专利名称：等离子体喷头及应用该喷头的大幅面等离子体表面处理机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种印刷表面处理设备，特别涉及一种等离子体喷头及应用该喷头的大幅面等离子体表面处理机。
背景技术：
随着现代生活水平的不断提高，人们对美的追求也越来越高，审美意识也在同步提升，印刷装饰逐步由纸张、薄膜延伸到各种生活必需品中，如皮革、可降解再生版、不干胶，金属的印刷等等。现有的印刷表面处理技术已无法满足上述材料表面处理的要求，存在着处理强度较弱、效果保持时间短、无法大幅面处理、或根本无法进行表面处理的不足。印刷表面处理技术最先是为解决塑料薄膜表面印刷、涂布附着力差的问题而发展起来的。常见的塑料薄膜基本材料主要为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯 (PET)等，其表面特性因分子结构基材的极性基团、结晶程度和塑料的化学稳定性等不同而有很大的差异，这些因素对印刷油墨层的粘附牢度影响很大。对属于极性结构的PS(聚苯乙烯)、PVC，印刷前不需要做表面预处理，但对于其表面结构是非极性的PP、PE、PET等，其化学稳定性极高，不易被大多数油墨溶剂所渗透和溶解，与油墨印刷的结合牢度很低，所以在印刷之前必须经过表面处理，使塑料表层活化生成新的化学键使表面粗化，从而提高油墨与薄膜表面的结合粘附牢度；同时制造某些粒料过程中，按不同要求掺入了一定数量的助剂，附加剂，开口剂，当吸膜定型后，这些助剂就浮在膜面，形成肉眼看不见的油层，这些油层对印刷是完全不利的，它使膜面不易粘合，附着力下降，因此具有这些油层的薄膜材料就必须经过表面处理，使薄膜表层的油脂去除，提高油墨、涂层的附着牢度。目前的印刷表面处理技术主要有以下几种处理方式1、火焰处理火焰处理方法是将空气加热到高温(3000° F以上)形成等离子体，对材料表面产生清洗、活化作用。火焰激活空气中的氧分子，使它们在材料的表面形成带有碳分子的极性分子。表面分子极性的增加和氧化减少了塑料的表面张力，增加了材料基体对油墨的吸附力。火焰处理曾经是处理聚乙烯、聚丙烯和任何表面厚度超过10毫米的塑料时最受欢迎的方法。但是今天，火焰处理只保留作为铸模或吹模工艺的一部分，另外用于纸版和包装食品、饮料的材料的表面处理(如装牛奶的纸盒)。它的缺点是处理对设备的空间和环境要求都较高、安全系数低，处理强度不容易控制，无法实现在线式联机处理。2、电晕处理电晕处理是在平板电极对面的针状电极上加有正电压，当电压升高到一定数值时，从针尖伸展出来的发光部分便会触及平板电极，并且分成许多线状的发光部分，它们均处于不停的闪烁状态，这些发光部分就是等离子体，对材料表面产生清洗、活化的作用。电晕等离子体使塑料表面产生游离基反应而使聚合物发生交联，表面变粗糙并增加其对极性溶剂的润湿，这些等离子体由电击和渗透作用进入被印体的表面破坏其分子结构，进而将被处理的表面分子氧化和极化，活化表面，以致增加承印物表面的附着能力。电晕技术设备小型化、一键式特点完全能满足联机处理的要求，如今，几乎所有的塑料薄膜、纸张及金属箔材料都采用电晕法进行处理。但是它存在的缺点是处理强度弱、效果保持时间短、无法对金属表面处理，以及双面同时处理增加能耗。3、射流等离子体表面处理技术射流等离子处理系统是由等离子体发生器、气体输送管路及等离子体喷头等部分组成。等离子体发生器产生高压高频能量，在喷嘴钢管中形成冷电弧放电产生低温等离子体，借助压缩空气将等离子体喷向工件表面，当等离子体与被处理物体表面相遇时，产生了清洁、活化、刻蚀作用，表面得到了清洁，去除了碳化氢类污物，如油脂、辅助添加剂等，根据材料成分，其表面分子链结构得到了改变。建立了羟基、羧基等自由基团，这些基团对各种涂敷材料具有促进其粘合的作用，在粘合和油漆应用时得到了优化。射流等离子体表面处理技术是目前市场上非常流行的表面处理设备，现有的型号是宽幅5mm、15mm、50mm、IOOmm的四种类型处理机，其中50mm和IOOmm幅面属旋转式处理机。这种处理设备具有处理强度高、效果保持时间长、单面高速处理、满足异型件处理的优点，但它也存在着处理面积小，大幅面处理成本、耗能巨大的缺点。有鉴于此，为解决现有的印刷表面处理技术中的种种不足，本设计人基于相关领域的研发，并经过不断测试及改良，进而有本实用新型的产生。
