用于施加表面涂层的装置和方法
【专利说明】用于施加表面涂层的装置和方法
[0001] 本发明涉及用于施加表面涂层的装置和使用装置施加表面涂层的方法并且特别 地，但是非排它地，涉及用于将保护性聚合物涂层沉积到织物（fabric)上的装置和方法。
[0002] 如本申请中使用的词织物包括为非编织的以及编织的或者针织的纺织品 (textile)的材料，其可被制成制品（article)例如用于在日常使用中、在工业环境中、在 个人防护设备（PPE)中、在运动和休闲环境等中的应用的服饰物品（item)。织物还可制成 的其它制品为日用品，例如背包、伞、帐篷、窗帘（百叶窗，blinds)、纱窗（银幕，screen)、遮 篷（canopy)、挂毯（tapestry)、家用纺织品、睡袋等。织物也可用作例如用在加热、通风或 者空气调节（HVAC)系统中、或者用在废气（exhaust)过滤器、柴油机过滤器、液体过滤器、 用于医学应用的过滤介质等等中的过滤介质制品。经常地，在HVAC应用中，织物未被编织、 针织或者以其它方式形成为具有规则的纤维结构或者规则的纤维排列的材料。本发明的方 法和工艺可应用于所有这样的织物。
[0003] 已知为了保护织物免受磨损例如在日常使用期间或者在反复的洗涤循环期间经 历的磨损，将织物用涂层例如聚合物涂层涂布。
[0004] 还已知使用卷筒到卷筒（roll to roll)系统对织物材料片进行涂布。现有技术 的卷筒到卷筒系统典型地包括电极排列例如图2和3中显示的那些。在这样的排列中，单 体聚合到在电极层之间引导的织物材料片的单侧上。因此，为了涂布织物材料片的两侧，必 须一旦已经在该片的第一侧上沉积了涂层就将卷筒移除，将该卷筒翻转180度，并且将该 片材料再一次地在电极层之间引导以对该片的对应（相反，obverse)侧（即第二侧）进行 涂布。如将领会的，该方法涉及显著量的加工时间来对织物的各侧进行涂布。而且，该方法 涉及由于将卷筒装载于装置中和将卷筒从装置卸载引起的损失的加工时间。
[0005] 现有技术文献还描述了使用载气例如惰性气体例如氦气、氮气或氩气产生等离子 体气体。载气经常以如下比率使用：其表明使用比单体气体多得多的载气，例如10:1。
[0006] 本发明的非排它性方面提供用于提高涂层品质和减少涂布所需要的时间的装置 和方法。
[0007] 在第一方面中，本发明提供用于将织物片用聚合物层涂布的等离子体腔室，所述 织物例如纺织品材料，所述等离子体腔室包括在等离子体腔室内相继地排列的多个电极 层，其中至少两个相邻的电极层为射频电极层（RF)或者至少两个相邻的电极层为接地电 极层（M)。
[0008] 在本发明的另一方面中，提供用于将织物片用聚合物层涂布的等离子体腔室，所 述织物例如纺织品材料，所述等离子体腔室具有在等离子体腔室内相继地排列的各自具有 大体上（通常）平的或者板状形式的多个电极层，其中至少两个相邻的电极层为射频电极 层或接地电极层。
[0009] 优选地，所述至少两个相邻的电极层为射频电极层。
[0010] 优选地，外部的一对电极层（电极层的外部对）为接地电极层。
[0011] 在本发明的另一方面中，提供具有至少两对电极层的等离子体腔室，和其中外部 的一对电极层为接地电极层或射频电极层。
[0012] 优选地，等离子体腔室包括一对射频电极层和一对接地电极层，例如具有排列M/ RF/RF/M或者RF/M/M/RF，其中'M'表示接地电极，'RF'表示射频电极，和其中'/'表示其 中织物在电极层之间通过（pass)的位置。
[0013] 优选地，等离子体腔室包括另外（更多）对的射频或接地电极层，例如具有排列 RF/M/RF/RF/M/RF 或 M/RF/M/M/RF/M 或 M/RF/M/RF/RF/M/RF/M 或 RF/M/RF/M/M/RF/M/RF 或 RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF 或 M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M 或 M/RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/ M/RF/M 或 RF/M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M/RF 等。
[0014] 在替代的实施方式中，等离子体腔室可包括第一电极组和第二电极组，所述第一 和第二电极组排列在用于接收织物的通道的两侧（任一侧）。
[0015] 优选地，所述第一和第二电极组之一或者两者包括内部电极层和一对外部电极 层。
[0016] 优选地，内部电极层为射频电极和外部电极层为接地电极，例如具有排列M*RF*M/ M*RF*M 或 M*RF*M/M*RF*M/M*RF*M 等。
[0017] 替代地，内部电极层可为接地电极和外部电极层可为射频电极，例如具有排列 RF*M*RF/RF*M*RF 或者 RF*M*RF/RF*M*RF/RF*M*RF 等。
[0018] 优选地，等离子体腔室可包括另外的电极组，例如第三、第四、第五和第六电极组 等。例如当增加第三电极组时，例如M*RF*M/M*RF*M/M*RF*M，在两个通过中织物在各侧上均 被涂布。
