《箱体式低压真空等离子体表面处理——在非织造过滤产品上应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《箱体式低压真空等离子体表面处理——在非织造过滤产品上应用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、箱体式低压真空等离子体表面处理 摘要 一一在非织造过滤产品上应用 在气体过滤和液体过滤中，过滤介质的技术要求越来越高，真空等离子体表面涂层工艺对处理过 滤介质具有独特的优越性，符合技术要求。 以技术产品H E P A 过滤产品为例：用于汽车空气进人过滤和柴油过滤，以及消耗产品具有9 9 渗 透效率的口罩。 本篇介绍了等离子体涂层表面处理过滤介质，重点分析涂层工艺的经济性。 导言 从上世纪八十年代起，低压真空等离子体技术已经在工业上应用。起初应用在印刷电路板清洁 和刻蚀方法去污。九十年代应用到工程塑料，油漆前用氧气来激活聚合物表面，使表面具有润湿性， 增加和油漆、粘结剂和油墨的亲和力，因此，在家
2、用电器、汽车工业、手机工业有了应用，以便用可回收 的P P 材料来替代A B S 以及油漆多种色彩，以增加塑料的美观。 在无纺布工业应用到过滤材料和薄膜，通过等离子体表面处理达到亲水或疏桕拒油性能，典型 的涂层只有纳米级厚度，聚合在被处理物的表面上。在血液过滤、防尘口罩、空调过滤、汽车工业、柴 油过滤、厚层空气过滤以及电池工业、电池隔板都有广泛的应用。 1 低压真空等离子体技术 工艺气体在足够低的压力和能获得足够电磁能量下，气体变成等离子体态，称为物质第四态，在 等离子体态，气体部分分解成基团和原子，并且部分电离化，根据电磁能的频率不同，要达到高密度带 电粒子平稳状态，应具有不同的真空低压范围
3、。 如用射频范围( 频率为4 0 K H z 或1 3 5 6 M H z ) ，一般工作气体压力应低于1 E 一0 1 m b a r ，用微波频 率范围，工作气体压力应在0 5 1 m b a r ，为了达到等离子体表面处理，其真空压力应低于1 E 一0 2 m b a r 。 应用二级泵来抽真空，第一级用回转叶泵或用于泵，第二级用罗茨机械增压泵。 根据应用基团，或应用分裂成原子气体等离子体粒子或带电粒子允许撞击处理物表面而定等离 子体的模式，第一种模式称为化学等离子体、软等离子体、二次等离子体、余辉等离子体。第二种模式 称为物理等离子体、硬等离子体、一次等离子体、两种模式与工作室的几何形
4、状机械结构有关，模式的 选择，根据实际达到确切效果和被处理物类型而定。 2 箱体式低压真空等离子体表面处理设备 任何等离子体处理设备有真空工作室和一组真空泵，在真空工作室与泵组之间有阀门隔断和连 8 5 接。还有一组流量控制器和阀门，以便控制气体的流入量，在工作室内有一组或多组电磁高频发生 器，压力测量表、热电偶等，所有设备可由P L C 或P C 电脑来控制。 在装载系统中，可以设计成各种形状，这种装载系统中可以是一组托盘( t r a y ) 或者一组卷绕系统， 以便卷绕布匹、无纺布或者薄膜，称为卷对卷( R o l l t o R o l l ) 装置。 图1E u r o p l a
5、s m aC D 一1 8 0 0 6 0 0R o l l 卷对卷等离子体表面处理设备用于激活和涂层无纺布和薄膜 卷装芯子为直径7 5 m m 塑料管，宽度设计可从0 5 m 2 m ，其卷装直径可以从0 6 m 一1 m ，也可以 根据需要量身定制。 3 等离子体技术在过滤工业中应用 3 1 汽车用高面密度无纺布，用作空气过滤 主要是利用等离子体聚合作用达到涂层沉积，应用到过滤工业中，等离子体涂层实例是用在汽车 工业，高面密度涤纶无纺布作为过滤介质，这种介质重量为5 0 0 9 m 2 。要求不能吸收水份，经等离子体 涂层处理与未经处理吸水性能比较。 样品首先浸入水中2 2 小时，然后垂直
6、方向让水滴出，随时间x 一轴而称重。 通过测量样品的重量增加，由重力作用而决定水份吸收量。 从图中可以看到，经等离子体涂层处理提高了拒水作用，吸收少于1 0 的本身水重，而未经涂层 处理的样品，吸收水的重量增加量超过其本身重量的1 7 倍。 8 6 图2 由重力测量定重5 0 0 9 m 2 ，涤纶无纺布过滤介质，比较等离子体涂层处理与否，水份吸收数据。 此例说明，无纺布厚度约1 0 m m ，经等离子体有效涂层达到打开无纺布分子的结构，在先驱气体作 用下，在分子标度上发生了化学作用，也说明得到了非常低的水吸收量。 3 2 口罩 空气过滤应用等离子体表面处理，在口罩和H V A C 系统中应用
7、，这些过滤介质是经驻极的多层 P P 熔喷无纺布，使过滤油性粒子效率大大提高，在驻极之前，应用拒水拒油等离子体涂层处理，以氟 气来进行涂层，用于3 M 口罩，拒油等级达到3 4 级( A A T C C 测试方法1 1 8 1 9 9 7 ) 。 图3P P 熔喷无纺布拒油涂层 8 7 表1c e r t i t e s t8 1 3 0 仪器，装载2 0 0 r a gD O P ( 邻苯二甲酸二辛酯) 粒子测试三种不同重量。 经等离子体处理，初始渗透率和经过一定时间延迟的渗透率，测试材料为驻极五层P P 无纺布 过滤材料条件 初始渗透率( 1 )经过( X ) 时间( 分) 渗透率 提供样
8、品1 2 8 m 2 未经等离子涂层 1 2 6 4 ( 3 0 ) 1 2 8 9 m 2 等离子体涂层 0 4 8 1 0 8 ( 3 0 ) 1 - 2 2 9 I n 2未经等离子涂层 1 2 5 3 9 ( 1 0 ) 1 - 2 2 m 2等离子体涂层 0 4 0 7 5 ( 1 0 ) 2 - 2 5 9 i r D 2 未经等离子涂层 N A N A 2 - 2 5 m 2等离子体涂层 0 0 2 0 0 3 ( 1 0 ) 上表说明等离子体表面涂层对过滤效率的影响。通过等离子体表面涂层拒油处理，可以增加初 始和最终过滤效率，在这种概念下，可以将R 9 5 过滤布转换成R 9
