使用低壓等離子體的橡膠表面處理的製作方法

2023-07-02 15:59:01 1

專利名稱：使用低壓等離子體的橡膠表面處理的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用低壓等離子體的材料表面處理，並且特別地涉及橡膠的表面處理，其用於所述表面的改性以得到某些期望的表面性質。
背景技術：
在所有種類的車輛輪胎的製造中，將包含若干未硫化橡膠化合物的層的輪胎毛坯或「生胎」置於金屬模中，所述金屬模產生所述輪胎的外形，即輪廓、偵彳壁幾何形狀和胎面圖案。為了將未硫化的輪胎毛坯壓到金屬模外形中，將膠囊(bladder)放置在所述生胎之內並且用熱的蒸汽加壓。所述膠囊通過加壓的熱蒸汽將生胎壓入所述模的空腔中，並且加熱所述生胎從而使它硫化。所述膠囊通常由橡膠構成。取決於輪胎尺寸和輪胎類型，該エ藝可能進行約20-30分鐘。·
為了防止生胎在硫化工藝期間粘附到所述膠囊上，將脫模劑施加到所述膠囊與生胎接觸的表面。如果沒有將脫模劑施用於所述膠囊或者施用不足，可能會難於或不可能將所述膠囊從硫化的輪胎分離。一個膠囊可以用來生產約400-600個輪胎，在這之後由於強度和老化原因，它將會被替換並丟棄。基於矽氧烷或滑石而組成的脫模劑是經常使用的。實際上在幾次(比如4-6次)硫化之後，必須再次施加脫模劑，這是因為在膠囊上的一些脫模劑轉移到所得到輪胎的內部(內襯)。留在輪胎內部的脫模劑可能會引起問題，特別是如果例如在後來要將材料或部件施加到所述內襯上時。這樣的材料的例子是用於修復並密封刺傷的密封物質。這只能在所述內襯上沒有脫模劑的情況下起作用。另ー個例子是測量設備，例如用於輪胎溫度測定的設備。因此，要使用昂貴且高耗能的エ藝和汙染性的清潔劑來浄化所述內襯的表面。但即使是洗滌也只能適用於某些脫模劑，這是不能令人滿意的。另ー個例子是ー些汽車製造廠在所述內襯上粘附泡沫吸聲材料的條帶以降低輪胎噪音。目前只能對所述泡沫材料將要粘貼的區域進行機械粗糙化，而這會損傷所述內襯。申請人:開發了方法和材料，例如膠狀或觸變材料，用於施加到輪胎的內襯上，其目的是平衡輪胎和/或其上設置輪胎的車輪。為了約束這樣的材料，在內襯上施加肋線並且在施加所述肋線前需要浄化所述內襯和去除任何脫模劑。已經試驗和應用了不同的措施例如-用溶劑淨化-用高壓淨化器浄化-施用底漆-內襯的機械粗糙化。熱塑性材料和弾性體的等離子體處理是已知的。但是，為了改性所述表面從而使其它材料例如油漆以及其它表面處理能在之後很好地粘附。ー個典型例子是汽車エ業，其中如車身部件(例如減震器)用低壓等離子體處理以實現塗漆在所述車身部件上優良的粘附。這些減震器典型地由PP或EPDM製成，並且其它材料不能良好地粘附到這些材料上，這些材料的減震器通常不能持久地塗漆。通過低壓等離子體處理，它們的表面被改性從而使塗漆良好地粘附。這樣的改性通常在氧等離子體中進行。美國專利6，488，992公開了包含0形圈的弾性體密封可以具有化學耐受的薄膜，其通過等離子聚合技術施加到所述弾性體的表面，增強了彈所述性體的耐磨性和環境耐性且沒有改變所述弾性體的物理性能。所述薄膜可以是在射頻/微波雙重的動カ源反應器中通過等離子沉積施用的矽烷聚合物。美國專利5，198，033公開了ー種用於處理帶還(strip-stock)材料(例如管、線、網等)的等離子體處理設備，其通過使帶坯移動穿過所述設備的等離子體處理區而提供改進的表面處理一致性，同時將所述材料上的張カ維持在預定範圍內。美國專利申請2009/289396公開了ー種用於循環利用聚合材料特別是例如源自
於輪胎等的硫化橡膠的方法，其包括得到衍生自先前的製造物或產品的顆粒形式的固態聚合物材料。將所述聚合物顆粒暴露於流體處理介質，所述處理介質化學改性所述顆粒表面以提供化學活化的顆粒表面，同時維持所述顆粒內部的聚合物性質。所述表面活化的聚合物顆粒與可流動的粘合劑或粘結材料相結合。然後所述粘合劑或粘結材料與表面-活化的聚合物顆粒密切接觸而固化、乾燥或硬化，以形成合併了所述循環聚合物顆粒的材料體，所述顆粒具有與所述固化、乾燥或硬化的粘合劑或粘結材料結合的表面。用這種方法，可以將大比例的顆粒材料循環利用到新產品之中，其顯示出良好的性能，例如弾性性能。美國專利4，214，014公開了用於硬質或脫水的親水性接觸鏡的表面處理，以降低雜質在其上的沉積，包含在所述透鏡成型和拋光之後使其經歷氣體放電(例如在氧氣氣氛中)。