发明内容本实用新型的目的是提供一种处理强度强、效果保持时间长、适合于金属、薄膜、 皮革等大多数包装材料，大幅面(100mm-2000mm)，可实现间歇式或联线式处理的等离子体喷头及应用该喷头的大幅面等离子体表面处理机。为达上述目的，本实用新型提供一种等离子体喷头，其包括气刀，气刀内沿其长度方向贯穿有气隙；接地电极，安装于气刀的下方，接地电极内也设有气隙，所述气刀内的气隙向气刀的下方延伸并与接地电极内的气隙相连通，所述接地电极的下部设有等离子体处理区；内电极，其沿着接地电极的长度方向安装于接地电极内，内电极的外侧设有电介质，电介质与接地电极的内壁之间为等离子体放电区，所述接地电极内的气隙、等离子体放电区与等离子体处理区依次连通；以及高压电源，与所述内电极相连接。所述的等离子体喷头，其中，气刀连接储气罐或空压机，产生的均勻气幕通入电极气隙内，会在接地电极内沿着接地电极内的气隙方向产生自上向下的气流。所述的等离子体喷头，其中，所述内电极为空心铜管或不锈钢管电极，内电极的外径为10-50mm，内电极壁厚为l_5mm ；内电极内侧的空间用于流通冷却水。所述的等离子体喷头，其中，所述电介质为固体电介质，电介质材料为陶瓷，电介质的厚度为0. 5-3mm。所述的等离子体喷头，其中，所述接地电极的下方布置有被处理的基材。所述的等离子体喷头，其中，接地电极的材料为不锈钢。[0026]所述的等离子体喷头，其中，内电极与接地电极之间具有放电间距，放电间距为 l-5mm，接地电极内的气隙宽度为该放电间距的2-5倍；等离子体处理区具有喷口，该喷口宽度为该放电间距的1-2倍，喷口的有效长度为100-2000mm。所述的等离子体喷头，其中，所述内电极以及接地电极的长度均至少大于气刀的气隙的有效长度10-20mm，本实用新型还提供一种应用上述的等离子体喷头的大幅面等离子体表面处理机， 其中，机架上安装有等离子体喷头和固定平台，等离子体喷头的喷口朝向固定平台，单张式基材固定在固定平台上，等离子体喷头以预设的速度扫描基材，扫描完后更换新基材。本实用新型又提供一种应用上述的等离子体喷头的大幅面等离子体表面处理机， 其中，机架上安装有等离子体喷头和传动辊，等离子体喷头的喷口朝向传动辊上的卷筒式基材，所述等离子体喷头固定，传动辊以预设速度传送卷筒式基材。本实用新型的有益效果是1、处理强度大。本实用新型的表面处理设备采用介质阻挡放电原理，放电强度远远高于电晕放电，其包含的电子的能量可达5-lOeV，活性粒子种类、数量都是电晕放电的数倍。2、处理面积大。介质阻挡放电实现处理过程稳定化，均勻化，大面积化。3、处理持续时间长。本实用新型的表面处理设备对表面处理强度大，在材料表面能形成的较厚的活性层，活性层致密不易受到空气中氧气、尘埃等物质的破坏失去活性，通常射流等离子体处理后的材料表面活性可以维持半个月或一个月，甚至更长时间。4、单面处理。射流等离子体对材料是以单面的形式进行处理，降低了电晕双面处理导致材料粘辊的危险，同时处理耗能减半，产生的臭氧减半。
图1为等离子体喷头的立体示意图；图2为等离子体喷头的截面图；图3为间歇式等离子体表面处理机的示意图；图4为联线式等离子体表面处理机的示意图。附图标记说明1-控制面板；2-等离子体喷头；3-等离子体处理区；4-固定平台； 5-机架；6-电源柜；7-气流；8-接地电极；9-电介质；10-冷却水；11-等离子体放电区； 12-内电极；13-高压电源；14-等离子体处理区；15-基材；16-气刀；17-等离子体射流； 18-喷头扫描的方向；19-卷筒式基材；20-传动辊；21-单张式基材；A-接地电极内的气隙宽度；B-内电极与接地电极的放电间距；C-等离子体处理区的喷口宽度D-喷口的有效长度。
