等离子环保鞋材处理设备专用混合气配方的制作方法

本发明涉及等离子环保鞋材处理设备专用混合气配方。

背景技术：

目前，鞋子的质量受到越来越多的关注，制鞋过程中，鞋底与鞋面之间的粘接质量是鞋子质量的关键，粘接不好容易出现开胶等问题。而现有的大多数鞋材，尤其是鞋底材料，均为高分子聚合材料，如eva、tpr、tpu、etpu，这些材料是没有极性的，其粘接能力差，因此需要在与鞋面粘接之前对鞋底进行预处理。

现有对于鞋底材料的处理工艺多采用人工，通过在鞋材表面涂刷uv处理剂，加热烘烤，然后uv照射，在紫外光照射下，uv处理剂中的物质发生裂变，释放自由基，引发自由基与鞋材表面发生接枝共聚反应，增强鞋材表面极性，从而提高其与鞋面之间的粘合力，避免鞋面与鞋底配合处开胶。传统处理方式一般需要8-10人配合操作、效率低下、费时费力、成本高、人力劳动量大、污染严重，药水含有挥发性有机物，危害职工健康；工艺自动化水平低，效率低下；运行成本高，药水消耗量大，且由于会排放vocs，不仅危害工人身体健康还会污染环境，导致企业成本增加且面临整治风险。

对此，市面上出现采用等离子处理鞋材的技术，将鞋材放在真空腔室内，真空腔室内设有与射频电源连接的电极组，通入工作气体，对鞋材处理，但是使用过程中发现处理效果不佳，主要表现为鞋材与鞋面之间开胶，产品质量和口碑大受影响。

技术实现要素：

本发明提出一种等离子环保鞋材处理设备专用混合气配方，以解决现有等离子鞋材处理设备所处理的鞋材容易开胶的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

包括氧气或氧气与氩气的混合气体。

工作原理：氧气在等离子腔室的电极组之间被电离，形成等离子体（自由电子以及氧离子等），其中的氧离子具有强氧化性，等离子体中的粒子能量在10-20ev，鞋材聚合物中大部分的键能（如c=o键能8ev、c-h键能4.3ev、c-c键能3.4ev、c=c键能6.1ev）在0-10ev，等离子体能够破坏聚合物（鞋材）表面的化学键，并形成新的活性基团（亲水性强的羟基和羧基，等离子接枝反应），鞋材由无极改性为有极，提高鞋材表面的粘力与亲水性能，在与鞋面通过胶水粘接时更加牢固不易开胶；而氩气可提高比表面积。

在上述方案的基础上，进一步改进如下，混合气体中氧气的含量不低于40%。

在上述方案的基础上，进一步改进如下，氧气与氩气的比例为1：1。

在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述氧气浓度为99.8%以上。

在上述方案的基础上，进一步改进如下，针对etpu鞋材，氧气与氩气的体积比为1:1～1:5。

在上述方案的基础上，进一步改进如下，针对etpu鞋材，氧气与氩气的体积比为5:1～1:1。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

（1）无污染，工作气体中也不含有毒有害的物质，只有氧气与氩气，在反应过程中不会产生新的有毒有害物质，对环境十分友好，操作人员也不会吸入有毒有害物质，无需轮班倒以避免吸入过多有害气体，大大改善工作环境；

（2）处理效果好、产品质量高，采用等离子技术，氧气电离形成的等离子体中的粒子能量在10～20ev，鞋材聚合物中大部分的键能在0～10ev，能够破坏聚合物表面的化学键，并形成新的活性基团，氧气在被电离后形成强氧化性的氧离子，氧离子可与鞋材表面的碳氢化合物反应形成羟基和羧基，将鞋材的极性从无极改为有极，提高鞋材表面粘力和亲水性能，使得鞋底与鞋面粘接的更加牢固可靠，不会出现开胶的问题，氩气可提高比表面积，经过试验验证，产品合格率100%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的等离子环保鞋材处理设备专用混合气配方的外形示意图；

