CN106622891B - 一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置及方法，属于等离子体技术领域，用于在基材表面制备聚合物涂层。该装置中，在真空室内安装有等离子体源，真空室内安装紫外光源的阵列，载体气体管路的出口靠近等离子体源，单体蒸汽管路的出口距离等离子体源5‑30cm；排气管位于真空室远离等离子体源、载体气体管路出口和单体蒸汽管路出口的一侧；待处理的基材放在真空室内，将载体气体和单体蒸汽通入真空室内；放电产生等离子体；开启紫外光源；单体蒸汽在等离子体和紫外辐照双重作用下发生聚合并沉积在基材表面形成涂层。通过本发明装置及方法制备的涂层具有能量和原料利用率高、涂层沉积率高、涂层均匀性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于等离子体技术领域，涉及到一种等离子体聚合表面涂层装置及其方法。
背景技术
等离子体聚合表面涂层是一种重要材料表面改性方法。在等离子体聚合表面涂层过程中，将待处理的基材置于在真空室中，通入载体气体和气态有机类单体，通过放电把有机类气态单体等离子体化，使其产生各类活性种，由这些活性种之间或活性种与单体之间进行加成反应形成聚合物，并沉积在基材表面形成涂层。例如文献《表面涂层》(CN1190545C)公开了一种疏水和/或疏油基材，其中包括利用脉冲调制高频辉光放电产生等离子体制备聚合物表面涂层的方法；文献《通过低压等离子体工艺施加保形纳米涂层的方法》(CN201180015332.1)也涉及利用脉冲调制高频辉光放电制备聚合物表面涂层的方法。现有的等离子体聚合表面涂层技术均采用单一的等离子体手段，由于等离子体在空间的分布存在固有的不均匀性，靠近放电区处和远离放电区处等离子体密度不同，远离放电区处等离子体密度较低，鞘层区的等离子体密度更低，使得聚合反应效果不同，涂层不均匀；另外，低密度等离子体区和鞘层区聚合反应不充分，能量和原料利用率低、涂层沉积率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层方法，以解决现有技术能量和原料利用率低、涂层沉积率低、涂层不均匀的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置，其特征在于：在真空室内安装有等离子体源，在真空室内远离等离子体源的区域内安装紫外光源的阵列，载体气体管路连接到真空室内的靠近等离子体源一侧，载体气体管路另一端连接载体气体源，单体蒸汽管路连接到真空室内等离子体源前方；单体蒸汽管路另一端连接单体蒸汽源，真空排气管连接到真空室内远离等离子体源的一侧；真空排气管另一端连接到真空泵，待处理的基材放在真空室内。
所述的等离子体源是电极或感应线圈或微波天线中的一种，所述的等离子体源的放电功率为5-1000W。
所述的等离子体源能够连续或断续工作，等离子体源断续工作时，放电时间为2-100μs，放电中断时间为1-100ms。
所述的紫外光源相邻之间间隔10cm-50cm，且距离等离子体源20cm-80cm。
所述的紫外光源是紫外灯或紫外发光二极管中的一种。
所述的紫外光源的波长范围为180-380nm，紫外光源的功率为0.1-200W。
所述的紫外光源能够连续或断续发光，紫外光源断续发光时，发光时间为1μs–1s，发光中断时间为10μs–10s。
所述的单体蒸汽管路距离等离子体源为5-30cm。
一种利用所述的紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置进行表面涂层的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)、在真空室内放置待处理的基材，开启真空泵将真空室内真空度抽到1Pa以下；
(2)、通入载体气体和单体蒸汽，维持真空室内的真空度为2-30Pa；
(3)、开启等离子体源放电产生等离子体，同时开启紫外光源，单体蒸汽在等离子体和紫外辐照双重作用下发生聚合并沉积在基材表面形成涂层。
所述载体气体为氦气或氩气中的一种或两种的混合物。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：
