专利名称：使用低压等离子体的橡胶表面处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用低压等离子体的材料表面处理，并且特别地涉及橡胶的表面处理，其用于所述表面的改性以得到某些期望的表面性质。
背景技术：
在所有种类的车辆轮胎的制造中，将包含若干未硫化橡胶化合物的层的轮胎毛坯或“生胎”置于金属模中，所述金属模产生所述轮胎的外形，即轮廓、侦彳壁几何形状和胎面图案。为了将未硫化的轮胎毛坯压到金属模外形中，将胶囊(bladder)放置在所述生胎之内并且用热的蒸汽加压。所述胶囊通过加压的热蒸汽将生胎压入所述模的空腔中，并且加热所述生胎从而使它硫化。所述胶囊通常由橡胶构成。取决于轮胎尺寸和轮胎类型，该エ艺可能进行约20-30分钟。·
为了防止生胎在硫化工艺期间粘附到所述胶囊上，将脱模剂施加到所述胶囊与生胎接触的表面。如果没有将脱模剂施用于所述胶囊或者施用不足，可能会难于或不可能将所述胶囊从硫化的轮胎分离。一个胶囊可以用来生产约400-600个轮胎，在这之后由于强度和老化原因，它将会被替换并丢弃。基于硅氧烷或滑石而组成的脱模剂是经常使用的。实际上在几次(比如4-6次)硫化之后，必须再次施加脱模剂，这是因为在胶囊上的一些脱模剂转移到所得到轮胎的内部(内衬)。留在轮胎内部的脱模剂可能会引起问题，特别是如果例如在后来要将材料或部件施加到所述内衬上时。这样的材料的例子是用于修复并密封刺伤的密封物质。这只能在所述内衬上没有脱模剂的情况下起作用。另ー个例子是测量设备，例如用于轮胎温度測定的设备。因此，要使用昂贵且高耗能的エ艺和污染性的清洁剂来浄化所述内衬的表面。但即使是洗涤也只能适用于某些脱模剂，这是不能令人满意的。另ー个例子是ー些汽车制造厂在所述内衬上粘附泡沫吸声材料的条带以降低轮胎噪音。目前只能对所述泡沫材料将要粘贴的区域进行机械粗糙化，而这会损伤所述内衬。申请人:开发了方法和材料，例如胶状或触变材料，用于施加到轮胎的内衬上，其目的是平衡轮胎和/或其上设置轮胎的车轮。为了约束这样的材料，在内衬上施加肋线并且在施加所述肋线前需要浄化所述内衬和去除任何脱模剂。已经试验和应用了不同的措施例如-用溶剂净化-用高压净化器浄化-施用底漆-内衬的机械粗糙化。热塑性材料和弾性体的等离子体处理是已知的。但是，为了改性所述表面从而使其它材料例如油漆以及其它表面处理能在之后很好地粘附。ー个典型例子是汽车エ业，其中如车身部件(例如减震器)用低压等离子体处理以实现涂漆在所述车身部件上优良的粘附。这些减震器典型地由PP或EPDM制成，并且其它材料不能良好地粘附到这些材料上，这些材料的减震器通常不能持久地涂漆。通过低压等离子体处理，它们的表面被改性从而使涂漆良好地粘附。这样的改性通常在氧等离子体中进行。美国专利6，488，992公开了包含0形圈的弾性体密封可以具有化学耐受的薄膜，其通过等离子聚合技术施加到所述弾性体的表面，增强了弹所述性体的耐磨性和环境耐性且没有改变所述弾性体的物理性能。所述薄膜可以是在射频/微波双重的动カ源反应器中通过等离子沉积施用的硅烷聚合物。美国专利5，198，033公开了ー种用于处理带还(strip-stock)材料(例如管、线、网等)的等离子体处理设备，其通过使带坯移动穿过所述设备的等离子体处理区而提供改进的表面处理一致性，同时将所述材料上的张カ维持在预定范围内。美国专利申请2009/289396公开了ー种用于循环利用聚合材料特别是例如源自
于轮胎等的硫化橡胶的方法，其包括得到衍生自先前的制造物或产品的颗粒形式的固态聚合物材料。将所述聚合物颗粒暴露于流体处理介质，所述处理介质化学改性所述颗粒表面以提供化学活化的颗粒表面，同时维持所述颗粒内部的聚合物性质。所述表面活化的聚合物颗粒与可流动的粘合剂或粘结材料相结合。然后所述粘合剂或粘结材料与表面-活化的聚合物颗粒密切接触而固化、干燥或硬化，以形成合并了所述循环聚合物颗粒的材料体，所述颗粒具有与所述固化、干燥或硬化的粘合剂或粘结材料结合的表面。用这种方法，可以将大比例的颗粒材料循环利用到新产品之中，其显示出良好的性能，例如弾性性能。美国专利4，214，014公开了用于硬质或脱水的亲水性接触镜的表面处理，以降低杂质在其上的沉积，包含在所述透镜成型和抛光之后使其经历气体放电(例如在氧气气氛中)。W000/01528A1提供了用于使用等离子体表面改性来对特殊表面进行化学改性的方法。用于制备具有至少两个部件的鞋类的方法涉及使用等离子体表面改性对部件的表面进行化学改性。然后所述改性的部件表面被粘附到另一个部件表面。通过该技术将官能团(包含氯、氧和胺官能团)增加到所述部件表面。通过使用等离子体表面改性来化学改性基材的表面以包含氯和氧的官能团、氯和胺官能团、或者胺和氧官能团，增强了所述基材的粘附。本发明概述本发明提供了ー种使用低压等离子体来改性胶囊表面和其它包含橡胶材料的物体表面的方法。为了产生所述低压等离子体，优选使用(含)氟气体，例如处于低压例如
