CN104488363B - 利用组合能量源处理材料 - Google Patents

利用组合能量源处理材料 Download PDF

Info

Publication number
CN104488363B
CN104488363B CN201280074359.2A CN201280074359A CN104488363B CN 104488363 B CN104488363 B CN 104488363B CN 201280074359 A CN201280074359 A CN 201280074359A CN 104488363 B CN104488363 B CN 104488363B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
processing
processed material
base material
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280074359.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104488363A (zh
Inventor
普拉文·米斯特里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mtix Ltd
Original Assignee
Mtix Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mtix Ltd filed Critical Mtix Ltd
Publication of CN104488363A publication Critical patent/CN104488363A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104488363B publication Critical patent/CN104488363B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/02—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements ultrasonic or sonic; Corona discharge
    • D06M10/025—Corona discharge or low temperature plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
    • B05D3/141—Plasma treatment
    • B05D3/142—Pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
    • B05D3/141—Plasma treatment
    • B05D3/145—After-treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/005—Laser beam treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/24—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

通过至少两个能量源在处理区域(124)中实现了材料处理，所述至少两个能量源诸如：(i)大气压(AP)等离子体；和(ii)紫外线(UV)激光，该紫外线激光被引导进入等离子体并且可选地被引导至被处理的材料。可以在处理之前分散前体材料(323)，并且可以在处理之后分散精加工材料(327)。用于产生等离子体的电极(e1、e2)可以包括两个间隔开的辊(212/214；412/414；436/438)。与电极辊(412/414)相邻的轧辊(416/418；436/438)限定半气密的腔(440)，并且可以具有金属外层(437/439)。松散纤维和易碎膜(504、506)可以被支撑在载体膜(502)上，其可以被掺杂。可以处理单独的纤维(508)。可以执行静电沉积。可以产生外形变化。公开了各种激光配置和参数。