9、9 过滤布，但是等离子体表面涂层不 能改变，三级过滤变成二级或级过滤( 其级别是随时间而改变过滤效率) 。对某些过滤材料，经等离 子体涂层处理达到极好的过滤效果。 3 3 柴油过滤 用P B T ( 涤纶，聚对苯二甲酸丁二醇酯) 无纺布，用等离子体表面涂层处理能提高过滤效果，延长 使用寿命。 3 4 血液过滤 血液过滤用P P 或P E T 无纺布材料时，用氧气等离子体将表面激活，产生羰基团( c a r b o n y l G r o u p ) ，接技到无纺布材料表面分子，使表面能量增加，产生水基液体湿润性，来提高过滤性能，同时， 也可使过滤材料多层复合，可以达到永久亲水性。 3 5 镍氢
10、( N i M H y d r i d e ) 电池隔板上应用 可充放电镍氢电池隔板，原料是P P 熔喷法无纺布，P P 材料具有不亲水特性通过等离子体表面涂 层处理，可以达到永久亲水、润湿特性。过去用伽马射线来辐照P P 材料，但伽马射线价格昂贵，处理 有一定危险性。 图4P P 熔喷无纺布经等离子体处理达到永久亲水，材料定重为4 0 9 m 2 8 8 经等离子体涂层处理的效果： P P 材料样品尺寸4 0 m m 2 0 0 m m ，浸在3 0 K O H 溶液，经等离子体处理样品，在一分钟内吸附上 升值2 7 3 1 m m ，如果未经等离子体处理，吸附上升值为0 r a m ，一周
11、后再测试仍旧一样，这一效果能达 到持久亲水效果。而市场上提供非等离子表面处理仅能吸附上升5 1 0 r a m 。 4 使用比利时E u r o p l a s m a 产等离子体表面处理经济效果分析 大型卷对卷等离子体表面处理设备，是一种节能、经济、环保型设备，一般激活处理费用0 0 1 0 0 2 欧形平方米，如用等离子涂层处理，拒水拒油处理费用0 0 5 1 欧形平方米，因速度较慢，气体 较贵。 下面是P P 熔喷过滤用无纺布拒水拒油涂层处理成本计算： 材料门幅：1 8 0 0 m m ，外径0 6 m ( 塑料芯7 5 m m ) ，定重2 0 2 5 9 m 2 处理设备： C D1
12、8 0 0 6 0 0R o l l 产品质量：拒油等级三级( 3 M 标度) 处理速度：5 米分钟整卷处理时间2 7 小时 每卷长度和面积：7 5 0 0 米，1 3 5 0 0 m 2 开班数：每周2 7 班，全年4 7 周 年产量：2 9 2 卷，3 9 4 ，2 0 0 m 2 表2 成本说明每卷成本每平方米成本 折旧成本折旧拾年分担 2 3 9 70 0 1 8 维护成本人工+ 部件 1 3 70 0 0 1 总固定成本 2 5 3 40 0 1 9 电费0 1 欧形K W H 1 4 1 30 0 1 0 用气费升卷 2 4 00 0 1 8 人工费3 5 欧元小时 5 2 50
13、0 0 4 总可变成本 4 3 3 80 0 3 2 总成本 6 8 7 20 0 5 1 5 结论 在过滤工业中应用低压真空等离子体表面处理技术，是一项独特的环保型技术，其涂层功能是由 等离子体和先驱气体发生反应而完成聚合作用，这一方法是很经济的方法。 今天，比利时E u r o p l a s m a 公司提供各种尺寸卷对卷自动控制等离子体处理设备来满足2 1 世纪的 工业发展。 感谢 1 ) 德国M r S t e f a nH e l m a n nS a u d l e cA G 提供汽车用涤纶无纺布浸水试验结果。 2 ) 台湾M r D e m c i sC h l i uS a
14、nII u c i ( R O C ) 测试口罩的性能数据。 8 9 A b s t r a c t ：I nt h ea i ra n dl i q u i df i l t r a t i o n ，t h er e q u i r e m e n th a sb e c o m em o r ea n dm o r eh i g h e rf o rt h ef i h r a t i o nm e d i at e c h n o l 0 9 3 T T h ep r o c e s so fv a c u u mp l a s m ac o a t i n gh a ss p e c
15、 i a la d v a n m g ef o rt r e a t i n g f i h r a t i o nm e d i a W i t hH E P Af i l t r a t i o np r o d u c t sa sa ne x a m p l e ，i ti su s e di nt h ea u t o m o b i l ea i r f i l t e r i n g ，d i e s e lo i lf i l t e r i n ga n dt h em a s kw i t h9 9 p e r m e a b i l i t y I nt h i sa r t i c l e ，i ti n t r o d u c e s t h ef i l t r a t i o nm e d i ao fp l a s m ac o a t i n gt r e a t m e n t ，a n da n a l y s e st h ee c o n o m i cb e n e f i t so fc o a t i n g p r o c e s s
