[發明專利]一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置及方法

在審

• 申請號: 201611076025.5
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106622715A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 宗堅
• 申請（專利權）人: 無錫榮堅五金工具有限公司
• 主分類號: B05B5/10
• 分類號: B05B5/10;B05B5/08;B05D1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于等離子體技術領域，具體涉及到一種等離子體聚合表面涂層裝置及方法。

背景技術

等離子體聚合是利用放電把有機類氣態單體等離子體化，使其產生各類活性種，由這些活性種之間或活性種與單體之間進行加成反應形成聚合物的方法。等離子體聚合可分為等離子體態聚合和等離子體引發聚合兩種形式，它們的區別是：等離子體態聚合整個反應過程中單體完全暴露于等離子體環境，而等離子體引發聚合中氣體只在短時間內通過輝光放電形成的等離子體,使單體蒸氣發生氣相反應生成活性中心，引發單體蒸氣在長時間無等離子體的后續過程中進行聚合反應。等離子體態聚合與等離子體引發聚合有各自的優缺點。幾乎所有的單體都可以發生等離子體態聚合，但等離子體態聚合產物存在結構復雜，反應重現性差，處理效果隨時間衰減等問題。另一方面，等離子體引發聚合方式可以較少破壞單體的結構，保留單體優良性能，使聚合產物結構較為單一，易于形成線性大分子產物，還能夠通過與材料表面發生接枝反應增強表面的附著力，使涂層效果不隨時間衰減，但只有特定的單體能夠發生等離子體引發聚合。等離子體態聚合與等離子體引發聚合在不同方面有各自的應用價值。

等離子體態聚合一般通過連續輝光放電實現，這為相關領域技術人員所熟知。現有的等離子體引發聚合技術通過脈沖調制高頻輝光放電實現。例如文獻《表面涂層》(CN 1190545C)公開了一種疏水和/或疏油基材，其中包括利用脈沖調制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法；文獻《通過低壓等離子體工藝施加保形納米涂層的方法》(CN201180015332.1)也涉及利用脈沖調制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法。這些現有技術，無論是等離子體態聚合技術還是等離子體引發聚合技術，都需要充入1-1000Pa的載體氣體來維持放電，其缺點是：所充入的載體氣體壓力較高，單體擴散不良，從而造成批處理涂層均勻性不良。對于實際工業應用，批處理涂層的均勻性是衡量產品質量的一項重要指標。隨著目前聚合物涂層應用的擴展，涂層均勻性要求越來越高，現有技術已不能滿足這些應用對涂層均勻性的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置及方法，以解決現有技術載體氣體壓力較高，單體擴散不良，從而造成批處理涂層均勻性不良的問題。

本發明所采用的技術方案如下：

一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：在真空室的頂部或側面安裝圓柱形放電腔；放電腔外部安裝電磁線圈或永久磁鐵；放電腔遠離真空室的一端安裝有微波窗口，微波窗口與微波波導一端連接，微波波導另一端連接微波源；載體氣體管路一端連接載體氣體源，另一端連接放電腔，并在放電腔遠離真空室的一端開口；單體蒸汽管路一端連接單體蒸汽源，另一端連接真空室并在真空室內靠近放電腔處開口；真空排氣管設置在真空室遠離放電腔的一側，且連接真空泵。

所述放電腔的直徑為13cm-20cm，材質為金屬。

所述微波源產生的微波頻率為0.3-6GHz。

所述微波源能夠連續輸出微波或斷續輸出微波，微波源斷續輸出微波時，微波輸出時間為2-100μs，微波中斷時間為1-100ms。

所述電磁線圈或永久磁鐵的磁感應強度B(T)滿足公式B(T)＝0.0357f(GHz)，其中f(GHz)是微波頻率；滿足上述公式的磁場和微波的作用下，電子回旋運動頻率等于微波頻率，電子對微波電場能量吸收效率最高。

一種利用所述的磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置進行表面涂層的方法，其特征在于：主要包括以下步驟：

(1)、在真空室內放置待處理的基材，在常溫下開啟真空泵，將真空室及放電腔內真空度抽到10^-4-10^-3Pa；

(2)、打開載體氣體源和單體蒸汽源，通入載體氣體和單體蒸汽，維持真空室及放電腔內的真空度為10^-2-1Pa；

(3)、打開微波源，微波源產生的微波與電磁線圈或永久磁鐵的磁場在放電腔內共同作用發生放電，使單體蒸汽發生聚合并沉積在基材表面形成聚合物涂層；微波源連續輸出微波進行等離子體態聚合表面涂層，微波源斷續輸出微波進行等離子體引發聚合表面涂層。

所述步驟(2)中的載體氣體為氬氣或氦氣中的一種或兩種的混合物，氣壓在10^-2-1Pa之間。

本發明的上述技術方案與現有技術相比具有以下優點：