表面处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及材料处理技术领域，具体而言，涉及一种表面处理装置。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，在当代社会，复合材料的品种越来越多，应用也越来越广，重要性越来越突出。特别的，在航空航天、高速铁路、国防军事、生物医学、电子电气等高新技术领域有着举足轻重的地位。有一些高性能增强材料(如芳纶纤维、碳纤维)的表面呈现较高的化学惰性，导致其与基体的结合能力较差，因此复合材料的优异性能无法充分发挥。
3.为了充分发挥复合材料的优异性能，需要进行表面处理，以改善增强材料与基体的界面结合状况。常用的表面处理方法有热处理、化学氧化、偶联剂、离子溅射、电子束、辐照、电晕修饰和等离子体处理等。其中，等离子体表面改性技术具有不影响材料本体性能、处理效率高、清洁环保等优点，具有广阔的工业应用前景。在等离子体处理中，正负离子、原子、紫外辐射和自由基等活性物质与材料表面的分子发生碰撞，使得等离子体和材料表面之间产生大量的化学和物理相互作用。然而，等离子体的改性效果会随着存储时间的延长而迅速下降，进而降低了等离子体处理的效果。


技术实现要素：

4.鉴于此，本实用新型提出了一种表面处理装置，旨在解决现有技术中等离子体处理的改性效果会随着存储时间延长而下降的问题。
5.本实用新型提出了一种表面处理装置，该装置包括：第一导向辊、第二导向辊、等离子体处理装置和气相接枝处理装置；其中，第一导向辊和第二导向辊间隔设置，第一导向辊用于接收并传送待处理材料，第二导向辊用于接收并传送处理后的待处理材料；等离子体处理装置和气相接枝处理装置间隔地设置于第一导向辊和第二导向辊之间；等离子体处理装置靠近第一导向辊，用于对待处理材料进行等离子处理；气相接枝处理装置靠近第二导向辊，用于接收气体接枝反应物，气体接枝反应物与等离子处理后的待处理材料在气相接枝处理装置内进行气相接枝聚合处理。
6.进一步地，上述表面处理装置中，气相接枝处理装置包括：反应釜和第一气体调节机构；其中，反应釜开设有供待处理材料可滑动穿设的物料入口和物料出口，并且，反应釜还开设有第一进气口和第二进气口，第一进气口用于向反应釜内输送气体接枝反应物，第二进气口与第一气体调节机构相连接，第一气体调节机构用于在输送气体接枝反应物之前，向反应釜内输送调节气体，以使反应釜达到预设气氛。
7.进一步地，上述表面处理装置中，气相接枝处理装置还包括：多个导向轮；其中，各导向轮均可转动地设置于反应釜内，并且，各导向轮沿反应釜的高度方向呈螺旋状分布；物料入口靠近反应釜的底部开设，物料出口靠近反应釜的顶部开设；待处理材料沿反应釜的高度方向呈折线状依次可滑动地绕设于各导向轮。
8.进一步地，上述表面处理装置中，第一气体调节机构包括：用于存储调节气体的第
一气瓶、第一进气管和第一调节阀；其中，第一气瓶的出口通过第一进气管与第二进气口相连通，第一调节阀设置于第一进气管。
9.进一步地，上述表面处理装置中，等离子体处理装置包括：壳体、两个电极、两层阻挡电介质层和第二气体调节机构；其中，壳体开设有供待处理材料可滑动穿设的入口和出口；两个电极并列设置于壳体内，待处理材料可滑动地穿设于两个电极之间；两个电极相对的表面均设置一层阻挡电介质层，并且，两个电极均用于与电源系统相连接，电源系统用于对两个电极施加电流，以使两层阻挡电介质层之间产生等离子体；壳体还开设有供气口和排气口，供气口与第二气体调节机构相连接，第二气体调节机构用于向壳体内输送调节气体，以使壳体达到预设气氛；排气口用于排出等离子处理过程中产生的含有臭氧的热气。
10.进一步地，上述表面处理装置中，等离子体处理装置还包括：氧化反应腔体；其中，氧化反应腔体置于等离子体处理装置与气相接枝处理装置之间，氧化反应腔体开设有供待处理材料可滑动穿设的入口和出口，并且，氧化反应腔体还开设有输气口，输气口与排气口相连通，氧化反应腔体用于接收等离子处理后的待处理材料和含有臭氧的热气，以使等离子处理后的待处理材料与臭氧进行氧化反应，并将氧化反应后的待处理材料输出至气相接枝处理装置。