图2为等离子处理设备的立体图；

图3为等离子处理设备的主视图；

图4为等离子处理设备的纵剖主视图；

图5为图2中的内部核心部件的立体图；

图6为图5的纵剖结构图；

图7为中转机构的立体图；

图8为等离子腔室的罩体的立体图；

图9为显示等离子处理设备的传动部分的立体图；

图10为罩体内的电极板的立体图；

图11为整个工艺流程框图；

其中：1-机架，11-主机体，111-导向杆，12-副机体，2-进料输送机构，3-中转机构，31-上传送机构，311-环形凹槽，32-下传送机构，4-等离子腔室，41-进气孔，42-排气孔，43-罩体，44-底板，5-回流输送机构，201-链轮，202-链条，203-导向条，6-电极板，7-触摸显示屏；8-射频电源，9-升降气缸，10-滑块，20-三色警示灯，30-电源旋钮，40-电离体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的等离子环保鞋材处理设备专用混合气配方的具体实施例：包括氧气或氧气与氩气的混合气体，具体氧气的含量根据不同鞋材的种类确定。

工作原理：氧气在等离子腔室的电极组之间被电离，形成等离子体（自由电子以及氧离子等），其中的氧离子具有强氧化性，等离子体中的粒子能量在10-20ev，鞋材聚合物中大部分的键能（如c=o键能8ev、c-h键能4.3ev、c-c键能3.4ev、c=c键能6.1ev）在0-10ev，等离子体能够破坏聚合物（鞋材）表面的化学键，并形成新的活性基团（亲水性强的羟基和羧基，等离子接枝反应），鞋材由无极改性为有极，提高鞋材表面的粘力与亲水性能，在与鞋面通过胶水粘接时更加牢固不易开胶；而氩气可提高比表面积。

该气体为等离子环保鞋材处理设备专用的工作气体，为了更好理解该其他的作用，首先对等离子环保鞋材处理设备进行介绍：

如图1-10所示，等离子环保鞋材处理设备专用混合气配方包括机架1，机架1包括主机体11和对称设在主机体11两侧的左副机体12（位于左侧）、右副机体12（位于右侧），左副机体12上设有进料输送机构2，主机体11上设有等离子腔室4和中转机构3，右副机体12上设有回流输送机构5；主机体11内还设有射频电源8；等离子腔室4为密闭腔室，包括可分离的罩体43和底板44，罩体43上设有进气孔41和排气孔42，进气孔41通过进气管连接有工作气体供应装置（图中未示出），工作气体供应装置包括氧气罐、氩气罐以及控制阀和流量计等，排气孔42通过抽真空接头连接有抽真空装置（图中未示出），罩体43和底板44上分别设有电极板6以构成电极组，电极组与射频电源8连接，电极组之间形成用于处理鞋材的等离子处理空间；中转机构3包括上、下传送机构，底板44设置在上传送机构31之上，上、下传送机构可驱动鞋材沿左右方向传送，下传送机构32下部设有升降气缸9以带动中转机构3升降运动，中转机构3在其运动行程上具有上工作位和下工作位，在上工作位时，上传送机构31的底板44与罩体43对接且下传送机构32同时与进料输送机构2和回流输送机构5水平对接；在下工作位时，上传送机构31同时与进料输送机构2和回流输送机构5水平对接；进料输送机构2和回流输送机构5用于将其上的鞋材沿左右方向传送。

本实施例中，进料输送机构2和回流输送机构5上设有用于为鞋材导向的导向条203，导向条203沿左右方向延伸，本实施例中，鞋材放置在托盘（图中未示出）中，导向条203用于为托盘导向。罩体43上的电极为管状电极。上、下传送机构均包括电机、链轮201和链条202。进料输送机构2和回流输送机构5均包括电机、链轮201和链条202。主机体11上设有竖直设置的导向杆111，中转机构3通过滑块10与导向杆111滑动配合。中转机构3的四个角楞处分别设有滑块10，主机体11上对应于各滑块10一一对应设置有导向杆111。升降气缸9的伸缩杆与中转机构3的下部中央连接。中转机构3的上传送机构31的上表面设有环形凹槽311，环形凹槽311内设有弹性密封圈。滑块10内装配有滚珠，滚珠与导向杆111滚动配合。

