[发明专利]使用组合的多个能量源的材料表面处理方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月28日提交的US 61/501,874的申请日权益。

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，以改善各种性能如耐污染性、防水、颜色牢固度以及可以通过使用等离子技术、微波能量源的先进处理以及在某些情况下的化学处理实现的其它特性。

在不影响这些纤维的体积性能的情况下，大气压等离子体处理(APT)可以改善纤维的表面性能如亲水性，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率。

大气压等离子体(或AP等离子体或常压等离子体)是考虑到等离子体中的压力与周围大气大约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。一种过程气体(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。AP处理可能优于用于连续处理材料的真空等离子体。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(包括纺织或针织织物和非织造织物)，并广泛地涉及将各种附加的能量源(如激光辐照)与高电压产生的等离子体(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(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设备。

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系统中。功能性可以通过以下方式获得：无水清洗(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。可通过制造化学和/或形态变化的方法(例如在材料的表面上的自由基形成)来获得或增强、增大或减小诸如疏水性、亲水性阻燃、抗微生物性能、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多个附加的(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(串联，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，这些材料通常以扁平片材的形式(“按码出售的织物”(yard goods))。本文所公开的技术也可以应用于任何材料的塑性挤压或金属挤压、轧钢机、注塑、纺纱、梳棉、织布、玻璃制造、基材蚀刻和清洗和涂敷，并适用于实际上任何材料处理技术。如玻璃的扁平片材(如触摸屏)的刚性材料可通过本文所公开的技术进行处理。