W000/01528A1提供了用於使用等離子體表面改性來對特殊表面進行化學改性的方法。用於製備具有至少兩個部件的鞋類的方法涉及使用等離子體表面改性對部件的表面進行化學改性。然後所述改性的部件表面被粘附到另一個部件表面。通過該技術將官能團(包含氯、氧和胺官能團)增加到所述部件表面。通過使用等離子體表面改性來化學改性基材的表面以包含氯和氧的官能團、氯和胺官能團、或者胺和氧官能團，增強了所述基材的粘附。本發明概述本發明提供了ー種使用低壓等離子體來改性膠囊表面和其它包含橡膠材料的物體表面的方法。為了產生所述低壓等離子體，優選使用(含)氟氣體，例如處於低壓例如
0.3mbar的四氟甲燒和六氟こ燒。該方法賦予所述橡膠表面在與其它材料接觸時的高度排斥性質。特別可以使用本發明方法處理用作生產車輛輪胎的橡膠膠囊以得到高度排斥的性能，從而當其與生胎內襯的橡膠混合物接觸吋，將沒有或者僅有很小的粘附並且所述膠囊可以從硫化的輪胎分離。因為(含)氟氣體被用作等離子體氣體，所以橡膠材料的表面被鈍化從而使其它材料不會粘附。這些通過等離子體氣體的表面改性只可能在非常薄的表面層中，通常層厚度在納米範圍內。但是試驗顯示，這樣的厚度至少對於處理用於製造車輛輪胎的表面來說是足夠的。以通常的生產參數進行硫化試驗並且人們發現即使在500次試驗硫化(其對應於膠囊的使用壽命)之後仍然會有相同的排斥效應。通過使用被本發明方法處理的膠囊，輪胎製造者將會避免大約每生產五個輪胎就用脫模劑塗覆膠囊的重複手工エ藝。因此本發明節省了勞動和時間，避免了脫模劑的使用。並且對工作地點和製造機械以及環境無汙染。還避免了有時不能令人滿意的從內襯去除脫模劑的複雜過程。


附圖是說明用來施行本發明所述方法的系統的示意圖。發明的詳細說明在本說明書中所述的「包含」、「包括」或「含有」是指對於所提到的元素、整體或步驟，或者是元素、整體或步驟的組的包涵，但不是對其它元素、整體或步驟，或者是元素、整體或步驟的組的排除。在附圖中顯示了具有氣密室11的系統10，所述氣密室的體積足以接收ー個或多個要被處理的物體。真空泵12連接到室11並且可被控制以抽空所述室11。為了供給易於形成等離子體的氣體，提供了氣體供應，例如以金屬容器13的形式，通過可控氣體入口閥14到室11。可以控制高頻發生器15以產生高頻電信號並將所述高頻電信號饋送到室11內部的電極16，從而使所述室中的氣體形成等離子體。通過真空泵12和/或氣體入口閥14的適當操作建立並維持適於在所述室11中形成並維持等離子體的氣體低壓。為了讓大氣空氣進入室11，提供了空氣進ロ閥17。可被用於進行本發明所述方法的系統10的一個例子是可從DienerelectronicGmbH+Co. KG(Nagolderstrasse 61, D-72224Ebhausen,德國)得到的TETRA-150-LF-PC系統。對於較小的部件可以使用他們的TETRA 30系列系統。當然也可使用來自其它供應者的一種或多種專門設計和建造的低壓等離子體裝置。可以用於進行本發明所述方法的系統10的另ー實例是系統TF 5000PC。附圖還顯示了在所述系統中要被處理的物體20。所顯示的物體20是在製造車輛輪胎エ藝中使用的膠囊。所述膠囊包含橡膠材料，所述橡膠材料的表面要被處理以獲得所期望排斥性能，從而防止對使用所述膠囊生產的輪胎內襯的粘附。其它橡膠物體也可以處理以獲得排斥的性質。當物體20處於室11中時，控制真空泵12以從所述室排出空氣。當在所述室中獲得適合的低壓時，控制氣體入口閥14打開並讓氣體從氣體供應容器13進入到室11中。在這個例子中，要處理的物體20是包含橡膠材料的膠囊，所述氣體包含氟氣體例如四氟甲烷或六氟こ烷或其混合物，並且壓力應該是低的，例如0. 3mbar。另ー氣體可以包括(含)氟氣體例如四氟甲烷或六氟こ烷、三氟化氮(NF3)或其混合物。壓カ應該是低的，例如大約0. 3mbar-0. 5mbar。然後控制高頻發生器15以產生高頻電信號，其被送到室11內部的電極16，並在所述室中的產生電磁場。所述高頻電信號的頻率適於使所述室中的氟氣體形成等離子體並且可以在kHz、MHz或GHz的範圍內。處理的時間取決於期望的結果和電磁場的強度。氟氣體等離子體以納米範圍的厚度對所述物體的表面進行改性。在所述物體是膠囊的情況下，優選所獲得的改性表面層的厚度能夠在預期使用條件下持續到所述膠囊的預期壽命。