0.3mbar的四氟甲烧和六氟こ烧。该方法赋予所述橡胶表面在与其它材料接触时的高度排斥性质。特别可以使用本发明方法处理用作生产车辆轮胎的橡胶胶囊以得到高度排斥的性能，从而当其与生胎内衬的橡胶混合物接触吋，将没有或者仅有很小的粘附并且所述胶囊可以从硫化的轮胎分离。因为(含)氟气体被用作等离子体气体，所以橡胶材料的表面被钝化从而使其它材料不会粘附。这些通过等离子体气体的表面改性只可能在非常薄的表面层中，通常层厚度在纳米范围内。但是试验显示，这样的厚度至少对于处理用于制造车辆轮胎的表面来说是足够的。以通常的生产參数进行硫化试验并且人们发现即使在500次试验硫化(其对应于胶囊的使用寿命)之后仍然会有相同的排斥效应。通过使用被本发明方法处理的胶囊，轮胎制造者将会避免大约每生产五个轮胎就用脱模剂涂覆胶囊的重复手工エ艺。因此本发明节省了劳动和时间，避免了脱模剂的使用。并且对工作地点和制造机械以及环境无污染。还避免了有时不能令人满意的从内衬去除脱模剂的复杂过程。
附图是说明用来施行本发明所述方法的系统的示意图。发明的详细说明在本说明书中所述的“包含”、“包括”或“含有”是指对于所提到的元素、整体或步骤，或者是元素、整体或步骤的组的包涵，但不是对其它元素、整体或步骤，或者是元素、整体或步骤的组的排除。在附图中显示了具有气密室11的系统10，所述气密室的体积足以接收ー个或多个要被处理的物体。真空泵12连接到室11并且可被控制以抽空所述室11。为了供给易于形成等离子体的气体，提供了气体供应，例如以金属容器13的形式，通过可控气体入口阀14到室11。可以控制高频发生器15以产生高频电信号并将所述高频电信号馈送到室11内部的电极16，从而使所述室中的气体形成等离子体。通过真空泵12和/或气体入口阀14的适当操作建立并维持适于在所述室11中形成并维持等离子体的气体低压。为了让大气空气进入室11，提供了空气进ロ阀17。可被用于进行本发明所述方法的系统10的一个例子是可从DienerelectronicGmbH+Co. KG(Nagolderstrasse 61, D-72224Ebhausen,德国)得到的TETRA-150-LF-PC系统。对于较小的部件可以使用他们的TETRA 30系列系统。当然也可使用来自其它供应者的一种或多种专门设计和建造的低压等离子体装置。可以用于进行本发明所述方法的系统10的另ー实例是系统TF 5000PC。附图还显示了在所述系统中要被处理的物体20。所显示的物体20是在制造车辆轮胎エ艺中使用的胶囊。所述胶囊包含橡胶材料，所述橡胶材料的表面要被处理以获得所期望排斥性能，从而防止对使用所述胶囊生产的轮胎内衬的粘附。其它橡胶物体也可以处理以获得排斥的性质。当物体20处于室11中时，控制真空泵12以从所述室排出空气。当在所述室中获得适合的低压时，控制气体入口阀14打开并让气体从气体供应容器13进入到室11中。在这个例子中，要处理的物体20是包含橡胶材料的胶囊，所述气体包含氟气体例如四氟甲烷或六氟こ烷或其混合物，并且压力应该是低的，例如0. 3mbar。另ー气体可以包括(含)氟气体例如四氟甲烷或六氟こ烷、三氟化氮(NF3)或其混合物。压カ应该是低的，例如大约0. 3mbar-0. 5mbar。然后控制高频发生器15以产生高频电信号，其被送到室11内部的电极16，并在所述室中的产生电磁场。所述高频电信号的频率适于使所述室中的氟气体形成等离子体并且可以在kHz、MHz或GHz的范围内。处理的时间取决于期望的结果和电磁场的強度。氟气体等离子体以纳米范围的厚度对所述物体的表面进行改性。在所述物体是胶囊的情况下，优选所获得的改性表面层的厚度能够在预期使用条件下持续到所述胶囊的预期寿命。在对应于商业使用的胶囊的样品上进行的试验显示有可能获得持久的排斥性质，其将会持续数百次对车辆轮胎的硫化，即对应于商业使用的胶囊的寿命。