Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов



Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов
Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов
Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов
Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов

 

H05H1/24 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2534790:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к технологии модифицирования (обработки) поверхности полимерных материалов. Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда при пониженных давлениях среды осуществляют путем изменения мощности разряда. В ходе процесса производят непрерывное измерение мощности разряда, текущее значение которой используют для расчета в режиме реального времени температурного поля в зоне разряда, а момент окончания процесса определяют автоматически - по достижении поверхностью полимерного материала заданной температуры (для полиэтилена 70°C). Способ по изобретению обеспечивает воспроизводимость приобретаемых адгезионных свойств поверхности - краевого угла смачивания и работы адгезии, а также обеспечивается устойчивость гидрофилизации поверхности. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к технологии модифицирования (изменения свойств) поверхности полимерных материалов (пленок), в частности полиэтилена, точнее, к оптимизации режимов процесса модифицирования.

Наиболее близким к предлагаемому является способ модифицирования (он же - способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов), осуществляемый в низкотемпературной плазме высокочастотного (ВЧ) разряда при пониженных давлениях среды путем изменения мощности разряда. [Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том IV/ Под ред. Фортова В.Е. - М.: Наука, 2000. - С.401, табл. XI.5.23, 4ая строка сверху]. Входными параметрами процесса в способе-прототипе являются: частота тока (f=1 кГц - 40 МГц), удельная мощность разряда (W=0,1-1 Вт/см2), остаточное давление воздуха (F=1,33-500 Па). Временная продолжительность процесса не указана. Соответственно, согласно этому способу процесс плазменного модифицирования осуществляется в течение различного времени при различных для каждого материала и даже каждой его толщины задаваемых удельных мощностях разряда. Иначе говоря, управление процессом осуществляют путем отключения разряда (сброса мощности до нулевого значения) на основе заранее выполненного экспериментального подбора режимных параметров - удельной мощности разряда и времени обработки.

Этот способ управления не позволяет добиться воспроизводимости получаемых результатов (краевого угла смачивания, работы адгезии), поскольку входные параметры процесса плазменного модифицирования (напряженность электрического поля, ток или мощность разряда) не остаются фиксированными, а зависят сложным образом от площади поверхности обрабатываемого материала (так называемый «эффект загрузки»). Обусловленная «эффектом загрузки» обратная связь между химическим составом плазмы и ее физическими свойствами проявляется в зависимости от времени параметров разряда - мощности или тока разряда [Кутепов А.М., Максимов А.И., Никифоров А.Ю., Титов В.А. Влияние продуктов плазмохимических превращений на свойства плазмы и ее динамическое поведение // Теор. основы хим. технологии, 2003. - Т.37. - №4. - С.365-373].

Именно этим объясняется различие результатов модифицирования, наблюдаемое на опыте при одних и тех же входных параметрах процесса - давлении плазмообразующего газа, плотности разрядного тока, удельной мощности разряда. Еще более существенным недостатком известного способа управления является нестабильность свойств поверхности плазмообработанных пленок при дальнейшем их хранении на воздухе. Действительно, при временной зависимости режимных параметров процесса, как результат, различные значения приобретают не только его поверхностные свойства, но и конечная температура поверхности. Между тем именно этот параметр оказывает определяющее влияние на ослабление эффекта старения модифицированных (плазмообработанных) пленок (Патент РФ 2443558, МПК В29С 59/14, 2010). Необходимо отметить, что непосредственное измерение температуры поверхности пленочных материалов в процессе модифицирования в плазме ВЧ-разряда технически невозможно.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение воспроизводимости и стабильности приобретаемых в результате модифицирования свойств поверхности полимерных материалов, в том числе при дальнейшем их хранении на воздухе.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда при пониженных давлениях среды путем изменения мощности разряда производят непрерывное измерение мощности разряда, текущее значение которой используют для расчета в режиме реального времени температурного поля в зоне разряда, а момент окончания процесса модифицирования определяют автоматически - по достижении поверхностью полимерного материала заданной температуры.