Description

利用组合能量源处理材料
技术领域
本发明涉及材料和各种基材、更具体地例如织物的表面处理，并且更具体地涉及使用组合的多个不同能量源的材料处理，所述能量源之一通常可以是大气压等离子体(AP)。
背景技术
“智能织物”的发展一直是受关注的活跃领域，以改善诸如耐污染性、防水、颜色牢固度以及可以通过使用等离子技术、微波能量源的深度处理以及在某些情况下的化学处理实现的其它特性的各种性能。
大气压等离子体处理(APT)改善纤维的诸如亲水性的表面性能而不影响这些纤维的整体性能，并且可以由织物制造器和转换器使用，以改善天然和合成纤维的表面性能，以改善粘合性、润湿性、可印刷性、可染色性，以及减少材料的收缩。大气压等离子体(或AP等离子体或常压等离子体)是对于等离子体中的压力与周围大气近似匹配的特殊情况下的名称。AP等离子体具有突出的技术意义，因为与低压力等离子体或高压力等离子相比，不需要高成本的反应容器以确保维持不同于大气压力的压力水平。此外，在许多情况下，这些AP等离子体能容易地结合到生产线中。各种形式的等离子体激发是可行的，包括AC(交流)激发、DC(直流)和低频激发、通过无线电波的激发和微波激发。然而，只有通过AC激发的AP等离子体已取得任何值得一提的工业意义。
通常，由交流激发(电晕放电)和等离子射流产生AP等离子体。在等离子体射流中，脉冲电弧通过等离子体射流中的高电压放电(5-15kV，10-100kHz)产生。一种工艺气体，例如流过该放电部分的无油的压缩空气被激发并转换成等离子体状态。该等离子体然后通过喷射头以到达待处理的材料的表面上。该喷射头具有接地电势，以此方式，在很大程度上抑制等离子流的带电势部分。另外，喷射头确定出现的光束的几何形状。多个喷射头可以用于与被处理的基材的相应区域相互作用。例如，具有几米处理宽度的片材可以通过一行射流进行处理。
AP和真空等离子体的方法已被用于清洗和激活材料表面以准备好用于粘接、印刷、喷涂、聚合或其它功能性或装饰性涂层。对于连续处理材料，AP处理可能优于真空等离子体。另一种表面处理方法利用微波能量来聚合前体涂层。
发明内容
本发明总体涉及提供改进的技术，该技术用于处理(例如表面处理和改性)材料，例如基材，更具体地例如织物(包括纺织织物或针织织物和非织造织物)，并且广泛地涉及将各种附加的能量源(例如，激光辐照)与高电压产生的等离子体(例如，大气压(AP)等离子体)组合来进行处理，这可能改变被处理的材料的核心以及表面，并且可以在干燥的环境中使用引入的气体或前体材料。公开了各种能量源的组合。
本发明的一个实施例大体上包括利用至少两个组合的相互作用的能量源(例如，激光和高电压产生的大气(AP)等离子体)来处理和生产技术织物和其它材料的方法和装置。
本文所公开的技术可以很容易地被结合到用于织物材料的自动化处理的***中。功能性可以通过以下方式获得：无水清洗(例如，蚀刻或烧蚀)，通过在表面上的自由基形成来激活并同时和有选择地增加或减少所需的功能特性。可通过产生化学和/或形态变化的处理(例如在材料的表面上的自由基形成)来获得或增强、增大或减小例如疏水性、亲水性、阻燃性、抗微生物性、减小收缩、纤维洗涤、斥水、低温染色、增加染料吸收和颜色牢固度等性能。可以施加和处理材料的涂层(例如先进材料成分的纳米级涂层)。
将AP等离子体能量与一个或以上附加的(或第二)的能量源结合(或混杂)可生成用于基材处理的更有效(和商业上可行的)能量环境，所述附加的能量源例如是激光、X射线、电子束、微波或其它不同的能量源。第二能量源也可以施加为与AP等离子体能量组合(协调地、同时地)，和/或与AP等离子体能量依次(一前一后地，选择性地)施加以获得所需性能。
第二能量源可以作用于分开产生的等离子体羽流，并制造更有效的高能等离子体环境，同时还具有直接作用于表面上的能力，并在某些情况下，该材料的核心经受这种混合处理。
本文公开的技术可以适用于但不限于：织物(有机和无机)、纸、合成纸、塑料等类似材料的处理，这些材料通常为扁平片材的形式(“按码出售的织物”(yard goods))。本文公开的技术还可以应用于塑料的处理或金属挤出、轧机、注射成型、旋制、梳理、编织、玻璃制造、基材蚀刻和任意材料的清除和涂覆以及实施任意材料处理技术的适应性。例如玻璃的扁平片材(例如，触摸屏)的刚性材料可通过本文所公开的技术进行处理。
根据本发明的一个方面的，提供了一种用于处理基材的方法，该方法包括：
在处理区域中产生等离子体，所述处理区域包括两个间隔开的电极(e1/e2；212/214；412/414；452/454)；
将至少一个不同于第一能量源的第二能量源引导进入等离子体以与等离子体相互作用而获得混合等离子体；以及
使所述混合等离子体与在处理区域(124)中的基材相互作用。
在另一方面，本发明包括用于处理材料的装置(100、400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G)，包括：
两个间隔开的电极(e1/e2；212/214；412/414)，用于在处理区域(124)产生等离子体；
一个或多个激光器(130)，将对应的一个或多个光束(132)引导到处理区域中，以与等离子体和被处理的材料中的至少一个相互作用。
在又一方面，本发明包括此处所说明的用于处理织物基材的装置的用途。
在一个不同的方面，本发明设想一种通过本文中所述的方法得到的织物材料。
在又一方面，本发明构想了生成用于材料处理的等离子体的方法。
本发明的一些优点可包括但不限于：生成更有能量和有效的等离子体以便为后续处理或精加工而清洁和激活表面的方法。例如，紫外线(UV)激光辐射(连续波(CW)或脉冲)可以与电磁产生的AP等离子相结合，以生成用于处理表面的更加高度电离的和充满能量的反应环境。所得到的混杂能量可具有大于其各个部分的总和的效果。脉冲激光能量可用于驱动等离子体，生成波，并且激光能量可以使得到的等离子体波加速，该等离子体波如波浪拍击沙滩一样作用在基材上。
被加速和更加充满能量的等离子体可以在处理过的基材的纤维或表面上引起自由基，并使离子化基团附接到所引起的自由基。这类官能团(例如，羧基、羟基或其它附接到表面上的增加极性特性的官能团)的附接可能会导致更大的亲水性和其它所需的功能性能。
本发明有利地在存在材料基材的情形下在受控的大气环境中结合能量源。与简单地被涂覆层相比，最终结果可能是在基材表面的转化和材料合成——基材可能在物理上改变。
在一个示例性实施例中，高频RF等离子体产生在延伸横穿处理窗口的整个宽度的旋转辊和被驱动的辊之间形成的封袋(或腔、或腔室)中。所产生的等离子体场在处理区域的整个宽度上一致，并且可以在大气压下操作。高功率紫外线(UV)激光器被设置用于与等离子体和/或被处理的材料相互作用。来自激光器的光束可以被成形为具有矩形横截面，其在整个处理区域显示出一致的功率密度。气体输送***可以被用于将多个(例如4个)环境气体和前体的任何组合结合成填充混合等离子体腔室的单个的供给。另外，喷雾或雾化输送***可以被设置为能够将溶胶-凝胶或处理加速剂的薄的、一致的层施加于(预处理的或后处理的)被处理的材料。
结合等离子体和光子(例如，紫外线激光)的处理是干燥的，是在大气压的压力下进行，并使用安全的和惰性气体(例如，氮气、氧气、氩气和二氧化碳)。改变激光和等离子体的功率强度，然后改变环境气体或添加溶胶-凝胶和/或其它有机或无机前体，即，改变了“配方”，使得***能够产生各种各样的处理应用。具有几种处理的应用，包括：清洁、制备和增强材料性能。
-对于清洗清洁，激光可能会加强等离子体的有效功率以及在自身权利中凭借自身的力量作用在基材材料上。
-对于为第二过程中间处理(例如，染色)制备基材材料，纤维的表面可以被以受控的方式烧蚀，从而增加了材料(例如，织物材料)的亲水性。此外，通过将环境气体引入***的过处理程区域中，在材料(例如，织物)的表面上可能生成化学物质，这可能导致与染色介质相互作用以实现更高效的染料渗透或更强烈的着色过程处理或减少降低染料色的温度的化学物质。例如，制备织物的纤维以获得对铬氧化铬染料的更好的控制来改进所获得的黑色的强度。因此，为此存在由此过程处理存在而减少染料的化学成分含量(这可减少对环境的负面影响和处理成本)的可能性。
-对于性能增强，该处理可以在基材表面上实现材料的合成。通过改变激光和等离子体的频率和功率强度并将其它材料引入到处理环境中，***烧蚀基材的表面，一系列在基材和环境气体之间的化学反应在织物网中的纤维的表面合成新材料。在一些示例性实施例中，用于处理材料的方法可以包括：使用第一能量源在具有处理区域的处理室中产生等离子体；和进给材料通过处理区域；并且其特征可以在于：将不同于第一能量源的至少一个第二能量源引导进入等离子体中以便与等离子体相互作用，产生混合等离子体；和使混合等离子体与在处理区域中的基材被处理的材料相互作用。该方法可以进一步包括将被处理的材料通过抖动(twitcher)***进给至处理室。被处理的材料可以包括纤维或纱的线股，或可以包括布置在载体膜上的织物材料片。在进给材料(504、506、606)通过处理室之前，可以将前体或促进剂通过下列任意方法施加到载体膜：(i)喷雾，(ii)辊沉积，(iii)放静电，或(iv)将前体或促进剂作为基材所经过的浴液。处理可以包括下列项中的中的一项或多项以上：(i)使处理区域中的前体或促进剂起反应以并入基材(进入基材中或到基材上)；(ii)使前体或促进剂直接与基材起反应；和(iii)使等离子体中的气体和化学物质与基材起反应。对于每一项处理，可以采用不同的处理参数来选择性地实现所需的结果。可以在给定的被处理的材料上采用处理参数的不同的顺序和组合。在织物或织物材料进入处理室之前，可以使用静电沉积将织物或织物材料与掺杂物掺杂。掺杂物可以包括施加到基材材料的表面的氧化粉末或天然纤维或合成纤维。可以将定向纤维或预掺杂纤维施加到基材表面(被处理的材料)。该处理可以更改包括在机织物或针织物内的单独的纤维或纤维束或纱的材料的外形结构。可以在被处理的材料的每侧上执行不同的处理。可以使用相同或不同的前体或不同的处理参数使被处理的材料几次经过处理区域。可以同时使用多个能量源以与基材材料内的不同的元素起反应。激光束组可以撞击在等离子体或被处理的材料上。
附图说明
可以详细地参考本公开的实施例，在附图图形中可能图示出本公开的一些非限制性示例。这些图通常是示意图。为了说明的清楚起见，在附图中的一些元件可能被放大(不是相对于其他元件的比例)，
另一些可能省略。在图中的不同元件之间的关系可以通过其显示方式和放置在图中的方式(诸如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”等)来指示。应当理解，本文所采用的措辞和术语不应被解释为限制，仅用于说明的目的。应理解，本文所采用的措辞和术语不应解释为限制性的，并且仅用于叙述目的。
图1为根据本发明的实施例的处理***的图示。
图2为图1的处理***的等离子体区域的局部透视图。
图2A为图1的处理***的等离子体区域的局部透视图。
图3为根据本发明的一些实施例的图1的处理***的预处理区域、等离子体区和后处理区域的局部透视图。
