用于施加表面涂層的裝置和方法
【專利說明】用于施加表面涂層的裝置和方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于施加表面涂層的裝置和使用裝置施加表面涂層的方法并且特別 地，但是非排它地，涉及用于將保護(hù)性聚合物涂層沉積到織物（fabric)上的裝置和方法。
[0002] 如本申請中使用的詞織物包括為非編織的以及編織的或者針織的紡織品 (textile)的材料，其可被制成制品（article)例如用于在日常使用中、在工業(yè)環(huán)境中、在 個人防護(hù)設(shè)備（PPE)中、在運(yùn)動和休閑環(huán)境等中的應(yīng)用的服飾物品（item)?？椢镞€可制成 的其它制品為日用品，例如背包、傘、帳篷、窗簾（百葉窗，blinds)、紗窗（銀幕，screen)、遮 篷（canopy)、掛毯（tapestry)、家用紡織品、睡袋等。織物也可用作例如用在加熱、通風(fēng)或 者空氣調(diào)節(jié)（HVAC)系統(tǒng)中、或者用在廢氣（exhaust)過濾器、柴油機(jī)過濾器、液體過濾器、 用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的過濾介質(zhì)等等中的過濾介質(zhì)制品。經(jīng)常地，在HVAC應(yīng)用中，織物未被編織、 針織或者以其它方式形成為具有規(guī)則的纖維結(jié)構(gòu)或者規(guī)則的纖維排列的材料。本發(fā)明的方 法和工藝可應(yīng)用于所有這樣的織物。
[0003] 已知為了保護(hù)織物免受磨損例如在日常使用期間或者在反復(fù)的洗滌循環(huán)期間經(jīng) 歷的磨損，將織物用涂層例如聚合物涂層涂布。
[0004] 還已知使用卷筒到卷筒（roll to roll)系統(tǒng)對織物材料片進(jìn)行涂布?，F(xiàn)有技術(shù) 的卷筒到卷筒系統(tǒng)典型地包括電極排列例如圖2和3中顯示的那些。在這樣的排列中，單 體聚合到在電極層之間引導(dǎo)的織物材料片的單側(cè)上。因此，為了涂布織物材料片的兩側(cè)，必 須一旦已經(jīng)在該片的第一側(cè)上沉積了涂層就將卷筒移除，將該卷筒翻轉(zhuǎn)180度，并且將該 片材料再一次地在電極層之間引導(dǎo)以對該片的對應(yīng)（相反，obverse)側(cè)（即第二側(cè)）進(jìn)行 涂布。如將領(lǐng)會的，該方法涉及顯著量的加工時間來對織物的各側(cè)進(jìn)行涂布。而且，該方法 涉及由于將卷筒裝載于裝置中和將卷筒從裝置卸載引起的損失的加工時間。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)還描述了使用載氣例如惰性氣體例如氦氣、氮?dú)饣驓鍤猱a(chǎn)生等離子 體氣體。載氣經(jīng)常以如下比率使用：其表明使用比單體氣體多得多的載氣，例如10:1。
[0006] 本發(fā)明的非排它性方面提供用于提高涂層品質(zhì)和減少涂布所需要的時間的裝置 和方法。
[0007] 在第一方面中，本發(fā)明提供用于將織物片用聚合物層涂布的等離子體腔室，所述 織物例如紡織品材料，所述等離子體腔室包括在等離子體腔室內(nèi)相繼地排列的多個電極 層，其中至少兩個相鄰的電極層為射頻電極層（RF)或者至少兩個相鄰的電極層為接地電 極層（M)。
[0008] 在本發(fā)明的另一方面中，提供用于將織物片用聚合物層涂布的等離子體腔室，所 述織物例如紡織品材料，所述等離子體腔室具有在等離子體腔室內(nèi)相繼地排列的各自具有 大體上（通常）平的或者板狀形式的多個電極層，其中至少兩個相鄰的電極層為射頻電極 層或接地電極層。
[0009] 優(yōu)選地，所述至少兩個相鄰的電極層為射頻電極層。
[0010] 優(yōu)選地，外部的一對電極層（電極層的外部對）為接地電極層。
[0011] 在本發(fā)明的另一方面中，提供具有至少兩對電極層的等離子體腔室，和其中外部 的一對電極層為接地電極層或射頻電極層。
