采用等離子體射流以及外加力場制備的高阻隔薄膜及其制備方法和鍍膜裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于阻隔薄膜制作技術領域，特別是涉及采用等離子體射流以及外加力場制備的高阻隔薄膜及其制備方法和鍍膜裝置。
【背景技術】
[0002]目前用于阻隔包裝領域的阻隔薄膜主要用復合加工、多層共擠、表面涂布、真空鍍招等方法制備而成，但是這些制備方法都存在工藝復雜、成本較尚，并且在材料的回收利用及環保等方面存在缺陷。
[0003]上世紀八十年代末出現的氧化硅阻隔膜層，既具有阻透阻濕隔氧性能，還具有耐酸堿、耐腐蝕、防劃痕及絕緣性高等特點，在阻隔薄膜領域中應用廣泛。目前用于高阻隔領域的氧化硅薄膜制備主要基于真空蒸發鍍膜或等離子體化學增強化學氣相沉積技術包括射頻、中頻、磁場輔助型等離子體化學氣相沉積技術，上述氧化硅制備技術都是在真空條件下實施的，需要價格高昂的真空設備;此外，這種真空設備絕大多數是批量間斷式的生產操作方式，膜卷在真空室里處理完畢后，需要重新換卷，涉及到的抽氣、放氣等工序，會降低生產效率。
[0004]申請號為2014101400355的專利，公開了一種制備高阻隔薄膜的方法，但是該專利還存在這鍍膜不夠緊密以及鍍膜面積較小、不夠均勻，需要多次調整射流槍的位置，生產效率較低、材料成本較高、擴大鍍膜的范圍等的缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于，提供一種解決現有真空條件下采用等離子體技術制備薄膜阻隔層成本高、效率低的不足的同時，提高了鍍膜的致密性，具有阻隔氣體分子性能好、生產效率高、材料成本低、無污染等特點的采用等離子體射流以及外加力場制備的高阻隔薄膜及其制備方法和鍍膜裝置。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:通過等離子體發生裝置產生的等離子體與放電氣體混合后沉積于基材上，等離子體發生裝置為常壓射流式等離子體發生裝置，通過輸氣管路引入放電氣體，同時有機硅單體由載氣攜帶進入射流槍內，與放電氣體混合，在交變高壓電極與接地射流頭之間放電產生等離子體，形成納米級薄膜氣相成分，射流槍由交變高壓電源驅動，等離子體經射流槍射流頭待噴出；
[0007]其中，常壓射流式等離子體發生裝置包括射流槍，安裝在射流槍下方的載物臺、帶動基材移動的前后傳動軌以及支撐整套裝置的底座、與射流槍進口通過管路連通的有機硅單體發生器和放電氣體供應源、與有機硅單體發生器連通的載氣供應源，工作電源與射流槍電聯，
[0008]在射流槍出口處、射流槍與基材之間設有靜磁場發生裝置或/和在射流槍與基材之間的前后設有靜電場發生裝置，使得在射流槍與基材之間，等離子體通過的區間內，分布有靜磁場或/和靜電場，所述靜磁場的方向、等離子體噴射方向以及基材的運動方向三者相互垂直，所述的靜電場方向與基材的運動方向相同或相反;等離子體經射流槍噴出后，受到靜磁場或/和靜電場的作用影響，分離等離子體中、性質不同的成分，與空氣中的氧化性氣體反應，最后在基材上沉積形成阻隔薄膜。
[0009]進一步，所述射流槍包括筒狀且出口處呈現扁平狀的外殼、與外殼內輪廓相仿且安裝外殼內腔的高壓電極、夾在高壓電極和筒形外殼之間的絕緣介質層、安裝在高壓電極尾端的絕緣介質筒、安裝在外殼尾端與地線相接的射流頭;射流槍進口通過管路連通有機硅單體發生器，工作電源與射流槍的高壓電極電聯，射流槍的射流頭通過導線與大地連接；高壓電極和外殼組成管形腔體，管形腔體的頭端設有絕緣蓋，絕緣蓋中心設有出氣口，出氣口與有機硅單體發生器通過絕緣進氣管連通，絕緣進氣管與交變高壓電極內腔連接，放電氣體經絕緣進氣管到達中空高壓電極內，等離子體與放電氣體從通過絕緣介質筒條狀出口噴出，其中絕緣介質筒條狀出口內側壁貼合設有與高壓電極連接的扁平狀套筒，射流頭尾端向下延伸至絕緣介質筒尾端條狀出口下方，使得射流頭尾端與高壓電極尾端之間形成交變電場；
