cm²，处理时间：5～180秒。

本工艺的处理设备结合以下附图做进一步说明：

图一：冷等离子体表面处理设备示意图，

图二：真空室A-A横截面图，

图三：传送纤维状材料用的输送网，图四：本发明实例中样品处理前后的电镜照片对照。

1.真空室外壳，2.电源系统，3.阴极，4.阳极，5.进气调节阀，6.抽气口，7.真空室门，8.转轴，9.支撑悬梁，10.卷取辊，11.卷出辊，12.可打滑的摩擦式离全器，13.离合器，14.主动传动轴，15.支撑板，16.减速机，17.链轮18.放电区，19.被处理材料，20真空计接口，21.电机，22.观察窗，23.放气阀

参照图一，冷等离子体表面处理设备的真空室外壳(1)的一端做成密封，另一端做成真空室门(7)，在真空室的两端各设一块支撑板(15)，支撑板(15)之间装有若干根转轴(8)和一根主动传动轴(14)，二根支撑悬梁(9)的一端固定在支撑板(15)上，在支撑悬梁(9)上，套有卷取辊(10)和卷出辊(11)，电机(21)的一部分动力通过离合器(13)传给主动传动轴(14)，带动被处理材料通过放电区，另一部分动力通过可打滑的摩擦式离合器(12)传给卷取辊(10)。调节输入电机的电压可改变被处理材料通过放电区的时间。用于产生冷等离子的平板电极(3)、(4)(阳—极铜、阴极—铝)设在真空室的两端，并与之绝缘，平板电极与直流电源(2)联接。真空室内壁和真空室内的传动系统必须在放电电流方向上保证良好的电绝缘性能。电绝缘可采用涂覆704硅橡胶后覆盖合适的陶瓷片或涂覆704硅橡胶后覆盖玻璃纤维布，重复几层。转轴(8)也可用陶瓷管制成。真空室外壳(1)还设有进气调节阀(5)、放气阀(23)、真空计接口(20)、观察窗(22)，以及与抽气系统相接的抽气口(6)，并接地。真空室门(7)打开时，离合器(12)、(13)离开，卷取辊(10)、卷出辊(11)都可从支撑悬梁(9)上取出。

参照图二是真空室的横截面图，从图中可直观地看出被处理材料(19)在真空室内的运行机制，设在真空室两端的平板电极(3)、(4)的形状与转轴(8)围成空间的截面同，使被处理材料包围着这个放电区(18)，利用直流辉光放电正柱区产生冷等离子体中大量的活性粒子(电子、离子、激发态原子与分子、光子等)，与被处理材料表面相互作用，使材料表面性质得到改变。