[0012] 優(yōu)選地，等離子體腔室包括一對射頻電極層和一對接地電極層，例如具有排列M/ RF/RF/M或者RF/M/M/RF，其中'M'表示接地電極，'RF'表示射頻電極，和其中'/'表示其 中織物在電極層之間通過（pass)的位置。
[0013] 優(yōu)選地，等離子體腔室包括另外（更多）對的射頻或接地電極層，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] 在替代的實(shí)施方式中，等離子體腔室可包括第一電極組和第二電極組，所述第一 和第二電極組排列在用于接收織物的通道的兩側(cè)（任一側(cè)）。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一和第二電極組之一或者兩者包括內(nèi)部電極層和一對外部電極 層。
[0016] 優(yōu)選地，內(nèi)部電極層為射頻電極和外部電極層為接地電極，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，內(nèi)部電極層可為接地電極和外部電極層可為射頻電極，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] 優(yōu)選地，等離子體腔室可包括另外的電極組，例如第三、第四、第五和第六電極組 等。例如當(dāng)增加第三電極組時，例如M*RF*M/M*RF*M/M*RF*M，在兩個通過中織物在各側(cè)上均 被涂布。
[0019] 在本發(fā)明的所有實(shí)施方式，當(dāng)電極層為射頻型時，該電極層還可包括熱量調(diào)節(jié)工 具，例如用于接收熱量調(diào)節(jié)劑流體的中空部分例如管子。
[0020] 當(dāng)電極層為接地型時，該電極層不需要包括熱量調(diào)節(jié)工具。因此，該類型的電極層 可僅僅包括平的板、網(wǎng)或者其它當(dāng)鄰近于射頻電極層排列時適合于產(chǎn)生等離子體的配置。
[0021] 所述電極層優(yōu)選為平的或者板形式。這樣的配置一個優(yōu)點(diǎn)是，所產(chǎn)生的等離子體 是跨越電極組的表面基本上均勻的。因此，單體聚合到基底上的速率在基底上的任何給定 點(diǎn)處是相同的，導(dǎo)致提高的均勻性等。
[0022] 優(yōu)選地，熱量調(diào)節(jié)工具包括遵循如下路徑的管道（tubing):其自身以規(guī)則的間隔 彎曲約180°以提供在維度上基本上平的電極。
[0023] 優(yōu)選地，熱量調(diào)節(jié)工具包括約2. 5-100mm，更優(yōu)選約5-50mm，甚至更優(yōu)選約 5_30mm，比方說最高達(dá)25、20或15mm、例如IOmm的直徑。
[0024] 優(yōu)選地，熱量調(diào)節(jié)工具具有約0· l-10mm、更優(yōu)選約0· 25-5mm、甚至更優(yōu)選約 0. 25-2. 5mm、比方說I. 5mm的壁厚。
[0025] 優(yōu)選地，彎曲之前和之后的熱量調(diào)節(jié)工具之間的距離為熱量調(diào)節(jié)工具的直徑的 1-10倍、比方說熱量調(diào)節(jié)工具的直徑的約3-8例如5倍。
[0026] 優(yōu)選地，熱量調(diào)節(jié)工具包括傳導(dǎo)性材料例如金屬，例如鋁、不銹鋼或銅?？上氲狡?它合適的傳導(dǎo)性材料。
[0027] 優(yōu)選地，所述或各射頻電極產(chǎn)生20kHz-2. 45GHz、更優(yōu)選40kHz-13. 56MHz的頻率 的高頻電場，優(yōu)選13. 56MHz。
[0028] 優(yōu)選地，等離子體腔室進(jìn)一步包括用于將各電極或各電極組定位在對于等離子體 腔室的期望的位置處的定位和/或緊固（securing)工具例如一個或多個連接板和/或腔 室壁。
[0029] 優(yōu)選地，所述定位和/或緊固工具是能從等離子體腔室移除的，例如定位和/或緊 固工具是能以滑動方式從等離子體腔室移除的。