这意味着胶囊在其预期寿命中将不需要任何重复的或“补充”处理并且只需要进行初始的处理。在如上所述的商业系统中的试验显示小于I小时的处理时间是足够的。其它试验显示45分钟的处理时间是足够的。由于等离子体处理的胶囊将被充气，该装置在轮胎生产エ艺中被伸展，所述胶囊的低压等离子体处理区域也将被伸展及通过所述伸展而变得更薄。本发明的ー个改进是在伸展位置对所述胶囊进行等离子体处理，这意味着将所述胶囊以伸展的形式放置到室11中并且对所述伸展的胶囊运行等离子体处理工艺。所述伸展可以通过机械手段来实行。在这种情况下，要使用机械伸展装置，当其在轮胎制造エ艺中作用于胶囊时，会以相同或者类似的方式来伸展所述胶囊。还可以通过所述胶囊内部的空气或者气体压力来实行伸展。在这种情况下，要通过封闭装置关闭所述胶囊的开ロ。空气或者气体压力可以由所述封闭装置的空气入口施加到所述胶囊，从而当其在轮胎制造エ艺中作用于胶囊时，能以相同的方式来伸展所述胶囊。 用于伸展胶囊的另ー个可能方式包括将橡胶软管放入所述胶囊的内部，将空气或者气体压カ充入所述软管，并且当其在轮胎制造エ艺中作用于所述胶囊时用所述充气软管以相同或者类似的方式伸展所述胶囊。关于在低压处理前软管中或胶囊内部的空气压カ的量，还要考虑由于真空室中存在的低压而引起的额外的膨胀。
权利要求
1.一种处理包含橡胶材料的物体的表面的方法，包含 -使所述表面经历低压下的气体，其中所述气体易于形成等离子体；和 -使所述气体形成等离子体。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述气体是含氟气体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述含氟气体含有四氟甲烷和/或六氟乙烷。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物体是用于制造车辆轮胎工艺的月父囊。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中施行所述处理直到获得橡胶材料的表面层，所述表面层具有由所述处理改性的性能，并具有与所述物体的预期寿命相当的预期寿命。
6.根据前述权利要求4或5所述的方法，其中施行所述处理直到获得橡胶材料的表面层，所述表面层具有由所述处理改性的性能，其具有与所述物体的预期寿命相当的预期寿命并且其中所述胶囊在等离子体处理期间处于伸展位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述伸展是通过机械手段而实行的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述伸展是通过所述胶囊内部的空气或者气体压力而实行的。
9.一种包含橡胶材料的物体，其具有使用前述权利要求中任一项所述的方法获得的表面。
10.根据权利要求9所述的物体，所述物体是用在制造车辆轮胎工艺中的胶囊。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的物体，所述物体是使用根据权利要求5和6中任一项所述方法而获得的胶囊。
12.根据权利要求9、10和11中任一项所述的物体，其中所述伸展以机械方式施行从而当其在轮胎制造工艺中作用于胶囊时以相同或类似的方式来伸展所述胶囊。
13.根据权利要求9和/或10和/或11中任一项所述的物体，其中所述伸展使用压缩空气或气体以气动方式施行从而当其在轮胎制造工艺中作用于胶囊时以相同或类似的方式来伸展所述胶囊。
全文摘要
一种处理包含橡胶材料的物体并特别地是用于制造车辆轮胎工艺中的胶囊的表面的方法。所述方法包含使所述表面经历低压下的易于形成等离子体的气体，并使所述气体形成等离子体。为了获得所述橡胶材料表面的排斥性质，使用了(含)氟气体例如四氟甲烷或六氟乙烷。优选所述处理被进行直到获得所述橡胶材料具有被所述处理改性的性能的表面层，所述表面层的预期寿命与所述的预期寿命相当。
文档编号B29C59/14GK102958674SQ201180031605
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月25日
发明者阿尔温·龙兰 申请人:拉尔斯·贝蒂尔·卡内哈马尔