Применение заявляемого способа обеспечивает воспроизводимость приобретенных в результате модифицирования свойств поверхности полимеров - краевого угла смачивания и работы адгезии. Кроме того, за счет возможности точного подбора оптимальной конечной температуры поверхности обеспечивается устойчивость свойств поверхности пленок при дальнейшем их хранении на воздухе, так как значительно ослабляется эффект старения. Тем самым создаются условия для успешной реализации процесса пленочной металлизации и других технологических процессов, предусматривающих интервалы времени между технологическими операциями, например, процесса получения композиционных материалов с полимерными наполнителями.

Блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, показана на фиг.1.

Объект управления 1 представляет собой плазмохимический реактор с установленным внутри разрядным конденсатором, подключенным к ВЧ-генератору. Между электродами разрядного конденсатора размещена пленка обрабатываемого полимерного материала. Контролируемыми параметрами объекта являются напряжение на электродах U и ток разряда I. Сдвиг фазы между током и напряжением cosφ непрерывно измеряется фазовым детектором 2. Одновременно в блоке 3 производится расчет полной мощности S цепи. В результате сложения двух сигналов в блоке 4 происходит вычисление текущей активной мощности разряда Р(τ). Сигнал Р(τ) поступает на вход блока 5, осуществляющего расчет температурного поля в материале в режиме реального времени. В момент достижения поверхностью пленки заданной конечной температуры Тповкон компаратор 6 по цепи обратной связи производит отключение разряда в блоке 1.

Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Проводилось модифицирование поверхности образцов пленок полиэтилена толщиной 200 мкм в низкотемпературной плазме ВЧ-разряда на стандартной частоте f=27,12 МГц описанным выше способом, предусматривающим измерение текущей мощности разряда. Режимные (входные) параметры процесса приведены в табл.1. Здесь F - остаточное давление воздуха в разрядном реакторе; рвх - заданная (входная) удельная мощность разряда; τ - время обработки; Гкон - заданное значение конечной температуры поверхности образца.

Изменение свойств поверхности образцов характеризовали значениями краевых углов θ смачивания дистиллированной водой (бидистиллятом), определяемых гониометрическим способом по стандартной методике. Работу адгезии поверхности образцов W рассчитывали по формуле Дюпре-Юнга: W=σж(1+cosθ). Здесь σж - поверхностное натяжение рабочей жидкости. В каждом цикле измерений контактного угла θ на образец наносились три капли, а результаты усреднялись. Для получения сравнительных данных модифицирование поверхности тех же образцов проводили по способу-прототипу. Температуру поверхности образцов в процессе, реализованном по способу-прототипу, измеряли дистанционно с помощью ИК-термометра сразу после выключения разряда. Результаты экспериментов представлены в табл.1.

Аналогично примеру 1, предусматривавшему обработку 3 образцов в одинаковых условиях, предлагаемый способ осуществляли в примерах 2, 3 при измененных режимных параметрах процесса (образцы 3, 4, 5 и 6, 7, 8). Результаты экспериментов сведены в табл.2 и 3.

Предлагаемый способ обеспечивает воспроизводимость результатов - параметров θ и W. Кроме того, за счет автоматического отключения разряда в момент достижения поверхностью образца заданной конечной температуры удается значительно ослабить эффект старения плазмообработанных пленок. Через 3 суток после плазменной обработки значения краевого угла смачивания практически стабилизируются. Тем самым достигается устойчивая гидрофилизация поверхности.

При реализации процесса по способу-прототипу аналогичные (или сравнительно более низкие) показатели устойчивой гидрофилизации достигаются лишь у одного из трех образцов (табл.1, 2), у которых заданное достаточно большое время процесса обеспечило разогрев поверхности пленки до оптимальной (или близкой к ней) температуре (для полиэтилена: Ткон=70°C). У каждого из двух других образцов, модифицированных в различных режимах по способу-прототипу, устойчивая гидрофилизация достигается не ранее чем через 10 суток. При этом результирующие показатели процесса (краевой угол смачивания θ, работа адгезии поверхности W) существенно ухудшаются (табл.1, 2).