图4A-4G为根据本发明的一些实施例的图1的处理***的处理区域中的元件的图示。
图5示出由载体膜支撑的织物基材的处理***，“抖动”***以横向进给。
图5A、5B为支撑在用于传输通过处理***的载体膜上的织物基材片的图解平面图。
图5C为用于材料线股的处理***的图示。
图6A、6B、6C为在掺杂载体膜上的织物基材的处理机制的图示。
图7A、7B、7C为MLSE***的实施例的图示。
具体实施方式
本发明大体涉及处理(例如表面处理)材料(例如织物)以改变其性能。
将描述各种实施例以说明本发明的教导，这些实施例应被解释为说明性的而非限制性的。尽管在各种示例性实施例的上下文中总体描述了本发明，但应当理解，这并不意味着将本发明限制于这些特定实施例。实施例可以是本发明的一个或多个方面的示例或实施。虽然本发明的各种特征可以在单个实施例的上下文中被描述，但是也可以分开地或与另一实施例适当地组合来提供这些特征。反之，虽然本发明可以在分开的实施例的上下文中进行描述，但是本发明也可在单个实施例中实现。
以下主要讨论基材的表面处理，该基材可以是以卷的形式(卷绕在圆柱形芯上的长材料片)提供的织物。包括但不限于材料合成的一种或多种处理可应用于织物基材的一个表面或两个表面上，并且可以引入附加的材料。如本文所使用的，“基材”可以是具有可以被称为“前”和“后”表面或“顶部”和“底部”表面的两个表面的薄材料“片”。
本发明的一些实施例
以下实施例及其各方面可以与***、工具和方法结合地被描述和示出，所述***、工具和方法意在是示例性和说明性的，而非限制范围。可以阐述具体的配置和细节，以便理解本发明。但是，本领域技术人员应当清楚，本发明可以在没有在本文中呈现的一些具体细节的情况下被实施。而且，众所周知的特征可以被省略或简化以便不混淆本发明的描述。
图1示出用于对基材102进行例如表面处理的处理的整体的表面处理***100和方法。在本文所呈现的图中，基材102被示出为由右至左前进通过***100。
基材102例如可以是织物材料，并且可以被提供为作为在辊上的长片材的“按码出售的织物”。例如，待处理的基材可以是诸如棉/聚酯，约1m宽、约1mm厚、和约100米长的纤维织物材料。
一个部分102A(例如，尚未处理过的基材102的一个1m×1m的部分)被示出为在***100的输入部分100A处从供应卷轴R1松开来。基材102从输入部分100A通过装置100的处理部分120。处理之后，基材102离开处理装置120，并且可以任何合适的方式收集，例如卷绕在卷绕卷轴R2上。部分102B(例如，已处理过的基材102的1m×1m部分)示出为在***100的输出部分100A处被卷绕到卷绕卷轴R2上。各种辊“R”可以设置在***100的各个部分之间(如图所示)和之内(图中未示出)，以引导材料通过***。
处理部分(或处理室)120通常可包括三个区域(或范围，或区)：
-可选地，预处理(或前体)区域122；
-处理(或等离子体)区域124；和
-可选地，后处理(或精加工)区域126。
处理区域124可以包括用于产生高电压(HV)交流电(AC)大气压等离子体(AP)的部件，其元件通常是众所周知的，其中一些将在下文详细说明。
激光器130可以被提供作为第二能量源，用于提供光束132，光束132在主处理区域124中与AP相互作用，光束132也可以撞击基材102的表面。
控制器140可以被设置用于控制上文描述的各种部件和元件的操作，并且可以设置有通常的人机界面(输入、显示等)。
图2示出主处理区域124的一部分和所述主处理区域124内的一些操作元件。示出了三个正交坐标轴x、y和z。(在图1中，示出了相应的x和y轴。)
示出了两个细长电极212(e1)与214(e2)，其中一个可视为阴极，另一个可视为阳极。这两个电极e1和e2通常可以设置为彼此平行，平行于y轴延伸，并且在x方向上彼此间隔开。例如，电极e1和e2可以以任何合适的方式形成，例如以杆或管或其它可旋转的圆筒状电极材料的形式，并且彼此名义上间隔开一距离，该距离足以容纳处理后的材料的厚度的间隙。电极e1和e2可设置在被处理的基材102的顶部表面102a上方大约1mm。
可以以任何合适的方式给电极e1和e2通电，以沿着所得到的阴极/阳极对的长度在电极e1和e2之间且紧密围绕电极e1和e2的空间中生成大气压等离子体(AP)，其可称为“等离子体反应区”。
如上所述，激光束132可以被引导到主处理区域124中，并且还可以撞击基材102的表面。这里，激光束132被示出为大致沿y轴被引导，大致平行于电极e1和e2并且在电极e1和e2之间，并且略高于基材102的顶部表面102a，以便与由两个电极e1和e2产生的等离子体(羽流)相互作用。在一个示例性应用中，光束的印迹可以是约30mm×15mm的矩形。光束可以垂直或水平地定向，以最好地实现直接的基材照射和/或与等离子体的期望的相互作用。
在激光束132与由两个电极e1和e2产生的等离子体相互作用的同时，可以使激光束132微小但足够“倾斜”地定向，以直接照射待处理的基材102。更具体地，激光束132可与基材102的顶部表面102a成约0度的“α”角度，以便不撞击其表面102a。可替换地，激光束132可以与基材102的顶部表面102a成约小于1至10度的“α”角，从而撞击其表面102a。光束132可以具有其它取向，例如垂直(“α”＝90°)于基材102的表面102a。激光束132可以使用常规的检流计等被扫描，以便与由两个电极e1和e2产生的等离子体或基材102或两者的任何选择的部分相互作用。
等离子体可使用例如高电压(HV)交流电(AC)的第一能量源来生成。也可以使不同的第二能量源(例如，激光)与等离子体相互作用，导致“混合等离子体”，并且也可以使混合等离子体与被处理的基材(材料)(在处理区域)相互作用。除了与第一能量源相互作用之外，也可以使第二能量源直接与被处理的材料相互作用。与基材或其它气体(第二或前体)的直接相互作用可以制造其本身的经受激光的等离子体，所述经受激光的等离子体继而可进一步与用高电压产生的等离子体相互作用，以更加高度地激发反应环境。
随着辊通过主处理区域(范围)124，基材102(被处理的材料)可以由辊引导。图2A示出了这些辊214中的一个可以用作阳极，而另一辊212可以用作用于产生等离子体的阴极/阳极对的阴极(反之亦然)。可以注意，在图2中，基材102布置到两个电极e1和e2两者的一侧(下方，如图所示)，在图2A中，基材102被布置在两个电极e1和e2之间。在这两种情况下，由电极e1和e2生成的等离子体作用在基材102的至少一个表面上。阳极和阴极可以涂覆有诸如陶瓷的绝缘材料。
应理解，本发明并不限于电极e1和e2的任何特定的布置或配置，并且图2、2A中阐释的示例意在仅仅是例示一些可能性。此外，例如，作为使用两个电极e1和e2的替代，输送等离子体的一行等离子体射流(未示出)可以被设置来生成在基材102的表面102a上所需的等离子体。
图3示出，在预处理区域(范围)122中，覆盖待处理的材料的整个宽度的一行喷头(喷嘴)322或其它合适的装置可用于将固态、液态或气态的前体材料323分散到基材102上，以便能处理例如抗微生物剂、阻燃剂或超疏水/亲水特性的具体性能。
在预处理区域(范围)122和主处理区域(范围)124之间可以具有中间“缓冲”区，以便让在预处理时施加的材料有时间渗入基材(被基材吸收)。这个处理仍然运行单个材料的长度，但缓冲可以保持例如高达200m的织物。例如，当被处理的材料(例如，按码出售的织物)以20米/分钟供给通过***时，这将允许在预处理(122)和混合等离子体处理(124)之间存在若干分钟“干燥时间”，而不停止材料流动通过***。
类似地，在后处理区域(范围)126中，覆盖被处理的(124)材料的整个宽度的一行喷头(喷嘴)326或其它合适的装置可用于将固态、液态或气态的精加工材料327分散到基材102上，以使其具有所需的特性。
处理区域(124)的一些实施例
图4A-4G示出了在处理区域124中的元件的各种实施例。
图4A示出一个实施例400A，其中：
-第一(“顶部”)辊412可作为电极e1工作，并且可以具有约10cm的直径，以及2米的长度(进入纸面)。辊412可具有金属芯和陶瓷(电绝缘)的外表面。
-第二(“底部”)辊414可作为电极e2工作，并且可以具有约15cm的直径，以及2米的长度(进入纸面)。辊414可具有金属芯和陶瓷(电绝缘)的外表面。
-第二辊414配置为平行于第一辊412，并在第一辊412的正下方(如图所示)，其间具有对应于(例如稍小于)被供给在辊412和414之间的基材材料402(比较102)的厚度的间隙。材料行进的方向可以是从右至左，如由箭头所指示的。
基材402具有一个顶部表面402a(比较102a)和一个底部表面402b中(比较102b)。-第一辊412可以用作阳极/阴极对的“阳极”，高电压(HV)供给于此。第二辊414可以用作阳极/阴极对的“阴极”，并可以接地。
-第一(“右”)轧辊或供给辊416(n1)被布置为在第一辊412(如图所示)的右下方的象限附近，并靠着第二辊414的右上方(如图所示)的象限。辊416可具有约12cm的直径以及2米的长度(进入纸面)。辊416的外表面可接合辊412的外表面。辊416的外表面和辊414的外表面之间的间隙对应于(例如稍小于)供给在辊416和414之间的基材材料402(比较102)的厚度。
-第二(“左”)轧辊或供给辊418(n2)被布置在第一辊412(如图所示)的左下方的象限附近，并靠着第二辊414的左上方(如图所示)的象限。辊418可具有约12cm的直径以及2米的长度(进入纸面)。辊418的外表面可接合辊412的外表面。辊418的外表面和辊414的外表面之间的间隙对应于(例如，稍小于)供给在辊418和414之间的基材材料402(比较102)的厚度。
-通常，轧辊或供给辊416、418应该具有绝缘的外表面，以避免阳极和阴极412、414的短路。
使用辊412、414、416、418的这样的布置，也可以在四个辊412、414、416、418的外表面之间形成半气密腔(“440”)，用于限定处理区域124和包含等离子体。整体的腔440可以在顶部辊、右辊和底部辊412、416、414之间的空间中包括第一(“右”)部分440a，在顶部辊、左辊和底部辊412、418、414之间的空间中包括第二(“左”)部分440b。在该腔440的右部分440a的引出线的端部处的实心圆表示进入腔中的气体流。在该腔440的左部分440b的引出线的端部处的实心矩形表示激光束(132)。
在腔440内产生的等离子体可以是大气压(AP)等离子体。因此，腔440的密封是不必要的。然而，端帽或板(未示出)可设置在辊412、414、416、418的端部处，以包含(半包封)并控制进入和流出腔440的气体流。
图4B示出了一个实施例400B，其中左辊、右辊416和418从辊412和414稍向外运动，从而打开了腔440，以允许处理更厚和/或更刚性的基材。然而，这将要求每个电极(阳极和阴极)被独立地或直接地驱动。该材料由外部的供给和卷绕辊驱动通过反应区域。