具体实施方式
有关本实用新型为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下首先如图1和图2所示，分别为等离子体喷头的立体示意图和截面图。所述的等离子体喷头，主要包括高压电源13、气刀16、内电极12以及接地电极8。[0042]所述气刀16呈长条状，安装于同为长条状的接地电极8的上方。气刀16内沿其长度方向贯穿有气隙161，所述气隙161向气刀16的下方延伸并与接地电极8内的气隙相连通。气刀16直接连接储气罐或空压机，产生的均勻气幕通入电极气隙内，会在接地电极 8内沿着接地电极内的气隙方向产生自上向下的气流7，气刀16用于产生气幕，形成一面薄薄的高强度、大气流的冲击气幕，因此气刀16为等离子体喷头提供线性均勻气流，气刀16 气隙161的有效长度可为100-2000mm。气刀16气源的压强彡5bar。所述接地电极8内部的下方沿其长度方向安装有内电极12，所述内电极12为空心铜管或不锈钢管电极，内电极12的外侧设有电介质9，所述电介质9为固体电介质，其材料优选三氧化二铝(Al2O3)陶瓷，内电极12的外径为10-50mm，电极壁厚为l_5mm，电介质9 的厚度为0. 5-3mm。所述内电极12连接有接地的高压电源13，内电极12内侧的空间用于流通冷却水 10。所述电介质9与接地电极8的内壁之间为等离子体放电区11。所述接地电极8的下部设有等离子体处理区14，其具有喷口宽度C。所述接地电极8的下方布置有被处理的基材 15。所述接地电极内的气隙、等离子体放电区11与等离子体处理区14依次连通。其中，所述高压电源13为高频脉冲电源，提供10-30KV的电压，频率为10_30KHz， 可为电晕放电的电源(参见德国专利4235766-C1)。所述内电极12以及接地电极8的长度均至少大于气刀16气隙161的有效长度 10-20mm,当内电极12与接地电极8装配时，电极两端加绝缘材料垫圈，垫圈材料可为氧化硅、氧化铝、四氟乙烯等材料。垫圈的作用一方面是将内电极12与接地电极8的两侧封闭， 另一方面是固定两极之间放电间距B，即放电间距B为l-5mm，放电间距B的加工和装配偏差< 0. 05-0. 1mm。接地电极8的材料为不锈钢，接地电极8内的气隙宽度A为放电间距B的2_5倍， 喷口宽度C为放电间距B的1-2倍。所述内电极12连接高压电源13，接地电极8接地，消
除安全隐患。喷口的有效长度D为100_2000mm。再如图3所示，为间歇式等离子体表面处理机的示意图。机架5上安装有等离子体喷头2和固定平台4，等离子体喷头2的喷口朝向固定平台4，且等离子体喷头2能够作业的区域为等离子体处理区3。机架5上还安装有控制面板1，并设有电源柜6。在实际操作中，单张式基材21固定在固定平台4上，等离子体喷头2以预设的速度沿着图中箭头的方向(喷头扫描的方向18，与喷头的长度方向垂直)扫描基材，扫描完后取出更换新基材。 最后如图4所示，为联线式等离子体表面处理机的示意图。机架5上安装有等离子体喷头2和传动辊20，等离子体喷头2的喷口朝向传动辊20上的被处理的卷筒式基材19， 且等离子体喷头2能够作业的区域为等离子体处理区3。机架5上还安装有控制面板1，并设有电源柜6。在实际操作中，设置等离子体喷头2固定，而卷筒式基材以预设速度被传送。综上所述，本实用新型具有以下优点1、处理强度大。本实用新型的表面处理设备采用介质阻挡放电原理，放电强度远远高于电晕放电，其包含的电子的能量可达5-lOeV，活性粒子种类、数量都是电晕放电的数倍。2、处理面积大。介质阻挡放电实现处理过程稳定化，均勻化，大面积化。3、处理持续时间长。本实用新型的表面处理设备对表面处理强度大，在材料表面能形成的较厚的活性层，活性层致密不易受到空气中氧气、尘埃等物质的破坏失去活性，通常射流等离子体处理后的材料表面活性可以维持半个月或一个月，甚至更长时间。