В примере 3, реализующем способ-прототип при максимальном значении удельной мощности разряда (табл.3), подобрать заранее и задать временную продолжительность процесса не представляется возможным. В итоге у всех трех образцов 6, 7, 8 устойчивая гидрофилизация достигается лишь через 10 суток после плазмообработки с существенно ухудшенными результирующими показателями.

Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда при пониженных давлениях среды путем изменения мощности разряда, отличающийся тем, что производят непрерывное измерение мощности разряда, текущее значение которой используют для расчета в режиме реального времени температурного поля в зоне разряда, а момент окончания процесса модифицирования определяют автоматически - по достижении поверхностью полимерного материала заданной температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области плазменной техники. Сопло для плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, содержит сверление сопла для выхода струи плазменного газа на конце сопла, первый участок, внешняя поверхность которого выполнена цилиндрической, и примыкающий к нему, к концу сопла второй участок, внешняя поверхность которого суживается по направлению к концу сопла конически, причем предусмотрена/предусмотрены, по меньшей мере, одна канавка подвода жидкости и/или, по меньшей мере, одна канавка отвода жидкости и продолжаются через второй участок во внешней поверхности сопла (4) по направлению к концу сопла и причем канавка подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок подвода жидкости и/или канавка отвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок отвода жидкости также продолжается/продолжаются через часть первого участка, а в первом участке находится, по меньшей мере, одна канавка, сообщающаяся с канавкой подвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок подвода жидкости или с канавкой отвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок отвода жидкости.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, а также в качестве их атомизатора для корректировки траектории космических аппаратов.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нагрева различных газов и в качестве поджигающего устройства пылеугольной горелки. Технический результат - повышение КПД устройства и увеличение ресурса рабочих электродов.
Заявленное изобретение относится к физике плазмы. В заявленном устройстве с магнитным удержанием плазмы типа «ловушка с магнитными пробками» рабочий объем заполнен плазмой из одного исходного изотопа, при этом ядра второго изотопа ускоряют до энергий (110÷700) кэВ и вводят плотными пучками, уравновешивающими давление получаемой плазмы со всех сторон.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к конструкции магнитного блока распылительной системы, и может быть использовано в планарных магнетронах для вакуумного ионно-плазменного нанесения тонких пленок металлов и их соединений на поверхность твердых тел.

Изобретение относится к плазменной технике. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов содержит главный кольцевой канал ионизации и ускорения, ограниченный конструкционными элементами из изолирующего материала и открытый на своем выходном конце.

Заявленное изобретение относится к электроду плазменной горелки. Заявленное устройство содержит продолговатый электрододержатель с передней поверхностью на острие электрода и сверлением, выполненным на острие электрода по средней оси через электрододержатель, и эмиссионную вставку, установленную в сверлении таким образом, что излучающая поверхность эмиссионной вставки остается свободной.

Группа изобретений относится к плазменной технике. Охлаждающая труба для плазменно-дуговой горелки включает в себя продолговатое тело с располагаемым в открытом конце электрода концом и проходящим через это тело каналом для охлаждающей среды, при этом на упомянутом конце стенка охлаждающей трубы имеет валикообразное, направленное внутрь и/или наружу утолщение.

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам плазменно-дуговых сталеплавильных печей. Плавильный плазмотрон включает водоохлаждаемый корпус, каналы для подачи плазмообразующего газа, расположенные параллельно оси плазмотрона и соединенные с вертикально расположенным водоохлаждаемым соплом, электрическую изоляцию, электрическую сеть, вольфрамовый электрод-катод, электрододержатель.