图4C示出了一个实施例400C，其中，使用大致为倒U形的屏蔽件420替代左、右辊(416和418)来限定具有右和左部分440a和440b的腔440。屏蔽件420被布置为基本上完全围绕一个辊412(除了供给材料通过的地方)，并且至少部分地围绕着另一个辊414。附加的屏蔽件(未示出)可以被布置在底部辊414之下。
图4D示出了实施例400D，其适于处理刚性基材。上述基材402是柔性的，例如织物。刚性基材(例如，用于触摸屏显示设备的玻璃)也可以用混合等离子体和前体材料来进行处理。具有顶表面404a和底表面404b的刚性基材404通过顶部辊(e1)412和底部辊(e2)414。一行喷嘴422(比较322)可以被布置来提供如液态、固态或雾化的形式的前体材料。可以并入如420(参照图4C)的屏蔽件(未示出)以包含混合等离子体。
图4E示出一种布置400E，其并入一行高电压等离子体喷嘴(喷头)430，而非圆柱形的电极e1和e2。例如，在处理区域124中，10个喷头430以20cm的间距间隔开。示出了刚性基材404。在基材404被暴露于混合等离子体之前，在预处理区122中，一行喷嘴422(比较322)可以被布置来将前体材料提供(例如，以雾化形式)到基材404上。例如，在预处理区域122中，10个喷头422以20cm的间距间隔开。可以并入如420(参照图4C)的屏蔽件(未示出)以包含混合等离子体。这种布置使得能处理金属或其它导电基材。
图4F示出了一个实施例400F，一个可用作为电极e1(或阳极)的第一(“顶部”)辊412、一个可用作为电极e2(或阴极)的第二(“底部”)辊414，和两个轧辊436和438(比较416和418)。
与实施例400A(图4A)相比，在本实施例中，辊436和438从顶部和底部辊412和414向外略微(例如，1cm)间隔开。因此，虽然其仍然会有助于包含等离子体，但是其可能无法用作供给辊，且可能需要提供单独的供给辊(未示出)。
右辊436(比较416)被示为在其表面上具有层或涂层437。左辊438(比较418)被示出为在其表面上具有层或涂层439。例如，在混合等离子体处理区域124中的辊436和438可以用金属箔包裹(或具有金属外层)，该金属箔(或金属外层)在处理过程中可以通过高能混合等离子体和/或激光(第二能量源)被蚀刻掉，生成含有活性金属等离子体的羽流，活性金属等离子体可以容易地与基材表面自由基耦合以在基材材料上生成具有金属成分的纳米层涂层。金属材料(金属箔、层)可以通过等离子体可控地蚀刻或烧蚀，流出的金属成分可与等离子体反应，并如以纳米级的层的形式沉积在基材上。
涂敷辊436和438的金属材料例如可以包括钛、铜、铝、金或银中的任何一种或组合。辊中的一个可以涂有一种材料，另一辊可涂覆另一种材料。辊436和438的不同部分可以涂覆不同的材料。通常，当这些材料被烧蚀时，其在处理区域124(并且因此可以与在预处理区域124中提供前体材料的喷嘴322和422形成对比)中形成蒸气前体材料。
图4G示出了一个实施例400G，其使用两个扁平片材的平板电极452和454，而非辊(412、414)，所述两个平板电极彼此间隔开以形成一个处理区域(反应/合成区)124，材料片404可以通过该处理区域供给。供给到处理区域的气体由圆440a表示，激光束由矩形440b表示。喷嘴422可以被设置来在预处理区122中输送前体材料。喷嘴426可以设置来在后处理区126中输送精加工材料。
附加特征
虽然没有具体示出，但是在混合能量处理(124)之后分散到基材102上的精加工材料可以立即暴露于二次等离子体或混合等离子体以便通过混合等离子体将在表面激活之后被分散的精加工材料干燥、密封或反应。
虽然没有具体示出，但应当理解，诸如O2、N2、H2、CO2、氩、氦的各种气体或诸如硅烷或硅氧烷系材料的化合物可以被引入到等离子体中(例如，在处理区域124中)以使得被处理的基材获得各种所需的特性和性能。
为使被处理的材料获得抗微生物性能，可以引入前体材料，例如非银基硅烷/硅氧烷和诸如3(三羟基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基[3(trihydroxylsilyl)propyldimethyloctadecyl]氯化铵的氯化铝族。其它硅烷/硅氧烷基团以及硅氧烷和乙氧基硅可被用来影响疏水性(提高疏水性)。在等离子体中以气相施加的六甲基二硅氧烷(Hexamethylidisiloxane)可以使织物纤维的表面平滑并增加作为疏水性水平的指标的接触角。
可以使用负吸取或局部大气真空来将等离子体成分引入多孔基材的厚度并进一步渗入多孔基材的厚度。图3示出了在处理区域124中的抽吸装置(例如，基材102通过的压盘(床)324)可设置有多个孔，并以适当的方式连接至抽吸装置(未示出)来制造所需的效果。压盘324可用作用于产生等离子体的电极之一。替代地，能够很容易地被改变一个辊等(具有孔且与抽吸装置连接)来执行此功能。
应当理解，这个过程是干燥的并对环境的影响低，剩余的或副产品气体或成分本质上是安全的，可从该***排出并以适当的方式回收或处理。
因此，提供了用至少两个能量源来处理材料的方法，其中所述两个能量源包括：(i)由经过高能电磁场的各种气体产生的大气压力等离子体，以及(ii)与所述等离子体相互作用以生成“混合等离子体”的至少一个激光。激光可在紫外线波长范围(308nm或更小)内工作。激光可以包括具有至少25瓦的输出功率的准分子激光，所述输出功率包括超过100瓦、超过150瓦、超过200瓦。激光可以是脉冲的，例如具有25Hz的或更高(例如，350-400赫兹)的频率，包括皮秒和飞秒激光。尽管仅描述了一个激光与等离子体(以及基材)相互作用，但是使用两个或更多个激光也属于本发明的范围之内。
用于在处理区域中产生等离子体的一些示例性的参数是：高电压产生等离子体：1-2Kw(千瓦)；308nm UV激光：500毫焦、350Hz；在80％的氩、20％的氧或CO2的混合气体中。
作为激光的替代或补充，可以使用沿着处理区域的长度设置的、诸如UV灯的紫外线(UV)源或高功率紫外线LED(发光二极管)来将能量引导进入AP等离子体以生成混合等离子体，以及与被处理的材料相互作用(例如，蚀刻、反应和合成)。大体上，上文中，描述了处理基材材料102的一个表面102a，并且描述了一些示例性的处理。以下在本发明的范围之内：例如，通过使材料102环绕往回通过处理区域124，也可以相对的处理材料102的底部表面102b。不同的能量源和环境、前体和精加工的材料可以被用于处理的材料的第二表面。以此方式，材料的两个表面可被处理的。还应当理解，处理可能延伸到被处理的材料的表面内以改变或增强内部(芯)材料的性能。在某些情况下，顶部表面和底部表面以及材料的芯可以被有效地从一侧进行处理。
该***可用于处理片状形式之外的材料。例如，***可以被用于通过混合能量退火改进有机发光二极管(OLED)的光学和形态特性。这些零散的器件可以被以任何合适的方式传输(传送)通过***。
其它类型的能量也可以彼此组合地或依次施加，以生成增强的处理能力。例如，处理材料的方法可利用至少两个能量源的组合，如微波和激光、或微波和电磁产生的等离子体、或等离子体和微波、或等离子、激光、脉冲微波电子回旋共振(ECR)的各种组合。
两个能量源可包括：(i)大气压等离子体，其利用通过高能量电磁场的各种离子化气体；及(ii)紫外线(UV)源，其产生和引导辐射进入高度离子化的等离子体中并直接在待处理的表面处。紫外线光源可以包括沿处理区域的范围设置的高功率紫外线LED(发光二极管)阵列。高功率紫外线LED可以与等离子体相互作用，以更加高度地激发等离子体，并直接作用在基材上以蚀刻基材或使基材反应。自动材料处理***可以可控地输送材料通过由组合能量源产生的能量场。
可以执行一系列处理步骤，例如：
步骤1-(可选)施加前体，
步骤2-暴露于混合能量，
步骤3-(可选)施加前体或精加工材料，以及
步骤4-暴露于混合能量源。
其中，所有的步骤都在***内以依次方式即刻完成。
以下在本发明的范围内：在处理中引入一输送***，其能够在该等离子体反应区中直接地加入气相/蒸气相前体材料。
一些示例性的处理处理参数
处理1-亲水性
前体材料
聚二甲基硅氧烷燃脂剂(hydroxycut)(PMDSO燃脂剂)
或者：共聚物(二甲基硅氧烷和/或掺混二甲基硅烷(dimethylesilane))
激光
频率：250Hz
功率：380mJ
等离子体
载体气体：氩气...80％
反应气体：O2...20％
流率：15升/分钟压力：略高于1巴
功率：2KW
处理2-染色性能
前体
没有前体或其它前体催化剂
激光
频率：250Hz
功率：380mJ
等离子体
载体气体：氩气...80％
反应气体：O2或N2...20％
流率：15升/分钟压力：略高于1巴
功率：2KW
处理3-疏水性
前体
八甲基环四硅氧烷/聚二甲基甲硅烷掺混物(水可溶性)，以聚二甲基硅氧烷与聚乙二醇醚混合的甲基氢聚硅氧烷(水可溶性)，或以上物质与聚二甲基硅氧烷的组合。使用水溶性的掺混物允许用去离子水稀释该材料至应用所需要的浓度，获得好的成本效益和输出性能结果。水溶性掺混物可用相关的添加剂制造-这些是用于混合油和水以制造乳液的基本方法，通常通过乳液分散剂的尺寸(即宏观或微观的，宏观>100微米，微观<30微米)来描述该乳液。
或者：共聚物(二甲基硅氧烷和/或掺混二甲基硅烷(dimethylesilane))
激光
频率：至少350Hz
功率：至少450mJ
等离子体
载体气体：氮气、氩气、氦气…80％
反应气体：CO2或N2...2-20％
流率：10-40升/分钟压力：略高于1巴
功率：0.5–1KW
处理4-阻燃性
前体
基于具有关键的无机化合物(基本上是钛、硅、锆和硼的过渡氧化物)的硅氧烷/硅烷和聚硼硅氧烷的共聚物和三元共聚物。以下也包括在内：含硼的硅氧烷共聚物和三元共聚物，如有机硅/氧乙基改性的聚硼硅氧烷。根据基材材料的类型和输出的要求，可以使用基于一些有限的材料成分的最新的磷掺混物。八甲基环四硅氧烷/聚二甲基硅烷的掺混物(水溶性的)，混合有聚二甲基硅氧烷与聚乙二醇醚(水溶性的)，或以上与聚二甲基硅氧烷的组合，具有以下添加剂：
-对硅烷/硅氧烷的偏硼酸钙(calcium metaborbate)添加剂
-对硅烷/硅氧烷的硅氧化物添加剂
-异丙醇钛添加剂
-二氧化钛(routile)
-磷酸铵
-氧化铝
-硼酸锌
-含陶瓷先驱体低聚物(preceramic oligomores)的硼酸硼
-气凝胶和水凝胶，低密度或高密度交联的聚丙烯酸酯
-纳米/微米胶囊组合物
示例：具有聚硼硅氧烷的二甲基硅氧烷和/或二甲基硅烷，添加的过渡氧化物，范围为5至10％体积的氧化物(例如，TiO2、SiO2(气相，凝胶或无定形的)、A12O3等)。本文所述的前体材料在使用混合等离子体(例如，有激光)的在此处所描述的***中可以提高材料的阻燃性。以下在本发明的范围中：本文所阐述的前体材料在利用非混合等离子体(例如，无激光)的材料处理***中可以提高材料的阻燃性(或其它性能)。
激光
频率：至少350Hz
功率：至少450mJ
等离子体
载体气体：氮气、氩气、氦气…80％
反应气体：CO2或N2...2-20％
流率：10-20升/分钟压力：略高于1巴
功率：0.5–1KW
处理5-抗微生物
前体