关于设备的工作流程：第一批鞋材放在托盘中随进料输送机构传送至中转机构的上层的传送机构上，气缸推动中转机构整体上升至与等离子腔室的罩体对接，形成密闭的等离子腔室，进行等离子处理，处理完成后，气缸带动中转机构下降，中转机构上层的传送机构将处理好的托盘向右传送至回流输送机构，然后第二批鞋材随托盘传送至中转机构的上层，中转机构在气缸推动下上升，第二批鞋材处于等离子腔室中开始处理，此时，中转机构的下层处于与进料输送机构平齐的位置，此时，放置在回流输送机构上的处理完成的第一批鞋材依次向左传送，经过中转机构的下层，传送至进料输送机构处进行下料即可，第二批鞋材重复第一批鞋材的顺序处理。

进一步地，本实施例中，如图2所示，等离子处理设备包括机架1、进料输送机构2、中转机构3、等离子腔室4、托盘（图中未示出，为金属网板制作而成的框式结构）、回流输送机构5等，其中进料输送机构2和回流输送机构5结构相同，均包括电机、链轮201、链条202、导向条203等，托盘放在其上后，电机驱动链轮201旋转，链轮201带动链条202转动，链条202带动置于其上的托盘移动，导向条203对称设置，设置在托盘两边，用于为托盘导向，进料输送机构2和回流输送机构5分别设置在主机体11的两侧，主机体11高度是两个副机体12的两倍，主机体11上设有多根竖直设置的导向杆111，因此，鞋材在传送至中转机构3上时，也是直接放在了等离子腔室4的底板上，而中转机构3与等离子腔室4的罩体对接面上设置有界面密封结构，例如密封圈、密封垫或者密封气囊等，以便对接后形成密闭的等离子腔室4，方便后续抽真空和充气时的气密性。如图2、5、6、8所示，等离子腔室4的罩体的两侧分别设有进气孔41和排气孔42，分别与工作气体供应装置和抽真空装置连接，工作气体供应装置包括气罐、安全阀、控制阀、流量计等，抽真空装置包括真空泵、阀门以及用于检测等离子腔室4内的压强的传感器。如图7所示，机架上设有气缸，气缸推动中转机构沿导向杆上下移动，中转机构3的作用除了中转之外，还充当等离子腔室4的底板，具体为中转机构包括上下两层，上层设有电极板6和电机、链轮、链条等传送机构；下层设有电机、链轮、链条等传送机构；电极板6为等离子发生器的下部电极，等离子腔室4的顶部设置另一个电极板6，两个电极板6之间形成等离子工作区域，工作气体在该区域被电离而形成等离子体，中转机构3的上层的传送机构可以实现将托盘在左侧的进料输送机构与右侧的出料的回流输送机构5之间传递的目的，中转机构的下层的传送机构与上层的传送机构的功能相同。另外，设备上还设有plc控制器、触摸显示屏7、电源开关等人机交互部件，实现工人对设备的操作。

为了说明等离子体对鞋材均匀处理的效果，下面针对本设备用到的原理介绍如下：

等离子体（plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，被认为是与固体、液体、气体并列的物质的第四种状态，由大量自由电子、离子组成，整体表现为电中性。

等离子体分为低温等离子体和高温等离子体，本发明使用的是低温等离子体，低温等离子体通常是由气体放电的方式产生。气体的放电方式一般有如下几种：辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电和微波放电。本实施例中通过施加高功率，在两个电极板之间形成高电压，从而击穿氧气，氧气分子从最初的绝缘状态逐渐放电并被击穿，氧气分子结构被破坏，化学键断裂，产生大量的氧自由基。