[0010]進一步，在射流頭內側壁面分別設有N/S交替磁條A和N/S交替磁條B，N/S交替磁條A和N/S交替磁條B位于絕緣介質筒下方，且N/S交替磁條A和N/S交替磁條B任意相對應的位置磁場相反;使得等離子體經射流槍噴出前，經過磁條A和磁條B之間的區域，增加粒子運動時間，進一步提尚等尚子化和均勾化。
[0011]所述的高阻隔薄膜為由硅氧鍵為骨架的有機硅聚合膜，阻隔薄膜厚度為l-800nm，一般控制在30_45nm;氧氣的透過率小于2ml/m2/24h，一般為0.3-0.4ml/m2/24h;水蒸氣的透過率小于 5g/m2/24h，一般為 2_4g/m2/ 24h。
[0012]本發明所采用設備包括等離子體發生裝置等離子體發生裝置為常壓射流式等離子體發生裝置，常壓射流式等離子體發生裝置包括射流槍4，安裝在射流槍下方的載物臺5、帶動基材移動的前后傳動軌6以及支撐整套裝置的底座7、與射流槍進口通過管路連通的有機硅單體發生器8和放電氣體供應源9、與有機硅單體發生器8連通的載氣供應源10，工作電源11與射流槍4電聯，
[0013]在射流槍出口處、射流槍與基材之間設有靜磁場發生裝置或/和在射流槍與基材之間的前后設有靜電場發生裝置，使得在射流槍與基材之間，等離子體通過的區間內，分布有靜磁場或/和靜電場，所述靜磁場的方向、等離子體噴射方向以及基材的運動方向三者相互垂直，所述的靜電場方向與基材的運動方向相同或相反。
[0014]本發明工作原理:
[0015]放電氣體經質量流量控制器通入射流槍內，在射流槍內與同時由載氣攜帶進入的有機硅單體混合。當射流槍內高壓電極與接地射流頭的電壓足夠高時，混合氣體將被擊穿形成等離子體并被吹出射流槍。鍍膜基材平放在載物臺上。
[0016]在操作常壓射流式等離子體發生裝置鍍膜時，載物臺上的基材在傳動軌拉動下可在垂直于射流槍的平面上直線運動，射流槍可以持續性噴射。在薄膜沉積過程中，先調節好射流槍與載物臺的間距，之后開啟靜電場或/靜磁場，由于等離子體發生裝置最終發射的等離子體中的各種粒子和基團，被稱為等離子體中的活性粒子，在靜磁場或/和靜電場的作用下，性質不同的成分被分離例如正離子和負離子分別向基材的運動方向的正、反方向運動，從而先后附著在基材上，進而提高基材鍍膜的致密性。
[0017]本發明方法相比于其他阻隔薄膜制作工藝，
[0018]1、在射流槍出口處、射流槍與基材之間設有靜磁場發生裝置或/在射流槍與基材之間的前后設有靜電場發生裝置，等離子體經射流槍噴出后，受到靜磁場或/和靜電場的作用影響，分離等離子體中、性質不同的成分，與空氣中的氧化性氣體反應，最后在基材上沉積形成阻隔薄膜。外加電場或磁場使得鍍膜更均勻，提高鍍膜質量。
[0019]2、由于增加了磁場或電場，射流槍出口呈長扁平狀，增加了鍍膜的致密性，同時也實現了生產成本低，制備速度快，操作簡便，無需真空設備，在大氣壓條件下即可完成的優點，保留了傳統的鍍膜工藝材料便于回收利用，安全環保，可廣泛用于食品行業、醫藥行業、真空絕熱板等高阻隔層的制備的優勢。
[0020]3、增設N/S交替磁條Al和N/S交替磁條B2，使得等離子體經射流槍噴出前，經過磁條Al和磁條B2之間的區域，增加粒子運動時間，進一步提高等離子化和均勻化，使鍍膜均勻且節約放電氣體節約成本。
【附圖說明】
[0021 ]圖1:為常壓射流式等離子體發生裝置增加靜磁場狀態的結構示意圖；
[0022]圖2:為圖1的左視圖；
[0023]圖3:為常壓射流式等離子體發生裝置增加靜電場狀態的結構示意圖；
[0024]圖4:為圖3的左視圖；
[0025]圖5:為射流槍結構不意圖；
[0026]圖6:為圖5中I處的放大圖；
[0027]圖7:為N/S交替磁條A與N/S交替磁條B的結構示意圖:
[0028]圖8:為基