硅氧烷/硅烷掺混物作为疏水性平台，添加有：十八烷基二甲基(3-三乙氧基硅丙基)氯化铵。
八甲基环四硅氧烷/聚二甲基硅烷掺混物(水溶性)，混合有聚二乙基硅氧烷与聚乙二醇醚(水溶性)，或以上与聚二甲基硅氧烷的组合，具有以下添加剂：
-十八烷基二甲基(3-三甲氧基硅丙基)氯化铵，
-壳聚糖
激光
频率：至少350Hz
功率：至少450mJ
等离子体
载体气体：氮气、氩气、氦气…80％
反应气体：CO2或N2...2-20％
流率：10-20升/分钟压力：略高于1巴
功率：0.5–1KW
一些其它的实施例和改进
现在将描述在上文中描述的“MLSE”(多路复用激光器表面增强)***的技术和应用的一些其它的实施例、变型，其中一些可能仅简短地讨论。
处理非辊轧织物
上文描述的***示出处理辊到辊运行的织物。本文公开的技术还可以用于“按码出售的织物”，包括聚合物薄膜和复合物薄膜。如上所提及的，例如玻璃的扁平片材(例如，触摸屏)的刚性材料可以通过本文所公开的技术进行处理。三维(3D)部件也可以用该***来处理。
可以修改***以运行非辊轧织物，例如，不被辊轧而是松散供应的织物片，允许“少量生产的”织物，例如昂贵的或高性能的材料(包括本质上不适合于辊形式的材料)。如在下文中更详细地讨论的，这些织物片(被处理的基材)可以布置在载体膜上，如下所述。
图5示出了(以示例的方式)使用例如图4B中的配置的MLSE***500，其中，左辊、右辊416和418从辊412和414稍向外运动，从而打开了腔440，以允许将被处理的更厚和/或更刚性的基材通过***。被处理的材料，在这种情况下，在连续载体膜502上的多个示例性织物基材片504可以被外部进给和卷绕辊416和418(“n1”和“n2”)驱动通过***的反应区(能量环境)。载体膜502上的织物片504在经过MLSE处理之前可以例如通过首先供给载体/基材通过传统的“抖动”***520而拉伸和张紧。
处理松散纤维、易碎膜、单独纤维
图5A示出，包括易碎和松散结构以及膜基材(例如，粗纺羊毛)504的基材500能够通过MLSE***而被处理(被输送以便处理)，所述MLSE***使用自然或人工织物制的支撑膜(载体)502来支撑松散结构504，所述松散结构504可以通过(i)两种材料(502、504)的自然亲合力，或(ii)放电固定，或(iii)适当的结合介质(粘性或临时胶粘剂)保持在支撑膜502上适当的位置中。
图5B示出，松散纤维506，例如单独的纤维或单独的纤维丛(例如，原毛)，能够通过MLSE***而被处理，所述MLSE***使用天然或人工织物制的支撑膜(载体)502来支撑松散结构514，所述松散结构504可以通过(i)两种材料(502、504)的自然亲合力，或(ii)放电固定，或(iii)适当的结合介质(粘性或临时胶粘剂)保持在支撑膜502上适当的位置中。
图5C示出，MLSE处理能够适于处理纤维或纱的单独的或多根线股508。设备可以(i)辊到辊运行，MLSE处理室510处理单根或多根线股；或(ii)可以使用放卷的并且到单独的鼓D上的多根线股的预备的单个辊(卷线轴)B而运行。开槽的引导辊(未示出)可以引导线股通过***、单独的卷线轴或鼓。随着单独的纤维的线股经过该***，MLSE处理参数可以保持恒定，或可以变化。
前体应用
在MLSE处理期间转换的前体或促进剂能够被预施加到载体或织物材料，并且以湿状态或干燥状态提供给MLSE***。该处理可以被称为“掺杂”。这些前体或促进剂可以通过下列任意方法施加到载体或织物材料：(i)喷雾，(ii)辊沉积，(iii)放静电，或(iv)载体和织物材料所经过的浴液。被处理的载体或织物材料能够被浸湿，然后被允许(部分或完全)干燥，然后经过MLSE***。这可能适用于松散纤维、易碎膜、单独的纤维。
前体或促进剂(“掺杂物”)可以是以悬浮液或溶液的形式(例如，溶胶-凝胶材料)。例如，在MLSE处理之前，将八甲基环四硅氧烷/聚二甲硅烷掺混物(可溶于水的)和/或其它具有添加剂的硅烷或硅氧烷材料家族施加到织物并且经干燥以影响阻燃性，所述添加剂包括偏硼酸钙和/或硼溶液、氧化硅和异丙氧化钛。其它适当的前体可以用来提供例如亲水性、疏水性或抗菌保护等功能。
掺杂载体膜
其中松散的纤维或易碎基材被处理的，载体膜可以掺杂前体或促进剂。在处理加工期间，载体可能仅损失其掺杂的一部分(例如，10％)，并且因此在重新掺杂载体之前能够被重复利用多次。具有不同的掺杂物的载体能够事先准备(并且“脱机”)，并且在需要的基础上被使用。
前体内的元素可以直接与处理基材起反应或可以在处理室中与其它环境元素起反应以影响在基材材料的表面处的化学合成和材料合成。
现在参照图6A、B、C来讨论三个处理示例。在每个示例中，前体材料(“掺杂物”)604驻留在(先前已经施加到)载体膜602(比较502)上，在织物基材片606(例如，织物材料504、506)被输送通过处理环境时，所述载体膜602支撑织物基材片606，所述处理环境例如在处理区(处理室、反应室、比较120)中产生的大气压等离子体610。在掺杂载体602上的基材片606可以一起被视为可以通过处理区(124)供给的整体基材600。
在图6A中，线612表明，前体(或促进剂)元素604可以在处理室(处理区)610中起反应以并入基材606(进入基材606中或到基材606上)。在图6B中，线614表明，前体元素604可以直接与基材606起反应。在图6C中，线616表明，处理室元素(气体、等离子体内的化学物质，如上所述)可以直接与基材606起反应。在每个示例中，可以采用不同的处理参数来选择性地实现所需的结果，并且还可以容易地获得结果的不同顺序和组合(可以在给定的被处理的基材上采用处理参数的不同顺序和组合)。
静电沉积
在织物或按码出售的织物材料进入MLSE处理室之前，可以使用静电沉积来掺杂织物或按码出售的织物材料。例如氧化物粉、天然纤维或合成纤维可以施加到基材材料的表面。例如，定向纤维或预掺杂纤维可以施加到基材表面。该加工(未示出)可以以类似于传统的“植绒”(将许多被称为“毛屑”的小纤维颗粒沉积到表面上的过程)方式进行，其中当基材接到地面(接地)时，所述“毛屑”被提供负电荷。
外形结构的改变
该MLSE处理能够用来改变在纺织物或针织物内的单独的纤维或纤维束或纱的外形结构。这些变化可能影响/修改纤维的物理性质，包括但不限于强度、耐磨性、表面面积等。一般地，这些外形变化可以独立于上述化学变化(例如，与前体材料的化学变化)，但是一定能够与那些其它表面处理机制结合。
对基材的“外形”变化还可以被视为“表面处理”，可以包括但不限于：
-重新熔化或选择性的烧蚀可以用来消除来自挤出或形成过程的表面瑕疵。
-用以增加表面的摩擦的诱导控制表面粗糙度
能够在纤维的表面上构建独特的结构、外形结构或纹理，重构基材以产生这样的结构，例如，在聚丙烯纤维的表面上生成的纳米刷。外形改变的结构和纤维可以可能变得不太平滑，可能显示线性结构，并且可能具有增加的表面积，这可能(例如)在例如用于捕获微生物的过滤器中是有用的。用于通过本文公开的技术处理的外形改变织物的各种应用是可能的。
金属和陶瓷氧化物的应用和生成
使用在一定形式范围内的溶胶凝胶材料，在在纺织物或针织物中的单独的纤维或纤维束中的纤维基材的表面上或表面中产生在诸如金属或陶瓷氧化物的组合物的范围内的处理。这还包括使用稀土元素来产生例如超磁性、导电性、感测容量等的“智能”的功能。例如，可以使用MLSE***在聚乙烯纤维的表面中生成氧化钛来产生自净性以及抗菌性和耐久性。
多功能性
MLSE***能够用来在单片纤维、纱、针织物、织造织物、非织造材料或按码出售的材料内产生多功能性。一些示例为：
-(在不同侧边上的不同处理)能够改变MLSE***的处理参数以影响处理的深度。所实现的特性改变能够被控制为遍及织物结构或到受控的深度。因此，利用在两侧上不同的处理参数在两个道次上处理织物，使得产生在两侧上具有不同性质的组分。例如，可以产生在一个面上显示疏水性而在另一面上显示亲水性的非织造材料，以便如在失禁穿着、工程设计过滤器和医疗绷带这样的应用中使用。
-(单个前体、多重处理)施加到基材的单个前体能够被处理的(被加工)多次以影响不同的性能特点。这可以通过使传递被处理的材料多次(几次)经过具有不同的MLSE处理设定的能量环境(处理区)或通过同时使用与基材材料内的不同元素起反应的多个能量源而获得。
-(多次传递处理)多功能性能够通过使基材多次(每次使用不同的前体或不同的处理参数)经过MLSE处理来实现。在每次传递时，所产生的反应可能大致单独依赖于所施加的新基材或可以是新前体与在先前处理传递时所产生的化学物质的复合反应。
激光配置
如上所讨论的，激光束可以成形为横跨整个处理区域提供一致的功率密度的矩形光束。现在讨论一些进一步变型和改进。
-(激光束成形)对于具体应用和处理环境，能够看到该处理以不同形状的光束工作，所述不同形状包括但不限于圆形、椭圆形或细线轮廓。此外，横跨处理区域提供一致工作的不同功率或强度的激光光栅的选项可以提供不同的处理结果。-(多个激光束源)MLSE处理能够配置成具有通过垂直作用于材料或处理室的小的、单独的光束重叠系列(阵列)将激光能量提供到处理中的装置。该阵列能够通过一系列单独的纤维激光器或具有光束分束的单个光束和镜布置之一来构建。该阵列可以合并到与块或板等离子体相互作用的固定组中，或能够合并到如下组件：在该组件中，固定辊轴代替例如上述柱状电极(el、e2)配置中的轧辊中的一个。
-(激光波长)MLSE处理能够通过使用不同波长(例如，172纳米至10.6微米)的激光器来实现不同的处理参数，其将包括使用不同类型的具有可调谐波长的激光源或激光器，例如，CO2、NdYag、
二极管或纤维激光器。
图7A、图7B示出包括块等离子发生装置702的***700，一组(例如，多个)激光光束704光束撞击在等离子体706和被处理的材料(基材)710上。多个激光器可以用来产生多种光束，一些单独的激光器可以用来产生几种光束。
图7C(比较图4A)示出在一组激光器产生的光束撞击在等离子体和被处理的材料(基材)上的状态下，材料基材经过辊电极el、e2。这些技术适合于简单材料基材，或在载体膜上的织物基材片，如上所述(图5A、图5B)。
微囊法
微囊法为将化合物锁定到微囊体中，由此囊体结构被设计成在某些环境条件下降解以释放存储的化合物的技术。化合物能够是诸如药物和药剂或染色剂的东西。降解的方法可以是时间、热量、与某些化学物质反应或放电。微囊体可以结合到织物结构。当前技术使用在一段时间内在水中的热定形处理以便将微囊体粘附至织物组织。因此，囊体结构需要具有足够的弹性以耐受这种粘附方法。
使用环境气体或其它适当的前体，本文公开的MLSE***能够用来产生微囊体与干燥基材表面的几乎瞬时的共价结合，且最小的热量散布到囊体结构中。这可以允许产生新的超敏感微囊法技术。
原子层沉积
MLSE***的处理参数能够修改为在作为原子层沉积的基材上产生膜结构。例如，碳或硅系结构。
已经相对于有限数量的实施例描述了本发明，但是这些不应被解释为对本发明的范围的限制，而是作为一些实施例的示例。本领域技术人员可以设想其它可能的变化、改变、以及实施，其根据本公开所阐述也应视为在本发明的范围内且可以被要求保护。