通过本发明装置及方法所制备的聚合物涂层，利用紫外辐照使弱等离子体区域内发生单体聚合反应，弥补弱等离子体区域内等离子体聚合反应的不充分，提高弱等离子体区域内的涂层沉积率，提高能量和原料利用率，改善涂层均匀性。
附图说明
图1是实现本发明方法的装置结构示意图。
图中，1、真空室，2、等离子体源，3、紫外光源，4、载体气体管路，5、
单体蒸汽管路，6、排气管，7、基材。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1
如图1所示，在真空室内安装有等离子体源，所述的等离子体源是电极，等离子体源的放电功率为5W，所述的等离子体源能够连续或断续工作，等离子体源断续工作时，放电时间为2μs，放电中断时间为1ms；在真空室内远离等离子体源的区域内安装紫外光源的阵列，所述的紫外光源是紫外灯，紫外光源相邻之间间隔10cm，且距离等离子体源20cm，紫外光源的波长范围为180nm，紫外光源的功率为0.1W,所述的紫外光源能够连续或断续发光，紫外光源断续发光时，发光时间为1μs，发光中断时间为10μs；载体气体管路连接到真空室内的靠近等离子体源一侧，载体气体管路另一端连接载体气体源，单体蒸汽管路连接到真空室内等离子体源前方；单体蒸汽管路另一端连接单体蒸汽源，所述的单体蒸汽管路距离等离子体源为5cm；真空排气管连接到真空室内远离等离子体源的一侧；真空排气管另一端连接到真空泵，待处理的基材放在真空室内。
实施例2
一种利用实施例1所述的紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置进行表面涂层的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)、在真空室内放置待处理的基材，开启真空泵将真空室内真空度抽到1Pa以下；
(2)、通入载体气体和单体蒸汽，载体气体为氦气或氩气的混合物，维持真空室内的真空度为2Pa；
(3)、开启等离子体源放电产生等离子体，同时开启紫外光源，单体蒸汽在等离子体和紫外辐照双重作用下发生聚合并沉积在基材表面形成涂层。
实施例3
如图1所示，在真空室内安装有等离子体源，所述的等离子体源是微波天线，等离子体源的放电功率为1000W，所述的等离子体源能够连续或断续工作，等离子体源断续工作时，放电时间为100μs，放电中断时间为100ms；在真空室内远离等离子体源的区域内安装紫外光源的阵列，所述的紫外光源是紫外发光二极管，紫外光源相邻之间间隔150cm，且距离等离子体源80cm，紫外光源的波长范围为380nm，紫外光源的功率为200W,所述的紫外光源能够连续或断续发光，紫外光源断续发光时，发光时间为1s，发光中断时间为10s；载体气体管路连接到真空室内的靠近等离子体源一侧，载体气体管路另一端连接载体气体源，单体蒸汽管路连接到真空室内等离子体源前方；单体蒸汽管路另一端连接单体蒸汽源，所述的单体蒸汽管路距离等离子体源为30cm；真空排气管连接到真空室内远离等离子体源的一侧；真空排气管另一端连接到真空泵，待处理的基材放在真空室内。
实施例4
一种利用实施例1所述的紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置进行表面涂层的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)、在真空室内放置待处理的基材，开启真空泵将真空室内真空度抽到1Pa以下；
(2)、通入载体气体和单体蒸汽，载体气体为氦气，维持真空室内的真空度为30Pa；
(3)、开启等离子体源放电产生等离子体，同时开启紫外光源，单体蒸汽在等离子体和紫外辐照双重作用下发生聚合并沉积在基材表面形成涂层。
实施例5
如图1所示，在真空室内安装有等离子体源，所述的等离子体源是感应线圈，等离子体源的放电功率为500W，所述的等离子体源能够连续或断续工作，等离子体源断续工作时，放电时间为40μs，放电中断时间为50ms；在真空室内远离等离子体源的区域内安装紫外光源的阵列，所述的紫外光源是紫外灯，紫外光源相邻之间间隔25cm，且距离等离子体源50cm，紫外光源的波长范围为380nm，紫外光源的功率为100W,所述的紫外光源能够连续或断续发光，紫外光源断续发光时，发光时间为10μs，发光中断时间为50μs；载体气体管路连接到真空室内的靠近等离子体源一侧，载体气体管路另一端连接载体气体源，单体蒸汽管路连接到真空室内等离子体源前方；单体蒸汽管路另一端连接单体蒸汽源，所述的单体蒸汽管路距离等离子体源为10cm；真空排气管连接到真空室内远离等离子体源的一侧；真空排气管另一端连接到真空泵，待处理的基材放在真空室内。