[0019] 在本发明的所有实施方式，当电极层为射频型时，该电极层还可包括热量调节工 具，例如用于接收热量调节剂流体的中空部分例如管子。
[0020] 当电极层为接地型时，该电极层不需要包括热量调节工具。因此，该类型的电极层 可仅仅包括平的板、网或者其它当邻近于射频电极层排列时适合于产生等离子体的配置。
[0021] 所述电极层优选为平的或者板形式。这样的配置一个优点是，所产生的等离子体 是跨越电极组的表面基本上均匀的。因此，单体聚合到基底上的速率在基底上的任何给定 点处是相同的，导致提高的均匀性等。
[0022] 优选地，热量调节工具包括遵循如下路径的管道（tubing):其自身以规则的间隔 弯曲约180°以提供在维度上基本上平的电极。
[0023] 优选地，热量调节工具包括约2. 5-100mm，更优选约5-50mm，甚至更优选约 5_30mm，比方说最高达25、20或15mm、例如IOmm的直径。
[0024] 优选地，热量调节工具具有约0· l-10mm、更优选约0· 25-5mm、甚至更优选约 0. 25-2. 5mm、比方说I. 5mm的壁厚。
[0025] 优选地，弯曲之前和之后的热量调节工具之间的距离为热量调节工具的直径的 1-10倍、比方说热量调节工具的直径的约3-8例如5倍。
[0026] 优选地，热量调节工具包括传导性材料例如金属，例如铝、不锈钢或铜。可想到其 它合适的传导性材料。
[0027] 优选地，所述或各射频电极产生20kHz-2. 45GHz、更优选40kHz-13. 56MHz的频率 的高频电场，优选13. 56MHz。
[0028] 优选地，等离子体腔室进一步包括用于将各电极或各电极组定位在对于等离子体 腔室的期望的位置处的定位和/或紧固（securing)工具例如一个或多个连接板和/或腔 室壁。
[0029] 优选地，所述定位和/或紧固工具是能从等离子体腔室移除的，例如定位和/或紧 固工具是能以滑动方式从等离子体腔室移除的。
[0030] 优选地，等离子体腔室包括用于将单体引入至等离子体腔室的一个或多个入口。
[0031] 优选地，各入口将单体进料到单体分配系统，所述单体分配系统将单体跨越腔室 均匀地分配。例如，单体入口可进料到对腔室进行进料的歧管中。
[0032] 优选地，蒸发的单体能够轰击（出）（strike)等离子体并且从而基本上消除对使 用惰性气体例如氦气、氮气或氩气作为载气的需要。
[0033] 然而，申请人发现，在一些情况下，少量载气的添加导致等离子体腔室内等离子体 的更好稳定性，从而提供涂布层的更均匀的厚度。载气对单体的比率优选地等于或小于 1:4〇
[0034] 优选地，载气为惰性气体例如氦气或氩气。
[0035] 优选地，载气和单体在进入工艺腔室之前混合在一起，以在加工之前提供载气和 单体的改善的混合物。
[0036] 所述装置还包括单体蒸气供应系统。使单体以受控方式蒸发。将受控量的该蒸气 进料到等离子体腔室中，优选地通过温度受控的供应管线。
[0037] 优选地，将单体在50°C -180°C的范围中、更优选在100°C -150°C的范围中的温度 下蒸发，最佳温度取决于单体的物理特性。可根据斜线（ramped)(向上或向下）温度曲线 对供应管线的至少一部分进行温度控制。该温度曲线典型地对于供应管线的末端具有处于 比其中单体蒸发的点高的温度的低端。在真空腔室中，单体将膨胀并且防止在该真空腔室 中和在泵的下游冷凝所需的温度将典型地比该供应管线的温度低得多。
[0038] 在其中使用少量载气的那些情况中，载气可从气瓶、罐或者储器递送。通过质量流 量控制器控制其流速。在通过质量流量控制器之后，载气与已经通过流量控制器的单体一 起被进料到单体供应管线中，以建立稳定的单体流和稳定的载气流。
[0039] 优选的是，在电极和待涂布的织物的表面之间保持数mm，更优选lO-lOOmm，例如 10_90mm，比方说小于80、70、60或50mm，最优选15_50mm的最小距离。
[0040] 优选地，等离子体腔室还包括用于在使用时将织物片在各电极层之间引导的多个 辊。
[0041] 优选地，对所述辊进行加热以避免其中单体可冷凝的冷点的存在。优选地，将所述 辊如下进行加热：从约20°C的室温到85°C、更优选从25到70°C、例如30到60°C。优选地， 将所述辊通过水、油或其它液体或者其组合、最优选水进行加热。优选地，所述辊设置有温 度控制工具以调节温度以避免显著的温差。
[0042] 优选地，所述辊可划分成两类：测力仪（称重传感器，load cell)和正常（normal) 辊。对于刚性纺织品材料例如厚的膜（film)或箔（薄片，foil)，所述辊不需要被单独驱 动。以一定速度驱动卷绕辊是足够的，并且所有其它辊将由于卷绕运动而开始转动。
[0043] 对于更脆性的材料例如服饰纺织品和过滤材料，大多数或者所有的辊被单独地驱 动以避免由于过度的张力引起的织物或材料的损坏或者纺织品材料片的破裂。优选地，对 于最脆性的材料例如薄膜（membrane)或薄的松散（开放，open)结构化的无纺物，所述棍 均是单独地或作为一个组驱动的并且可单独地或者作为一个组进行微调，例如