Claims (15)

1.一种用于处理材料的方法，包括：使用第一能量源在具有处理区域(124)的处理室中产生高电压交流电大气压等离子体(610)；和进给所述材料通过所述处理区域；其特征在于：将不同于所述第一能量源的至少一个第二能量源(130)引导到所述等离子体中以便与所述等离子体相互作用，产生混合等离子体；和使所述混合等离子体与在所述处理区域中的被处理的材料相互作用，其中所述第二能量源(130)包括用于提供被引导到处理区域在第一能量源的两电极(e1和e2)之间的激光束(132)的激光器(130)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过抖动***(520)将所述被处理的材料进给至所述处理室。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述被处理的材料包括：纤维或纱的线股(508)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述被处理的材料包括：布置在载体膜(502)上的织物材料片(504、506)。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在进给所述材料(504、506、606)通过所述处理室(610)之前，通过下列任一方法向所述载体膜(502、602)施加前体或促进剂(604)：(i)喷雾，(ii)辊沉积，(iii)放静电，或(iv)将所述前体或促进剂作为被处理的材料所经过的浴液。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，处理包括下列项中的一项或多项：(612)使在所述处理区域(610)中的所述前体或促进剂(604)起反应，以并入被处理的材料(606)、进入到被处理的材料(606)中或到被处理的材料上；(614)使所述前体或促进剂(604)直接与被处理的材料(606)起反应；(616)使所述等离子体中的气体与化学物质与被处理的材料(606)反应。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，对于每一个所述处理，采用不同的处理参数来选择性地实现所需的结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在待处理给定材料上采用所述处理参数的不同的顺序和组合。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：使用静电沉积来将织物或按码出售的织物材料在它们进入所述处理室之前与掺杂物掺杂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述掺杂物包括施加到所述被处理的材料的表面的氧化物粉末或天然或合成纤维。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：将定向纤维或预掺杂纤维施加到所述被处理的材料的表面。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括改变在机织物或针织物内包括的单独的纤维或纤维束或纱的材料的外形结构。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在被处理的材料的每侧上执行不同的处理。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下列中的至少一个：使所述被处理的材料若干次经过所述处理区域；同时使用与所述被处理的材料内的不同的元素起反应的多个能量源；和使所述被处理的材料若干次经过所述处理区域，至少一些次数使用不同的前体或不同的处理参数。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：使用一组激光束(704)在所述等离子体上撞击。
CN201280074359.2A 2012-06-28 2012-12-25 利用组合能量源处理材料 Active CN104488363B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/536,257 US9309619B2 (en) 2011-06-28 2012-06-28 Method and apparatus for surface treatment of materials utilizing multiple combined energy sources
US13/536,257 2012-06-28
PCT/US2012/071596 WO2014003822A1 (en) 2012-06-28 2012-12-25 Treating materials with combined energy sources