11.进一步地，上述表面处理装置还包括：控制装置；其中，输气口与排气口之间通过管道连通，管道设置有开关阀；控制装置与第一气体调节机构、第二气体调节机构和开关阀均电性连接，用于控制第一气体调节机构向反应釜内输送调节气体，并控制第二气体调节机构向壳体内输送调节气体，以及控制开关阀打开以向氧化反应腔体内输送含有臭氧的热气。
12.进一步地，上述表面处理装置中，第二气体调节机构包括：用于存储调节气体的第二气瓶、第二进气管和第二调节阀；其中，第二气瓶的出口通过第二进气管与供气口相连通，第二调节阀设置于第二进气管。
13.进一步地，上述表面处理装置还包括：速度控制机构；其中，速度控制机构设置于第一导向辊或者第二导向辊，用于控制待处理材料的传送速度。
14.本实用新型中，待处理材料在第一导向辊和第二导向辊之间传送，等离子体处理装置对待处理材料进行等离子处理，气相接枝处理装置对等离子处理后的待处理材料进行气相接枝聚合处理，这样，等离子处理之后能够在待处理材料表面进行刻蚀，并在刻蚀后与气体接枝反应物进行聚合处理，能够有效延长刻蚀的改性效果，提高了待处理材料的表面性能，获得了长期的改性效果，解决了现有技术中等离子体处理的改性效果会随着存储时间延长而下降的问题，并能使得待处理材料在反应过程中保持干燥状态，无需对处理后的待处理材料进行清洁。
附图说明
15.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
16.图1为本实用新型实施例提供的表面处理装置的结构示意图。
具体实施方式
17.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
18.参见图1，图1为本实用新型实施例提供的表面处理装置的结构示意图。如图所示，表面处理装置包括：第一导向辊(图中未示出)、第二导向辊(图中未示出)、等离子体处理装置1和气相接枝处理装置2。其中，第一导向辊和第二导向辊为间隔设置，第一导向辊用于接收待处理材料3，并对待处理材料3进行传送，具体地，第一导向辊可以接收其他设备传送的待处理材料3，该其他设备可以为放卷装置，也可以为其他处理装置，本实施例对此不作任何限制。
19.第二导向辊用于接收处理后的待处理材料3，并对处理后的待处理材料3进行传送。具体地，处理后的待处理材料3为进行了等离子处理和气相接枝聚合处理之后的待处理材料3。第二导向辊可以向其他设备传送处理后的待处理材料3，该其他设备可以为收卷装置以进行保存，也可以为其他处理装置以进行下一步处理，本实施例对此不作任何限制。
20.等离子体处理装置1和气相接枝处理装置2间隔地设置于第一导向辊和第二导向辊之间，等离子体处理装置1与气相接枝处理装置2之间间隔一定距离，该距离可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。
21.等离子体处理装置1靠近第一导向辊，等离子体处理装置1用于对待处理材料3进行等离子处理。气相接枝处理装置2靠近第二导向辊，气相接枝处理装置2用于接收气体接枝反应物。气体接枝反应物与等离子处理后的待处理材料3在气相接枝处理装置2内进行气相接枝聚合处理。
22.本实施例中，待处理材料3先进行等离子体处理之后再进行气相接枝聚合处理，等离子体在待处理材料3表面进行刻蚀，使得待处理材料3表面的基团与等离子体处理装置1中的气体中的h、o、n等元素发生反应，以形成活性中心，进而利于后续气相接枝聚合的改性处理，同时经过等离子体刻蚀后，待处理材料3表面的粗糙程度会增大，有利于增强待处理材料3的比表面积，以利于后续反应。经过气相接枝聚合后，待处理材料3表面的活性官能团能够长久保存，从而延长等离子处理效果的有效时间。待处理材料3在反应过程中保持干燥状态，充分发挥了气相法反应的优势，反应程度易于控制，待处理材料3表面不易聚集过量气体接枝反应物，处理后无需为了除去表面聚合物而进行清洁。
23.具体实施时，待处理材料3可以为连续长丝纤维、纤维织物、预浸料等。