Система электростатического ионного ускорителя, содержащая ионизационную камеру (IK), которая имеет на одной стороне в продольном направлении отверстие для выхода струи, электродную систему, содержащую анодную систему (AN) и катодную систему (KA), которая создает в ионизационной камере электростатическое поле, ориентированное в продольном направлении, при этом анодная система расположена противоположно выходному отверстию у основания камеры.
Изобретение относится к технологии модифицирования (обработки) поверхности полимерных материалов. .

Изобретение относится к способу поверхностной обработки предварительно определенных площадей структуры композиционного материала. .

Изобретение относится к формированию покрытия из аморфного углерода с полимерной тенденцией на субстрат из полимерного материала, имеющего форму сосуда, который необходимо получить, такого как бутылка или флакон, с использованием плазмы, возбуждаемой посредством электромагнитных волн.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии сверхточной обработки оптической поверхности офтальмологических имплантатов. Техническим результатом изобретения является повышение производительности установки для финишной обработки поверхности оптического элемента ИОЛ из полимерного материала. Технический результат достигается установкой для полировки ионным пучком поверхности оптического элемента интраокулярной линзы (ИОЛ), содержащей размещенные в вакуумной камере первый источник направленного ионного пучка, держатель ИОЛ с механизмом сканирования, установленный на пути ионного пучка, и средства управления. При этом установка содержит второй источник направленного ионного пучка, установленный в вакуумной камере встречно и соосно с первым источником, связанные со средствами сканирования пучков в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и холодильное устройство с тепловым экраном. Причем тепловой экран представляет собой пластину «П»-образной формы с соосными сквозными отверстиями в широких стенках, закрепленную неподвижно относительно стенок вакуумной камеры и размещенную на одной оси с источниками ионных пучков и упомянутыми сквозными отверстиями в стенках. Держатель ИОЛ выполнен в виде разъемной кассеты, имеющей ячейки для крепления единичных ИОЛ со средствами маскирования периметра ИОЛ. При этом кассета выполнена с возможностью воздействия ионными пучками на обе оптические поверхности ИОЛ, расположена между широкими стенками теплового экрана с зазором и связана с приводом. Привод выполнен с возможностью перемещения подлежащей полировке ИОЛ в зону воздействия ионных пучков, последующего колебательно-вращательного сканирования кассеты вокруг вертикальной оси в процессе воздействия ионных пучков, и по достижении заданной интегральной дозы воздействия ионов - перемещения в зону воздействия ионными пучками следующей подлежащей полировке ИОЛ. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к обработке поверхности веществ с использованием плазмы. Способ обработки поверхности объекта, содержащего резиновый материал, а именно диафрагму для использования в процессе изготовления шины транспортного средства. Способ включает этап, на котором поверхность подвергают обработке газом при низком давлении, при котором газ поддается формированию плазмы, и вызывают формирование плазмы из газа. Для получения заданного качества отталкивания поверхности резинового материала используют фтористый газ, такой как тетрафторметан или гексафторэтан. Предпочтительно обработку осуществляют, пока не будет получен слой поверхности резинового материала с характеристиками, измененными обработкой, который обладает предполагаемым сроком службы, соответствующим предполагаемому сроку службы объекта, который соответствует вулканизациям 500 объектов. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в изменении поверхности диафрагм и других объектов, содержащих резиновый материал, при обработке их плазмой и при этом резиновой поверхности придаются высокие качества отталкивания при контакте с другими материалами. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области физической электроники и может использоваться как источник непрерывных или импульсных пучков электронов с энергией до 10-20 кэВ в газах среднего давления (0,1-10 кПа). В первом варианте изобретения катод (1) генератора выполнен в виде неохлаждаемого цилиндра, плотно вставленного в изолятор (2). Изолятор имеет в торцевой части соосное катоду отверстие, а вплотную к торцу изолятора установлен плоский металлический анод (3) с отверстием, соосным отверстию в изоляторе и образующим канал для электронного пучка от торца катода до выхода из генератора. Во втором варианте изобретения генератор электронного пучка содержит разрядную структуру, расположенную непосредственно в рабочем газе и состоящую из катода, изолятора и анода, катод генератора выполнен в виде неохлаждаемого цилиндра, торец изолятора расположен в одной плоскости с торцем катода, вплотную к торцу изолятора соосно с катодом установлена шайба, внутренний диаметр которой больше диаметра катода, а вплотную к шайбе установлен плоский металлический анод с отверстием, соосным шайбе и образующим канал для электронного пучка от торца катода до выхода из генератора. Катод как в первом, так и во втором варианте может быть закреплен в изоляторе клеевым соединением вдали от рабочей поверхности катода. Техническим результатом является обеспечение охлаждения катода и изолятора вблизи вывода пучка и достижение более высоких рабочих параметров - давления газа, напряжения и мощности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области плазменного нанесения покрытий. Установка плазменного нанесения покрытий или обработки поверхности подложки (3) содержит рабочую камеру (2), которая является вакуумируемой и в которой может быть размещена подложка (3) и плазменная горелка (4) для создания плазменной струи (5) нагреванием технологического газа, причем плазменная горелка (4) имеет сопло (41), через которое плазменная струя (5) может выходить из плазменной горелки (4) и простираться вдоль продольной оси (А) в рабочей камере (2). Ниже по течению от сопла (41) в рабочей камере (2) предусмотрено механическое ограничивающее приспособление (12), которое простирается вдоль продольной оси (А) и защищает плазменную струю (5) от бокового нежелательного проникновения частиц. Технический результат - повышение качества покрытия. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии термической обработки твердых диэлектрических тел, включая их разрушение, в частности тел с низким коэффициентом поглощения электромагнитного излучения (горные породы, строительные материалы и пр.), и может быть использовано в горном деле и строительстве. Способ плазменно-электромагнитного воздействия на диэлектрический материал заключается в том, что создают плазму плазмотроном, формируют из нее плазменный поток и направленно воздействуют им на поверхность материала, отличающийся тем, что плазму создают и формируют из нее плазменный поток плазмотроном с регулируемыми параметрами, при этом дополнительно создают управляемый поток электромагнитных волн с частотой 0,5-5 ГГц и направляют его в место контакта плазменного потока с поверхностью материала, при этом регулировкой параметров плазмотрона и/или управлением потоком электромагнитных волн обеспечивают и поддерживают температуру плазмы в ее скин-слое в месте контакта плазмы с поверхностью материала в диапазоне 3000-5000 К. В результате достигается повышение производительности разрушения твердых диэлектрических тел и расширение области применении. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами. Расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом один конец проволочки помещается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на разрядный промежуток из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения. Технический результат - обеспечивается создание каналов на катоде в несамостоятельном дуговом разряде, что повышает эффективность проведения научных исследований в технологиях микроэлектроники. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электрического нагрева газов дуговым разрядом, и может быть использовано в плазмотронах при проведении различных технологических процессов, в частности для подогрева расплава металла в промежуточном ковше МНЛЗ в металлургической промышленности, а также научных исследований высокотемпературных процессов. Технический результат - повышение ресурса работы плазмотрона и увеличение силы тока, проходящего через плазмотрон. В электродуговом плазмотроне, содержащем водоохлаждаемые цилиндрические внутренний и соосный ему наружный электроды, а также расположенный в кольцевом канале между ними завихритель, в торце внутреннего электрода расположена вогнутая цилиндрическая камера. Наружный электрод выполнен в виде стакана с расширяющимся выходным каналом на его дне, который соединен с полостью цилиндрической камеры внутреннего электрода через радиальный зазор между торцевыми поверхностями электродов. Диаметр входного сечения расширяющегося выходного канала наружного электрода меньше диаметра цилиндрической камеры внутреннего электрода. 1 ил.
Наверх