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104488363A CN104488363A (zh) 2015-04-01
CN104488363B true CN104488363B (zh) 2018-03-27

Family

ID=49785669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280074359.2A Active CN104488363B (zh) 2012-06-28 2012-12-25 利用组合能量源处理材料

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9309619B2 (zh)
EP (1) EP2868166A4 (zh)
CN (1) CN104488363B (zh)
AU (1) AU2012383475B2 (zh)
CA (1) CA2886703C (zh)
IN (1) IN2015DN00426A (zh)
WO (1) WO2014003822A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9435031B2 (en) 2014-01-07 2016-09-06 International Business Machines Corporation Microwave plasma and ultraviolet assisted deposition apparatus and method for material deposition using the same
US11039620B2 (en) 2014-02-19 2021-06-22 Corning Incorporated Antimicrobial glass compositions, glasses and polymeric articles incorporating the same
US9622483B2 (en) 2014-02-19 2017-04-18 Corning Incorporated Antimicrobial glass compositions, glasses and polymeric articles incorporating the same
US11039621B2 (en) 2014-02-19 2021-06-22 Corning Incorporated Antimicrobial glass compositions, glasses and polymeric articles incorporating the same
US9884437B2 (en) * 2014-06-20 2018-02-06 Palo Alto Research Center Incorporated Integral vasculature
US20160254126A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 Curt G. Joa, Inc. Apparatus and methods for modifying webs of material with plasma
US11078340B2 (en) * 2015-06-03 2021-08-03 Kettering University Coated fibers, methods of making, and composite materials reinforced with coated fibers
HK1215127A2 (zh) * 2015-06-17 2016-08-12 Master Dynamic Ltd 製品塗層的設備、儀器和工藝
US10475625B2 (en) * 2015-08-06 2019-11-12 Ariel-University Research And Development Company Ltd. Plasma treatment of liquid surfaces
US11357093B2 (en) * 2016-12-23 2022-06-07 Plasmatreat Gmbh Nozzle assembly, device for generating an atmospheric plasma jet, use thereof, method for plasma treatment of a material, in particular of a fabric or film, plasma treated nonwoven fabric and use thereof
US10513136B2 (en) * 2017-05-16 2019-12-24 Kyocera Document Solutions Inc. Hydrophilic and hydrophobic modification of a printing surface
CN110042649B (zh) * 2019-05-20 2020-08-04 江南大学 一种用于织物功能整理的大气压等离子体设备及其应用
EP4032692A1 (en) * 2021-01-20 2022-07-27 The Boeing Company Method and apparatus for laying up a composite material onto a substrate