在對應於商業使用的膠囊的樣品上進行的試驗顯示有可能獲得持久的排斥性質，其將會持續數百次對車輛輪胎的硫化，即對應於商業使用的膠囊的壽命。這意味著膠囊在其預期壽命中將不需要任何重複的或「補充」處理並且只需要進行初始的處理。在如上所述的商業系統中的試驗顯示小於I小時的處理時間是足夠的。其它試驗顯示45分鐘的處理時間是足夠的。由於等離子體處理的膠囊將被充氣，該裝置在輪胎生產エ藝中被伸展，所述膠囊的低壓等離子體處理區域也將被伸展及通過所述伸展而變得更薄。本發明的ー個改進是在伸展位置對所述膠囊進行等離子體處理，這意味著將所述膠囊以伸展的形式放置到室11中並且對所述伸展的膠囊運行等離子體處理工藝。所述伸展可以通過機械手段來實行。在這種情況下，要使用機械伸展裝置，當其在輪胎製造エ藝中作用於膠囊時，會以相同或者類似的方式來伸展所述膠囊。還可以通過所述膠囊內部的空氣或者氣體壓力來實行伸展。在這種情況下，要通過封閉裝置關閉所述膠囊的開ロ。空氣或者氣體壓力可以由所述封閉裝置的空氣入口施加到所述膠囊，從而當其在輪胎製造エ藝中作用於膠囊時，能以相同的方式來伸展所述膠囊。 用於伸展膠囊的另ー個可能方式包括將橡膠軟管放入所述膠囊的內部，將空氣或者氣體壓カ充入所述軟管，並且當其在輪胎製造エ藝中作用於所述膠囊時用所述充氣軟管以相同或者類似的方式伸展所述膠囊。關於在低壓處理前軟管中或膠囊內部的空氣壓カ的量，還要考慮由於真空室中存在的低壓而引起的額外的膨脹。
權利要求
1.一種處理包含橡膠材料的物體的表面的方法，包含 -使所述表面經歷低壓下的氣體，其中所述氣體易於形成等離子體；和 -使所述氣體形成等離子體。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述氣體是含氟氣體。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述含氟氣體含有四氟甲烷和/或六氟乙烷。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述物體是用於製造車輛輪胎工藝的月父囊。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中施行所述處理直到獲得橡膠材料的表面層，所述表面層具有由所述處理改性的性能，並具有與所述物體的預期壽命相當的預期壽命。
6.根據前述權利要求4或5所述的方法，其中施行所述處理直到獲得橡膠材料的表面層，所述表面層具有由所述處理改性的性能，其具有與所述物體的預期壽命相當的預期壽命並且其中所述膠囊在等離子體處理期間處於伸展位置。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述伸展是通過機械手段而實行的。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述伸展是通過所述膠囊內部的空氣或者氣體壓力而實行的。
9.一種包含橡膠材料的物體，其具有使用前述權利要求中任一項所述的方法獲得的表面。
10.根據權利要求9所述的物體，所述物體是用在製造車輛輪胎工藝中的膠囊。
11.根據權利要求9和10中任一項所述的物體，所述物體是使用根據權利要求5和6中任一項所述方法而獲得的膠囊。
12.根據權利要求9、10和11中任一項所述的物體，其中所述伸展以機械方式施行從而當其在輪胎製造工藝中作用於膠囊時以相同或類似的方式來伸展所述膠囊。
13.根據權利要求9和/或10和/或11中任一項所述的物體，其中所述伸展使用壓縮空氣或氣體以氣動方式施行從而當其在輪胎製造工藝中作用於膠囊時以相同或類似的方式來伸展所述膠囊。
全文摘要
一種處理包含橡膠材料的物體並特別地是用於製造車輛輪胎工藝中的膠囊的表面的方法。所述方法包含使所述表面經歷低壓下的易於形成等離子體的氣體，並使所述氣體形成等離子體。為了獲得所述橡膠材料表面的排斥性質，使用了(含)氟氣體例如四氟甲烷或六氟乙烷。優選所述處理被進行直到獲得所述橡膠材料具有被所述處理改性的性能的表面層，所述表面層的預期壽命與所述的預期壽命相當。
文檔編號B29C59/14GK102958674SQ201180031605
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月7日 優先權日2010年6月25日
發明者阿爾溫·龍蘭 申請人:拉爾斯·貝蒂爾·卡內哈馬爾