实施例6
一种利用实施例1所述的紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置进行表面涂层的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)、在真空室内放置待处理的基材，开启真空泵将真空室内真空度抽到1Pa以下；
(2)、通入载体气体和单体蒸汽，载体气体为氩气，维持真空室内的真空度为15Pa；
(3)、开启等离子体源放电产生等离子体，同时开启紫外光源，单体蒸汽在等离子体和紫外辐照双重作用下发生聚合并沉积在基材表面形成涂层。
Claims (7)
1.一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置，其特征在于：在真空室(1)内安装有等离子体源(2)，所述的等离子体源(2)是电极或感应线圈或微波天线中的一种，在真空室(1)内远离等离子体源的区域内安装紫外光源(3)的阵列，所述的紫外光源(3)是紫外灯或紫外发光二极管中的一种，载体气体管路(4)连接到真空室内的靠近等离子体源(2)一侧，载体气体管路另一端连接载体气体源，单体蒸汽管路(5)连接到真空室内等离子体源前方，单体蒸汽管路另一端连接单体蒸汽源；真空排气管(6)连接到真空室(1)内远离等离子体源(2)的一侧；真空排气管另一端连接到真空泵，待处理的基材(7)放在真空室(1)内;
所述的紫外光源(3)相邻之间间隔10cm，且距离等离子体源(2)20cm;所述的单体蒸汽管路(5)距离等离子体源(2)为5cm;
或者，所述的紫外光源(3)相邻之间间隔150cm，且距离等离子体源(2)80cm;所述的单体蒸汽管路(5)距离等离子体源(2)为30cm;
或者，所述的紫外光源(3)相邻之间间隔25cm，且距离等离子体源(2)50cm;所述的单体蒸汽管路(5)距离等离子体源(2)为10cm。
2.根据权利要求1所述的一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置，其特征在于：所述的等离子体源(2)的放电功率为5-1000W。
3.根据权利要求1所述的一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置，其特征在于：所述的等离子体源(2)能够连续或断续工作，等离子体源(2)断续工作时，放电时间为2-100μs，放电中断时间为1-100ms。
4.根据权利要求1所述的一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置，其特征在于：
所述的紫外光源(3)的波长范围为180-380nm，紫外光源(3)的功率为0 .1-200W。
5.根据权利要求1所述的一种紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置，其特征在于：所述的紫外光源(3)能够连续或断续发光，紫外光源(3)断续发光时，发光时间为1μs–1s，发光中断时间为10μs–10s。
6.一种如权利要求1所述的紫外辐照辅助等离子体聚合表面涂层装置进行表面涂层的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)、在真空室(1)内放置待处理的基材(7)，开启真空泵将真空室(1)内真空度抽到1Pa以下；
(2)、通入载体气体和单体蒸汽，维持真空室(1)内的真空度为2-30Pa；
(3)、开启等离子体源(2)放电产生等离子体，同时开启紫外光源(3)，单体蒸汽在等离子体和紫外辐照双重作用下发生聚合并沉积在基材表面形成涂层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤(2)中的载体气体为氦气或氩气中的一种或两种的混合物。
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