24.可以看出，本实施例中，待处理材料3在第一导向辊和第二导向辊之间传送，等离子体处理装置1对待处理材料3进行等离子处理，气相接枝处理装置2对等离子处理后的待处理材料3进行气相接枝聚合处理，这样，等离子处理之后能够在待处理材料3表面进行刻蚀，并在刻蚀后与气体接枝反应物进行聚合处理，能够有效延长刻蚀的改性效果，提高了待处理材料3的表面性能，获得了长期的改性效果，解决了现有技术中等离子体处理的改性效果会随着存储时间延长而下降的问题，并能使得待处理材料3在反应过程中保持干燥状态，
无需对处理后的待处理材料3进行清洁。
25.继续参见图1，上述实施例中，气相接枝处理装置2可以包括：反应釜21和第一气体调节机构22。其中，反应釜21开设有物料入口和物料出口，该物料入口和物料出口用于供等离子处理后的待处理材料3可滑动地穿设。由于待处理材料3是在第一导向辊和第二导向辊之间传送，所以，等离子处理后的待处理材料3从物料入口滑动地进入反应釜21，再从物料出口滑动地输出反应釜21。
26.反应釜21还开设有第一进气口和第二进气口，第一进气口用于向反应釜21内输送气体接枝反应物，第二进气口与第一气体调节机构22相连接，在第一进气口向反应釜21内输送气体接枝反应物之前，第一气体调节机构22用于向反应釜21内输送调节气体，以使反应釜21的内部达到预设气氛，这样，能够有效排出反应釜21内原有的空气，使气相接枝聚合反应在合适的气氛环境下进行。
27.具体地，首先通过第一气体调节机构22和第二进气口向反应釜21内输送调节气体，以使反应釜21达到预设气氛。在达到预设气氛后，第一气体调节机构22停止向反应釜21内输送调节气体，通过第一进气口向反应釜21内输送气体接枝反应物，然后待处理材料3从物料入口输送至反应釜21内，待处理材料3与气体接枝反应物进行气相接枝聚合反应，最后将气相接枝聚合处理后的待处理材料3从物料出口输出反应釜21。
28.具体实施时，预设气氛可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。
29.具体实施时，第一进气口可以通过连接管道与接枝反应物容器相连通，接枝反应物容器内存储有接枝反应物，连接管道上设置有气体调节阀。对接枝反应物容器进行加热至沸点，然后打开气体调节阀，接枝反应物的蒸汽，即气体接枝反应物，经过连接管道和第一进气口输送至反应釜21内。
30.优选的，第一气体调节机构22包括：第一气瓶221、第一进气管222和第一调节阀223。其中，第一气瓶221用于存储调节气体，该调节气体可以为氮气、氩气等。第一气瓶221的出口与第一进气管222的一端相连通，第一进气管222的另一端与第二进气口相连通，第一调节阀223设置于第一进气管222。第一气瓶221通过第一进气管222和第二进气口向反应釜21内输送调节气体，第一调节阀223的开闭控制第一进气管222是否向反应釜21内输送调节气体。
31.优选的，气相接枝处理装置2还包括：多个导向轮23。其中，各导向轮23均可转动地设置于反应釜21内，并且，各导向轮23沿反应釜21的高度方向(图1所示的由上至下的方向)呈螺旋状分布。具体地，各导向轮23沿反应釜21的高度方向分为两列，每列中各导向轮23为间隔设置。在与反应釜21的高度方向向垂直的方向上，各导向轮23设置为多排，每排中只有一个导向轮23，相邻两排的导向轮23为交错设置，则各导向轮23沿反应釜21的高度方向呈交错错位设置，以形成螺旋状分布。
32.物料入口靠近反应釜21的底部(图1所示的下部)开设，物料出口靠近反应釜21的顶部(图1所示的上部)开设。待处理材料3沿反应釜21的高度方向呈折线状依次可滑动地绕设于各导向轮23，具体地，待处理材料3从物料入口输入后在反应釜21内依次可滑动地绕设于各导向轮23，并在绕设之后从物料出口输出。待处理材料3交替地沿第一方向和第二方向连续且依次穿设于各导向轮23之间，即待处理材料3从靠近物料入口处的导向轮23开始沿反应釜21的高度方向依次往返绕设于各导向轮23，以形成图1中反应釜21内的结构。其中，
第一方向和第二方向为两个相反的方向，并且，第一方向和第二方向均为与反应釜21的高度方向相垂直。
33.这样，物料入口在反应釜21的底部，物料出口在反应釜21的顶部，待处理材料3在各导向轮23之间往返滑动，能够有效延长待处理材料3在反应釜21内的停留时间，即延长了气相接枝聚合反应的时间，使得待处理材料3可在反应釜21内与气体接枝反应物进行充分、有效地气相接枝聚合反应，进而有效延长了刻蚀的改性效果，提高了待处理材料3的表面性能。
34.可以看出，本实施例中，气相接枝处理装置2的结构简单，便于实施，并能保证待处理材料3与气体接枝反应物进行充分地气相接枝聚合反应，有效地延长了刻蚀的改性效果。
35.继续参见图1，上述各实施例中，等离子体处理装置1包括：壳体11、两个电极12、两层阻挡电介质层13和第二气体调节机构14。其中，壳体11开设有入口和出口，该入口和出口均用于供待处理材料3可滑动地穿设。由于待处理材料3是在第一导向辊和第二导向辊之间传送，所以，待处理材料3从入口滑动地进入壳体11，再从出口滑动地输出壳体11。
36.两个电极12并列设置于壳体11内，两个电极12之间具有一定的距离，待处理材料3可滑动地穿设于两个电极12之间。具体地，入口和出口分别对应于两个电极12之间的间隙处，则待处理材料3从入口输入壳体11内可直接从两个电极12之间穿设，再从出口输出壳体11。
37.具体实施时，参见图1，壳体11可以呈长方体状，入口和出口可以开设于壳体11相对的两个侧壁，两个电极12分别对应于壳体11内相对的两个侧壁，并且，两个电极12设置的侧壁与入口和出口设置的侧壁为相邻的四个侧壁。也就是说，相对于图1而言，两个电极12分别对应于壳体11的上侧壁和下侧壁，入口和出口分别对应于壳体11的左侧壁和右侧壁，则入口和出口分别置于两个电极12的左右两侧且对应于两个电极12之间的间隙处。
38.具体实施时，两个电极12之间的距离可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。
39.两个电极12相对的表面均设置一层阻挡电介质层13，两层阻挡电介质层13之间仍然具有一定的间隙，以便于待处理材料3可滑动地穿设。两个电极12均用于与电源系统相连接，电源系统用于对两个电极12施加电流，以使两层阻挡电介质层13之间产生等离子体，则待处理材料3在穿设两层阻挡电介质层13之间时，产生的等离子体对待处理材料3进行处理。
40.具体实施时，电源系统对两个电极12施加高压、高频脉冲电流，则在两层阻挡电介质层13之间产生微通道放电，进而产生等离子体，等离子体对待处理材料3进行等离子处理，在此过程中会产生臭氧。
41.壳体11还开设有供气口和排气口，供气口与第二气体调节机构14相连接，第二气体调节机构14用于向壳体11内输送调节气体，以使壳体11的内部达到预设气氛。排气口用于将等离子处理过程产生的含有臭氧的热气排出，以防止电极12过热。
42.具体地，首先通过第二气体调节机构14和供气口向壳体11内输送调节气体，以使壳体11达到预设气氛。在达到预设气氛后，第二气体调节机构14持续通过供气口向壳体11内输送调节气体，并对待处理材料3进行等离子处理。
43.具体实施时，预设气氛可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。
44.具体实施时，壳体11的排气口可以与排气装置15的入口相连通，排气装置15用于抽取壳体11内的热气，并将热气输出。该热气中含有臭氧。这样，将壳体11内的热气排出，能够起到冷却降温的作用，避免壳体11内的电极12过热。
45.优选的，第二气体调节机构14包括：第二气瓶141、第二进气管142和第二调节阀143。其中，第二气瓶141用于存储调节气体，该调节气体可以为氮气、氩气等。第二气瓶141的出口与第二进气管142的一端相连通，第二进气管142的另一端与供气口相连通，第二调节阀143设置于第二进气管142。第二气瓶141通过第二进气管142和供气口向壳体11内输送调节气体，第二调节阀143的开闭控制第二进气管142是否向壳体11内输送调节气体。这样，通过向壳体11内输送调节气体，能够排出壳体11内原有的空气，使等离子处理的过程在合适的气氛环境下进行。
46.可以看出，本实施例中，等离子体处理装置1的结构简单，便于实施。
47.继续参见图1，上述实施例中，表面处理装置还包括：氧化反应腔体6。其中，氧化反应腔体6置于等离子体处理装置1与气相接枝处理装置2之间。氧化反应腔体6开设有入口和出口，该入口和出口均用于供等离子处理后的待处理材料3可滑动地穿设，即待处理材料3从入口滑动地进入壳体11，再从出口滑动地输出壳体11。
