УСТАНОВКА МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИПРОПИЛЕНА

Установка модификации поверхности изделия из полипропилена
Заявляемое техническое решение относится к области плазменной техники, может быть использовано в электроннолучевой технологии, а также в производстве изделий из полимеров, в частности, при подготовке поверхности полипропилена под покраску.
Известно устройство обработки поверхности коронным разрядом [1], предназначенное для модификации поверхности полимера, обеспечивающей повышение адгезионных свойств поверхности. Модификация осуществляется потоками ионов и электронов, ускоренных электрическим полем. Недостатком способа является сложность точного контроля дозы облучения в силу неопределенности состава частиц и их энергии. Кроме того, плазма коронного разряда не имеет четких границ, а следовательно, отсутствует возможность отделения обработанных участков от необработанных.
Известен способ улучшения характеристик поверхности листового материала и устройство для его осуществления [2], в котором обработка материала производится в тлеющем разряде, создаваемом в газе атмосферного давления переменным напряжением с амплитудой 1-5 кВ и частотой 1-100 кГц. В этом устройстве обрабатываемый листовой или пленочный материал протягивается между электродами. Устройство не может быть использовано для обработки поверхностей изделий, имеющих не листовую форму. Кроме того, как и в предыдущем устройстве, неопределенность состава и энергии бомбардирующих частиц приводят к неопределенности дозы радиации и глубины модифицированного слоя.
-4
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является установка, описанная в способе получения поверхностно-привитого полимерного покрытия на полипропилене [3]. Элементами установки являются вакуумная камера с держателем для размещения полипропиленового изделия, импульсный ускоритель электронов с холодным взрывоэмиссионным катодом, обеспечивающий длительность импульса электронного пучка, по крайней мере, менее 100 не с частотой повторения импульсов, по крайней мере, не менее 1 Гц. Давление в вакуумной камере составляет 4-0,4 Па. Как следует из описания патента, энергия электронов равнялась 100-250 кэВ, что означало необходимость отделения ускорительной части устройства с вакуумом 1,3×10 Па от рабочей камеры фольговым выпускным окном. Применение электронного пучка позволяет с достаточной точностью контролировать дозу облучения. В то же время, наличие двух разделенных частей заметно усложняет конструкцию установки. Кроме того, торможение электронов с энергией 100-250 кэВ сопровождается рентгеновским излучением, что вынуждает принимать
меры по защите обслуживающего персонала и означает усложнение и удорожание устройства в целом.
Цель заявляемого технического решения состоит в упрощении и удешевлении установки модификации поверхности изделия из полипропилена при сохранении возможности контроля дозы облучения. Поставленная цель достигается тем, что в известной установке модификации поверхности изделия из полипропилена, включающей вакуумную камеру с держателем для размещения полипропиленового изделия и ускоритель электронов, в качестве ускорителя электронов использован форвакуумный плазменный источник [4], формирующий электронный пучок с энергией 5-10 кэВ с длительностью импульса 100-150 мкс в диапазоне давлений 5-20 Па, а посередине между источником и обрабатываемой поверхностью полипропиленового изделия перпендикулярно оси источника помещен коллектор в виде проволоки, диаметр которой составляет менее одной сотой расстояния от электронного источника до обрабатываемой поверхности полипропиленового изделия. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение и удешевление установки модификации поверхности полипропилена при сохранении возможности контроля дозы облучения.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, представленным на Фиг. 1. Плазменный электронный источник 1 размещен на фланце вакуумной камеры 2. На держателе 3 размещено обрабатываемое изделие 4 из полипропилена. Электронный пучок 5, формируемый источником 1, облучает поверхность изделия 4, обеспечивая модификацию приповерхностного слоя. Проволочный коллектор 6, ориентированный перпендикулярно оси источника, располагается посередине между источником и обрабатываемой поверхностью полипропиленового изделия. Диаметр проволочного коллектора составляет менее одной сотой расстояния от электронного источника до обрабатываемой поверхности полипропиленового изделия.
Отличие от прототипа состоит в использовании электронного источника иного типа, а также в наличии проволочного коллектора.
Установка работает следующим образом. В рабочую камеру на держатель помещают изделие из полипропилена, после чего производят откачку до давления 5-20 Па. Затем повышают напряжение на ускоряющем промежутке до 5-10 кВ. После этого включают импульсный генератор разрядного напряжения и производят выстрелы электронным пучком. Число выстрелов определяется необходимой дозой радиации, определяемой экспериментально по изменению морфологии поверхности полипропилена. Измерение сигнала электронного тока с коллектора наряду с измерением длительности и количества импульсов, а также напряжения на ускоряющем промежутке дает возможность контролировать
дозу радиации, вносимую в обрабатываемый материал. Место расположения проволочного коллектора, а также условие, накладываемое на его диаметр, позволяют осуществить контроль дозы облучения и устранить эффект тени. Применение в установке электронного источника с ускоряющим напряжением 5-10 кВ и устранение необходимости использования фольгового выпускного окна для отделения ускорительной части устройства от рабочей камеры решительным образом упрощает и удешевляет установку по сравнению с прототипом.
2
Место расположения и предельный диаметр проволочного коллектора были найдены экспериментально. При диаметре коллектора более одной сотой расстояния от обрабатываемой поверхности изделия до электронного источника на изделии неизменно проявлялась полоса, свидетельствующая о затенении поверхности изделия. Затенение имело место и в случае приближения проволочного коллектора к обрабатываемому изделию. Смещение коллектора в сторону электронного источника ухудшало контроль дозы облучения. На фиг. 2 показан вид поверхности полипропилена после обработки десятью импульсами длительностью 100 мкс каждый. Ускоряющее напряжение составляло 8 кВ, плотность тока 1 А/см. Расстояние от источника до обрабатываемой поверхности составляло 10 см, проволочный коллектор располагался на расстоянии 5 см от обрабатываемой поверхности, а диаметр проволочного коллектора равнялся 0,9 мм. Давление в рабочей камере составляло 8 Па. Модифицированная поверхность выглядит однородной. Снимок сделан в растровом электронном микроскопе Hitachi ТМ-1000.
Использованные источники
1. Зуев М.А. Устройство обработки поверхности коронным разрядом. Патент РФ №2306224, опубл. 20.09.2007. Заявка №2006102465/09 от 30.01.2006
2. Рот Джон Риис и др. Листовой материал, способ улучшения характеристик поверхности листового материала, способ генерирования плазмы тлеющего разряда и устройство для инициирования плазмы тлеющего разряда. Патент РФ №2154363, опубл. 10.08.2000. Заявка №95122129/06 от 26.05.1994.
3. Сахаров Е.С., Алексеенко П.И. Способ получения поверхностно-привитого полимерного покрытия. Патент РФ №2371448, опубл. 27.10.2009. Заявка №2007100661/04 от 09.01.2007.
4. Ю.Г. Юшков, В.А. Бурдовицин А.В. Медовник, Е.М. Оке. Форвакуумный плазменный источник импульсных электронных пучков. Приборы и Техника Эксперимента, 2011, №2, с. 85-88