在等离子体表面活化产生的基团或等离子体引发聚合层不能与材料表面牢固结合时，常采用等离子体接枝的方法来改善。等离子体接枝的原理为：首先利用表面活化在材料表面产生新的活性基团，利用此基团与后续的活性物质产生化学共价键结合，后续的活性物质中带有能够满足应用的特定基团，以达到既能满足表面特性又能牢固结合的目的。

击穿氧气形成等离子体后，在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场，电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等。

在此基础上，为了使形成的等离子体作用在鞋材表面上时分布更加均匀，通过在等离子腔室中加偏置电场，从而改变等离子体的方向，使得等离子体分布更加均匀。

设备对应的工艺方法如下，如图11，主要包括以下步骤：

1)打磨；

2)水洗；

打磨与水洗为现有技术中对鞋材表面的预处理方式，有些鞋材也可不设置打磨工序，这两步的目的是清理鞋材表面的沾污、污垢等。

3)上料，本步骤中，工人将鞋材均匀摆放在进料输送机构上部放置的托盘上，托盘由金属网板制成，可供等离子体自由穿过；

4)进料输送机构送料至中转机构，进料输送机构的电机转动，带动链轮和链条转动，从而带动其上的托盘从左向右移动，且移动时被导向条导向，直至将托盘移动至处于图2所示位置的中转机构上，中转机构的电机带动链轮、链条转动，将托盘位置调整至正中央；

5)中转机构携带携带上升，中转机构与上部腔体围成封闭的等离子腔室，鞋材处于等离子腔室内，并处于托盘的金属网板上，其中上层金属网板上的鞋材的底面朝下、待处理表面朝上，下层金属网板上的鞋材的底面朝上、待处理表面朝下，以便鞋材的待处理表面正对与之最靠近的电极板设置；

6)腔室内抽真空，通过抽真空装置对等离子腔室抽真空至20～35pa；

7)腔室内填充工作气体（含o2），通过工作气体供应装置向等离子腔室内供入氧气或者氧气与氩气的混合气体；

8)开启等离子发生器，并施加偏置电场，处理20-120s；

9)中转机构携带鞋材下降至中转位，与此同时，第二批鞋材上料至等离子腔室处理；

10)回流输送机构携带装携带的托盘出料。

在设备使用时，整机工作流程包括开机、根据鞋材种类选择对应的气体配方、等待启动信号、发生器工作轴启动、等待停止信号、发生器关闭轴停止、关机。

具体的设备开机流程如下：

1)打开氧气瓶阀，观察数字表盘

2)通过旋钮打开设备电源（旋至“on”）

3)观察托盘，是否在“入料工位”“清洗上层”“清洗下层”，托盘拉到底

4)如若托盘摆放不正，需要人为纠偏摆正

5)按住“急停”按钮，然后弹起“急停”按钮

6)点击“复位”按钮，设备进入初始化中，在“监控画面”观看“原点”状态指示灯是否灯亮，复位完成，“原点等亮”

7)入料位摆放需要处理的产品，上层鞋材的鞋底面朝下，下层鞋材的鞋底面朝上

8)点击“启动”按钮，设备自动进入自运行模式

9)如若生产中途离开，操作员需点击“连动/单动”按钮，如若继续生产，切换至“连动”即可

10)当生产完成，或者需要下班停机时，最后一托盘产品清洗完成，腔体下降到位，点击“监控画面”里的“清料”变为“清料中”

11)取出托盘里的产品，然后点击“启动”，依次取出产品

12)将电源旋钮旋至“off”关闭电源

13)关闭氧气瓶阀（催化剂瓶阀）

实验例：

该实验采用上述方法，采用下表所述的条件，得到表中对应的结果，具体见表：

针对不同的鞋材的材质，通过调整对应的氧气浓度，以达到更好的处理效果。例如：所有鞋材一般通过99.8%以上纯度的氧气即可达到效果。针对普通etpu，需要同时掺杂氧气和氩气，按照1:1～1:5或者5:1～1:1的比例都可产生效果，具体情况具体分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。