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61119676A (ja) * 1984-11-15 1986-06-06 Ulvac Corp シ−トプラズマとレ−ザ光を利用した成膜装置
DE3619694A1 (de) * 1986-06-11 1987-12-17 Suppan Friedrich Verfahren und vorrichtung zur erzeugung funktioneller atomgruppierungen in makromolekularen stoffen
US6370165B1 (en) * 1998-07-20 2002-04-09 Qqc, Inc. Diamond coatings deposited on WC-Co substrate by multiple laser

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1202916A (en) 1966-11-19 1970-08-19 Kawamoto Ind Method of and apparatus for sizing warps
US3959104A (en) * 1974-09-30 1976-05-25 Surface Activation Corporation Electrode structure for generating electrical discharge plasma
US5804263A (en) 1990-10-24 1998-09-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Combined plasma and gamma radiation polymerization method for modifying surfaces
US5601737A (en) * 1993-07-27 1997-02-11 Matsushita Electric Works, Ltd. Surface treating process involving energy beam irradiation onto multilayered conductor parts of printed circuit board
US5554415A (en) 1994-01-18 1996-09-10 Qqc, Inc. Substrate coating techniques, including fabricating materials on a surface of a substrate
US5413814A (en) 1994-03-15 1995-05-09 Bowen; Robert L. Techniques for coating articles to have the appearance of wood, leather or other naturally occurring materials
US6203865B1 (en) * 1998-07-20 2001-03-20 Qqc, Inc. Laser approaches for diamond synthesis
US6200183B1 (en) * 1998-07-20 2001-03-13 Qqc, Inc. Application of electron field emission from diamond grown by a multiple pulsed laser process
FR2809648B1 (fr) * 2000-05-31 2002-08-30 Air Liquide Procede et installation de soudage hybride par laser et arc electrique, notamment de pieces automobiles ou de tubes
US6514449B1 (en) * 2000-09-22 2003-02-04 Ut-Battelle, Llc Microwave and plasma-assisted modification of composite fiber surface topography
DE10053555C2 (de) 2000-10-28 2003-03-27 Fresenius Medical Care De Gmbh Verfahren zur Erhöhung der Heißdampfstabilität polymerer Substrate
US6429595B1 (en) * 2001-02-14 2002-08-06 Enercon Industries Corporation Multi-mode treater with internal air cooling system
WO2004002670A1 (ja) * 2002-06-27 2004-01-08 Sumitomo Metal Industries, Ltd. 溶接用素材及び溶接品
US7534854B1 (en) * 2005-03-29 2009-05-19 Ut-Battelle, Llc Apparatus and method for oxidation and stabilization of polymeric materials
SI22048A (sl) 2005-06-02 2006-12-31 Institut "Jozef Stefan" Metoda in naprava za lokalno funkcionalizacijo polimernih materialov
US7453566B2 (en) 2006-08-31 2008-11-18 Massachusetts Institute Of Technology Hybrid plasma element monitor
US8951632B2 (en) 2007-01-03 2015-02-10 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused carbon fiber materials and process therefor
EP1953286A1 (en) 2007-02-01 2008-08-06 Nisshinbo Industries, Inc. Fabric and mask
DE102007011235A1 (de) * 2007-03-06 2008-09-11 Plasma Treat Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung einer Oberfläche eines Werkstückes
DK2210321T3 (en) * 2007-11-08 2015-08-31 Enercon Ind Corp Atmospheric processing unit with rolling limited discharge chamber
US20090224182A1 (en) * 2008-02-21 2009-09-10 Plex Llc Laser Heated Discharge Plasma EUV Source With Plasma Assisted Lithium Reflux
CN101823043A (zh) 2009-03-02 2010-09-08 王龙哲 一种材料表面功能化综合处理***
EP2425685B1 (en) * 2009-05-01 2016-10-26 The Regents Of The University Of Michigan Office Of Technology Transfer In-situ plasma/laser hybrid scheme
JP2011132053A (ja) 2009-12-22 2011-07-07 Mitsubishi Pencil Co Ltd 超撥水性炭素材料とその製造方法、並びに液体誘導炭素板
CN101768714B (zh) 2010-02-09 2012-08-15 江苏大学 热障涂层激光复合等离子喷涂制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61119676A (ja) * 1984-11-15 1986-06-06 Ulvac Corp シ−トプラズマとレ−ザ光を利用した成膜装置
DE3619694A1 (de) * 1986-06-11 1987-12-17 Suppan Friedrich Verfahren und vorrichtung zur erzeugung funktioneller atomgruppierungen in makromolekularen stoffen
US6370165B1 (en) * 1998-07-20 2002-04-09 Qqc, Inc. Diamond coatings deposited on WC-Co substrate by multiple laser

Also Published As

Publication number Publication date
EP2868166A1 (en) 2015-05-06
NZ703898A (en) 2016-08-26
WO2014003822A1 (en) 2014-01-03
IN2015DN00426A (zh) 2015-06-19
CA2886703A1 (en) 2014-01-03
US9309619B2 (en) 2016-04-12
CA2886703C (en) 2018-10-09
EP2868166A4 (en) 2016-06-08
AU2012383475A1 (en) 2015-02-05
CN104488363A (zh) 2015-04-01
US20130001204A1 (en) 2013-01-03
AU2012383475B2 (en) 2016-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104488363B (zh) 利用组合能量源处理材料
US9605376B2 (en) Treating materials with combined energy sources
CN103635624B (zh) 使用组合的多个能量源的材料表面处理方法和装置
US8337957B2 (en) Method for depositing a polymer layer containing nanomaterial on a substrate material and apparatus
ES2808077T3 (es) Tratamientos con plasma para coloración de textiles
EP3677719A1 (en) Method for treating an elongated object with plasma
CN109652990A (zh) 纤维素纳米晶防水透湿膜的制备方法及其产品和应用
CN104032406A (zh) 一种多孔无机光催化复合纳米纤维的制备方法
Domonkos et al. Low-temperature atmospheric pressure plasma treatment in the polymer and textile industry
NZ703898B2 (en) Treating materials with combined energy sources
NZ620033B2 (en) Method and apparatus for surface treatment of materials utilizing multiple combined energy sources
CN107245874A (zh) 一种抗菌辅料制备装置
CN109652975B (zh) 一种抗菌辅料制备方法
CN207073030U (zh) 一种抗菌辅料制备装置
JP4544552B2 (ja) バリア性フィルムの製造方法及びバリア性フィルムの基材
JP2010065368A (ja) 抗菌・抗ウイルス性繊維の製造方法と装置
JP2022168849A (ja) 光触媒フィルム、光触媒フィルムの製造方法、光触媒糸、撚糸、繊維構造体、およびフィルタ
Manasmita et al. Recent advancements in textile finishing focused on eco-friendly and plasma technology approach

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant