专利名称：冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子体表面改性技术应用的装置和方法。特别是应用电容式耦合辉光放电产生的冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置，包括电极、一个由带底盘的园筒4和园筒4的一端通过法兰3与密封圈联接固定的密封门2组成的反应室壳体，其中反应室园筒侧壁上设有放气口14、抽气口9、进气口7、真空测量接口5，真空泵通过真空管道与抽气口9密封连通；真空测量接口5通过真空管道与真空测量部件连接；其特征在于还包括一对内电极81、两个动态真空密封接头11、传动轴10、绝缘板6和电场强度调节件15；其中内电极81通过绝缘柱16固定在反应室内壁上；两个动态真空密封接头11焊接在园筒4的底盘上，传动轴10与动态真空密封接头11动态联接，传动轴的转速由外接转速控制部件通过动态真空密封接头11相连接，实现控制转速；在反应室内壁上对称设置一对电源导电柱12，导电柱12与电极81相联接；反应室内壁上有绝缘柱16，通过绝缘柱16将绝缘板6和电场强度调节件15固定在反应室内壁与内电极81之间。绝缘板6的设置是为了电极与反应室内壁之间的绝缘；电场强度调节件15的设置是为了降低电场强度，以避免电极与反应室壁之间的放电。
还包括在密封门上设置一观测用的观察窗。
所述的反应室内径大于1000mm、长度大于1500mm，可根据需要设计反应室大小。
所述的金属电极及电场强度调节件包括由不锈钢、铝、黄铜等金属材料做成弧形板状。
所述的绝缘板包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子材料构成。
本实用新型的优点在于本实用新型提供一种大容量、大体积、全金属的等离子体处理装置，该反应室内径大于500mm、长度大于800mm足以容纳大体积的工业部件，不仅实现能处理大体积的工业部件外，而且能大批量地处理工件，从而为工业化的生产提供一种全新的生产工艺方法，尤其是在处理汽车内装饰聚合物材料和电池隔膜材料(聚丙烯等)等方面取得了显著的效果，如表(1)和表(2)所示，有较高的生产效率。例如为了提高汽车内装饰聚合物部件的粘接问题，以前的预处理方法是通过打磨和丙酮清洗，再上胶热合，产品的撕剥力只能达到20(N)，而经过等离子体处理后，粘接性能获得显著的提高，如表(1)所示。再如等离子体处理在电池隔膜材料方面的应用也大有可为，由于绿色环保的要求，污染环境的镉镍电池将要退出市场，而锂电池又价格昂贵，所以成为三分天下的镍氢电池将成为21世纪能源领域的重大产业之一。镍氢电池中的隔膜材料(超细纤维聚丙烯)的品质对镍氢电池的质量影响很大，要求耐酸、耐碱，耐腐蚀，以及吸液速率和容量都要达到一定要求。人们曾用氟或者伽玛辐照等方法来处理，但均不满意，本实用新型采用等离子体处理和等离子体引发接枝聚合方法，使各项性能达到或超过国际水平，如表(2)所示。
反应室壳体采用内径为1800mm、长度为3500mm带底盘的不锈钢园筒4制作，密封门2通过橡胶密封圈与门法兰盘3固定在反应器园筒4的一端口上构成反应室。不锈钢园筒4筒壁上设有抽气口9、进气口7、放气口14和真空测量接口5，以便用于测量真空度。反应室左端的密封门2上设有观察窗1反应室的另一端底盘上设有两个动态真空密封接头11其传动轴10，其中动态真空密封接头11采用市场上购买的威尔逊接头，并焊接在不锈钢园筒4的底盘上；常规传动轴10通过威尔逊接头11与外接电机相联结，从而可改变转速。传动轴作用于在等离子体改性过程中，工件可在反应室中收卷和放卷，以增加处理工件的数量，实现大批量工件的连续处理的目的。反应室内部对称设有一对呈弧形平板状的不锈钢内电极81，反应室内壁与电极之间设有一对聚丙烯绝缘板6和一对不锈钢电场强度调节件15；该电极81、绝缘板6和电场强度调节件15均通过绝缘柱16固定在反应室内壁上，而电极通过导电柱12和外界电源相联；如图(3)中绝缘板6、内电极81、导电柱12和电场强度调节件15所示。真空泵通过真空管道与抽气口9密封连接；真空测量接口5通过真空管道与真空测量部件连接；然后，整个反应室固定在金属机座13上。
利用实施例1制作的冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置，对原材料为聚丙烯材料的汽车内装饰部件进行了等离子体表面改性处理，其具体的方法如下(1)打开反应室的密封门，放入待处理的聚丙烯材料的汽车内装饰部件，关闭密封门；(2)然后启动真空泵，对反应室抽真空并预热射频电源，当反应室内的本底真空达到1-50Pa后，打开工作气体充气阀门，对反应室充气到10Pa-500Pa；(3)启动射频电源，并调节电源功率达100W-10kW时，反应室内起辉，表明等离子体已经产生，开始对工件进行等离子体处理，处理时间可根据不同样品来设定，如5秒-30分钟；(4)处理结束之后，关闭射频电源开关，关闭充气阀门，打开放气阀门，直到反应室内处于大气状态时，打开密封门，取出工件。
有些工件在等离子体处理结束之后，还需进行等离子体诱导引发接枝聚合。
由于等离子体是含有电子、离子、激发态的分子、原子及各类自由基等多种活性粒子的物质第四态，这些粒子对聚合物的作用，引起聚合物表面发生物理和化学组分及化学结构的变化，从而达到表面改性的目的。尤其是在处理汽车内装饰聚合物材料和电池隔膜材料(聚丙烯等)等方面取得了显著的效果，如表(1)和表(2)所示。
表(1)华翔M1项目等离子体处理产品粘接情况汇总表
*ECU侧口盖板为聚丙烯材料。
表(2)H-Ni电池隔膜性能表
●本实用新型的实验结果。
权利要求1.一种冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置，包括电极、一个由带底盘的园筒(4)和园筒(4)的一端通过法兰(3)与密封圈联接固定的密封门(2)组成的反应室壳体，其中反应室园筒侧壁上设有放气口(14)、抽气口(9)、进气口(7)、真空测量接口(5)，真空泵通过真空管道与抽气口(9)密封连接；真空测量接口(5)通过真空管道与真空测量部件连接；其特征在于还包括两个动态真空密封接头(11)、传动轴(10)、绝缘板(6)和电场强度调节件(15)；其中两个动态真空密封接头(11)焊接在园筒(4)的底盘上，传动轴(10)与动态真空密封接头(11)动态联接，传动轴与外接转速控制部件通过动态真空密封接头(11)相连接；所述的电极是一对内电极(81)，在反应室内壁上对称设置一对电源导电柱(12)，导电柱(12)与电极(81)相联接；反应室内壁上有一绝缘柱(16)，通过绝缘柱(16)固定绝缘板(6)和电场强度调节件(15)在反应室内壁与内电极(81)之间。
2.按权利要求1所述的冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置，其特征在于所述的反应室内径大于1000mm、长度大于1500mm。
3.按权利要求1所述的冷等离子体对各类高分子材料进行表而改性的装置，其特征在于所述的金属电极及电场强度调节件包括由不锈钢、铝、黄铜等金属材料做成弧形平板状、半月形板状。
专利摘要本实用新型涉及一种冷等离子体对各类高分子材料进行表面改性的装置，包括电极、一带底盘的圆筒和圆筒的一端通过法兰与密封圈联接固定的密封门组成的反应室壳体，壳体上设有放气口、抽气口、进气口、真空测量接口，真空泵通过真空管道与抽气口密封连接；真空测量接口通过真空管道与真空测量部件连接；还包括两个动态真空密封接头焊接在圆筒的底盘上，传动轴与动态真空密封接头动态联接，一外接转速控制部件与动态真空密封接头相连接；所述的电极是一对内电极，在反应室内壁上对称设置一对电源导电柱和一绝缘柱，导电柱与电极联接；绝缘柱将绝缘板和电场强度调节件固定在反应室内壁与内电极之间。实现能批量地处理大体积的工业部件。
文档编号B29C59/16GK2598741SQ0323967
公开日2004年1月14日 申请日期2003年3月4日 优先权日2003年3月4日
发明者胡建芳, 吴萍 申请人:胡建芳, 吴萍