48.氧化反应腔体6还开设有输气口，该输气口与壳体11的排气口相连通，氧化反应腔体6用于接收等离子处理后的待处理材料3和排气口输出的含有臭氧的热气，以使等离子处理后的待处理材料3与臭氧进行氧化反应，并将氧化反应后的待处理材料3输出至气相接枝处理装置2。具体地，待处理材料3先输入至壳体11内进行等离子处理，等离子处理之后的待处理材料3输送至氧化反应腔体6内。并且，等离子处理过程中产生的含有臭氧的热气也输送至氧化反应腔体6内，这样在氧化反应腔体6内，待处理材料3与热气中的臭氧进行氧化反应。氧化反应后的待处理材料3输送至气相接枝处理装置2中，氧化反应后的待处理材料3与气体接枝反应物进行气相接枝聚合反应。
49.具体实施时，输气口与排气装置15的出口相连通，排气装置15将壳体11内的热气抽取，并输送至氧化反应腔体6内。
50.可以看出，本实施例中，将等离子处理过程中产生的热气输送至氧化反应腔体6内，热气中的臭氧与等离子处理之后的待处理材料3进行氧化反应，这样，待处理材料3的表面生成含氧官能团，能够有效地增加待处理材料3的表面性能，改善润湿性，进而利于后续气相接枝聚合的改性处理，提升了待处理材料3的改性处理效果，还能将壳体11内排出的废气进行循环利用，提高了能量利用率，同时起到了对壳体11进行降温的作用，避免电极12过热。
51.上述实施例中，表面处理装置还可以包括：控制装置4。其中，输气口与排气口之间通过管道连通，管道设置有开关阀。控制装置4与第一气体调节机构22、第二气体调节机构14和开关阀均电性连接，控制装置4用于控制第一气体调节机构22向反应釜21内输送调节气体，并同时控制第二气体调节机构14向壳体11内输送调节气体，以及控制开关阀打开以向氧化反应腔体6内输送含有臭氧的热气。
52.具体地，控制装置4与第一调节阀223、第二调节阀143和开关阀均电性连接，控制装置4通过控制第一调节阀223的开闭来确定是否向反应釜21内输送调节气体，并通过控制第二调节阀143的开闭来确定是否向壳体11内输送调节气体，还通过控制开关阀的开闭来
确定是否向氧化反应腔体6内输送热气。
53.可以看出，本实施例中，控制装置4对第一气体调节机构22、第二气体调节机构14和开关阀进行控制，实现了自动控制，便于控制反应程度，无需人工操控，简单方便。
54.上述各实施例中，表面处理装置还可以包括：速度控制机构5。其中，速度控制机构5设置于第一导向辊或者第二导向辊，速度控制机构5用于控制待处理材料3的传送速度。这样，能够准确控制待处理材料3的传送速度，确保待处理材料3被稳定地传送。
55.具体实施时，速度控制机构5还可以与控制装置4电性连接，控制装置4用于控制速度控制机构5调节待处理材料3的传送速度。
56.具体实施时，速度控制机构5可以包括：伺服电机和位移传感器，伺服电机与第一导向辊相连接，以驱动第一导向辊转动，进而传送待处理材料3。位移传感器检测待处理材料3的传送速度，位移传感器与控制装置4电性连接，控制装置4根据检测到的待处理材料3的传送速度控制伺服电机对第一导向辊的驱动。
57.具体实施时，表面处理装置还可以包括：显示界面。通过显示界面对速度控制机构5、电源系统、第一调节阀223、第二调节阀143和开关阀进行监控和控制。
58.综上所述，本实施例中，等离子处理之后能够在待处理材料3表面进行刻蚀，并在刻蚀后与气体接枝反应物进行聚合处理，能够有效延长刻蚀的改性效果，提高了待处理材料3的表面性能，获得了长期的改性效果，并能使得待处理材料3在反应过程中保持干燥状态，无需对处理后的待处理材料3进行清洁。该装置能够充分发挥气相接枝聚合反应的优势，还能保证处理后的待处理材料3进行长久保存，反应程度易于控制，可操作性强，可在常压下进行，适合工业化推广。
59.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
60.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
61.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。