[0030] 優(yōu)選地，等離子體腔室包括用于將單體引入至等離子體腔室的一個或多個入口。
[0031] 優(yōu)選地，各入口將單體進(jìn)料到單體分配系統(tǒng)，所述單體分配系統(tǒng)將單體跨越腔室 均勻地分配。例如，單體入口可進(jìn)料到對腔室進(jìn)行進(jìn)料的歧管中。
[0032] 優(yōu)選地，蒸發(fā)的單體能夠轟擊（出）（strike)等離子體并且從而基本上消除對使 用惰性氣體例如氦氣、氮?dú)饣驓鍤庾鳛檩d氣的需要。
[0033] 然而，申請人發(fā)現(xiàn)，在一些情況下，少量載氣的添加導(dǎo)致等離子體腔室內(nèi)等離子體 的更好穩(wěn)定性，從而提供涂布層的更均勻的厚度。載氣對單體的比率優(yōu)選地等于或小于 1:4〇
[0034] 優(yōu)選地，載氣為惰性氣體例如氦氣或氬氣。
[0035] 優(yōu)選地，載氣和單體在進(jìn)入工藝腔室之前混合在一起，以在加工之前提供載氣和 單體的改善的混合物。
[0036] 所述裝置還包括單體蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)。使單體以受控方式蒸發(fā)。將受控量的該蒸氣 進(jìn)料到等離子體腔室中，優(yōu)選地通過溫度受控的供應(yīng)管線。
[0037] 優(yōu)選地，將單體在50°C -180°C的范圍中、更優(yōu)選在100°C -150°C的范圍中的溫度 下蒸發(fā)，最佳溫度取決于單體的物理特性。可根據(jù)斜線（ramped)(向上或向下）溫度曲線 對供應(yīng)管線的至少一部分進(jìn)行溫度控制。該溫度曲線典型地對于供應(yīng)管線的末端具有處于 比其中單體蒸發(fā)的點(diǎn)高的溫度的低端。在真空腔室中，單體將膨脹并且防止在該真空腔室 中和在泵的下游冷凝所需的溫度將典型地比該供應(yīng)管線的溫度低得多。
[0038] 在其中使用少量載氣的那些情況中，載氣可從氣瓶、罐或者儲器遞送。通過質(zhì)量流 量控制器控制其流速。在通過質(zhì)量流量控制器之后，載氣與已經(jīng)通過流量控制器的單體一 起被進(jìn)料到單體供應(yīng)管線中，以建立穩(wěn)定的單體流和穩(wěn)定的載氣流。
[0039] 優(yōu)選的是，在電極和待涂布的織物的表面之間保持?jǐn)?shù)mm，更優(yōu)選lO-lOOmm，例如 10_90mm，比方說小于80、70、60或50mm，最優(yōu)選15_50mm的最小距離。
[0040] 優(yōu)選地，等離子體腔室還包括用于在使用時將織物片在各電極層之間引導(dǎo)的多個 輥。
[0041] 優(yōu)選地，對所述輥進(jìn)行加熱以避免其中單體可冷凝的冷點(diǎn)的存在。優(yōu)選地，將所述 輥如下進(jìn)行加熱：從約20°C的室溫到85°C、更優(yōu)選從25到70°C、例如30到60°C。優(yōu)選地， 將所述輥通過水、油或其它液體或者其組合、最優(yōu)選水進(jìn)行加熱。優(yōu)選地，所述輥設(shè)置有溫 度控制工具以調(diào)節(jié)溫度以避免顯著的溫差。
[0042] 優(yōu)選地，所述輥可劃分成兩類：測力儀（稱重傳感器，load cell)和正常（normal) 輥。對于剛性紡織品材料例如厚的膜（film)或箔（薄片，foil)，所述輥不需要被單獨(dú)驅(qū) 動。以一定速度驅(qū)動卷繞輥是足夠的，并且所有其它輥將由于卷繞運(yùn)動而開始轉(zhuǎn)動。
[0043] 對于更脆性的材料例如服飾紡織品和過濾材料，大多數(shù)或者所有的輥被單獨(dú)地驅(qū) 動以避免由于過度的張力引起的織物或材料的損壞或者紡織品材料片的破裂。優(yōu)選地，對 于最脆性的材料例如薄膜（membrane)或薄的松散（開放，open)結(jié)構(gòu)化的無紡物，所述棍 均是單獨(dú)地或作為一個組驅(qū)動的并且可單獨(dú)地或者作為一個組進(jìn)行微調(diào)，例如