4、单面处理。射流等离子体对材料是以单面的形式进行处理，降低了电晕双面处理导致材料粘辊的危险，同时处理耗能减半，产生的臭氧减半。以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种等离子体喷头，其特征在于，包括气刀，气刀内沿其长度方向贯穿有气隙；接地电极，安装于气刀的下方，接地电极内也设有气隙，所述气刀内的气隙向气刀的下方延伸并与接地电极内的气隙相连通，所述接地电极的下部设有等离子体处理区；内电极，其沿着接地电极的长度方向安装于接地电极内，内电极的外侧设有电介质，电介质与接地电极的内壁之间为等离子体放电区，所述接地电极内的气隙、等离子体放电区与等离子体处理区依次连通；以及高压电源，与所述内电极相连接。
2.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，气刀连接储气罐或空压机，产生的均勻气幕通入电极气隙内，会在接地电极内沿着接地电极内的气隙方向产生自上向下的气流。
3.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，所述内电极为空心铜管或不锈钢管电极，内电极的外径为10-50mm，内电极壁厚为l_5mm ；内电极内侧的空间用于流通冷却水。
4.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，所述电介质为固体电介质，电介质的厚度为0. 5-3mm。
5.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，所述接地电极的下方布置有被处理的基材。
6.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，接地电极的材料为不锈钢。
7.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，内电极与接地电极之间具有放电间距，放电间距为l_5mm，接地电极内的气隙宽度为该放电间距的2-5倍；等离子体处理区具有喷口，该喷口宽度为该放电间距的1-2倍，喷口的长度为100-2000mm。
8.根据权利要求1所述的等离子体喷头，其特征在于，所述内电极以及接地电极的长度均至少大于气刀的气隙的有效长度10-20mm。
9.一种应用权利要求1至8中任一项所述的等离子体喷头的大幅面等离子体表面处理机，其特征在于，机架上安装有等离子体喷头和固定平台，等离子体喷头的喷口朝向固定平台，单张式基材固定在固定平台上，等离子体喷头以预设的速度扫描基材，扫描完后更换新基材。
10.一种应用权利要求1至8中任一项所述的等离子体喷头的大幅面等离子体表面处理机，其特征在于，机架上安装有等离子体喷头和传动辊，等离子体喷头的喷口朝向传动辊上的卷筒式基材，所述等离子体喷头固定，传动辊以预设速度传送卷筒式基材。
专利摘要本实用新型提供一种等离子体喷头及应用该喷头的大幅面等离子体表面处理机，该喷头包括气刀，气刀内沿其长度方向贯穿有气隙；接地电极，安装于气刀的下方，接地电极内也设有气隙，所述气刀内的气隙向气刀的下方延伸并与接地电极内的气隙相连通，所述接地电极的下部设有等离子体处理区；内电极，其沿着接地电极的长度方向安装于接地电极内，内电极的外侧设有电介质，电介质与接地电极的内壁之间为等离子体放电区，所述接地电极内的气隙、等离子体放电区与等离子体处理区依次连通；以及高压电源，与所述内电极相连接。本实用新型处理强度强、效果保持时间长、适合于金属、薄膜、皮革等大多数包装材料，大幅面(100mm-2000mm)，可实现间歇式或联线式处理。
文档编号B08B7/00GK202332782SQ201120432180
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者李丽香, 汤文杰, 褚庭亮, 许文才 申请人:中国印刷科学技术研究所