[发明专利]用于处理颗粒材料以改善其表面特性的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2005年9月13日提交的共同未决美国临时专利申请No.60/716,400和2006年6月16日提交的共同未决美国临时专利申请No.60/814,441的优先权，其内容引入本文供参考。

技术领域

本发明涉及颗粒材料的表面处理，并且尤其涉及处理下文所述的颗粒塑性(plastic)树脂或其它颗粒材料的表面，以便在后处理过程(例如由这种经处理的树脂形成物体)之前改善它们的表面特性，使各种涂料、粘合剂、油漆、油墨和其它材料能更好地粘附到由这种经处理的颗粒树脂制成的物体上，和/或改善这种物体的表面特性，以便增强表面润湿性、润滑性和表面能或表面张力。

背景技术

更具体地说，本发明涉及颗粒塑性树脂的处理，以便增强由这些树脂成型的物体的上述表面特性。虽然可以通过本发明的装置和方法处理各种颗粒材料，但是本发明公开的方法尤其适合处理合成或天然塑性树脂(即，通常被称为塑料、弹性材料、或橡胶状材料的任何固体或半固体的可熔物质聚合物材料)的粉末状、粒状、丸状或其它形式的颗粒的表面。除了这种聚合树脂以外，根据本发明公开的表面处理系统和方法处理的颗粒材料可以包括其它材料，如木材颗粒、纤维素、油漆颜料(例如二氧化钛，TiO₂)等。而且，应该理解：这种塑性颗粒材料可以是不同塑性树脂和添加剂的混合物，如不同树脂的再研磨的或回收的塑料。这种其它颗粒材料也可以是塑性颗粒和其它物质如填料、纤维、金属、着色剂如二氧化钛(TiO₂)、弹性材料、橡胶等的混合物。

通常，在塑性物体已经成型之后，粘合剂、油漆、油墨、和其它涂料不能很好地粘附到该塑性物体的表面。在许多情况中，必须处理成型物体的表面，以便将该物体的表面特性改变成更容易使这种涂料和粘合剂粘附到该物体上。例如，通常需要这种表面处理的塑性树脂包括各种类型的聚乙烯、聚丙烯、TPO、TPE等。随着水基粘合剂、油漆和油墨的出现，当使用溶剂基粘合剂、油漆和油墨时，通常希望对由迄今为止不需要表面处理的其它塑性树脂(例如苯乙烯、ABS、PVC、工程塑料、丙烯酸类树脂和聚碳酸酯)成型的物体进行表面处理。

用不同方法完成这种成型塑性物体的后成型表面处理。例如，这种后成型处理方法之一包括将成型物体暴露在明火中，以便处理该物体的表面。然而，这种火焰处理需要大量能量(例如天然气)，可能导致物体的翘曲或收缩，并且不能用于可燃的塑料。另一种后成型处理方法是电晕放电处理方法，其中将成型物体暴露到电晕放电中。然而，所需的表面处理仅仅对这样的表面有效，在该表面处，适当调节的电晕放电与部件相接触。此外，这种电晕放电处理系统的高温可熔化、扭曲、或甚至烧伤物体。更进一步，这种后成型处理系统包括真空等离子体处理，其中将该物体放入被抽空到低压且引入所选的气体的密闭真空室中。然后通过电或磁对该腔室供应能量，以便产生气体等离子体。

可以参考共同转让的美国专利5,290,489，它公开了通过下列步骤对中空塑性物体的内部进行表面处理：在中空物体内部形成真空，将导电气体(例如氩气或氩气/氧气混合物)引入中空物体，并且使该物体穿过一对电极之间以使中空物体内部的气体电离，以便处理中空物体的内表面。

密苏里州圣路易斯的莱克托工程公司(Lectro Engineering Company)已经开发并且多年市售了三维表面处理设备，该设备基于电容性电极原理进行操作，其在大气通道或腔室中形成定向等离子体。将电容性电极布置在通道的相对侧，并且产生高压电场，以便在电极之间实现定向等离子体放电。将成型的部件放置在输送带(或其它运输工具)上，并且将其输送通过该处理通道，并且被暴露在等离子体中，以便表面处理该部件或物体的外表面，而在物体上产生少的热量或不产生热量。只要该部件在处理通道范围内，则基本上部件的整个外表面被处理。此外，密苏里州圣路易斯的莱克托工程公司提供了市售的表面处理设备，其中向通道或密闭腔室中引入气体或气体混合物(例如空气、CO₂、氩气、一氧化二氮、或气体混合物)，以便促进等离子体的产生。应该理解为：当在本申请中使用术语“气体”时，它可以是单一气体如氩气，但是也可以是两种或多种气体的混合物。

可以参考美国专利4,317,778、5,176,924、5,215,637、5,290,489、5,925,325和6,824,872，它们公开了多种等离子体系统和方法。

发明内容