專利名稱：用于非平面基材的等離子體涂覆體系的制作方法
相關(guān)申請?jiān)撋暾堃骍.S.臨時申請No.60/551,931(2004年3月9日遞交，整個內(nèi)容在此作為參考并入本發(fā)明)的權(quán)益。
背景本發(fā)明一般涉及一種制品和用于涂覆基材的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有等離子體沉積的耐磨性涂層的非平面制品和用于等離子體涂覆非平面塑料基材的方法。
各種技術(shù)用于功能涂料對基材的涂覆。傳統(tǒng)上已經(jīng)使用化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，和物理蒸氣沉積技術(shù)如濺射和蒸發(fā)。但這些技術(shù)需要高沉積溫度，這限制了可被涂覆的基材，和進(jìn)一步導(dǎo)致非常慢的沉積速率。最近，已經(jīng)開發(fā)出等離子體增加的化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)工藝以克服這些限制中的某些。PECVD可用于在低于塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下在塑料基材如聚碳酸酯上沉積材料，這對于CVD一般不可行。在PECVD中，所施加的電場增加電離物質(zhì)的形成，提供明顯較高百分?jǐn)?shù)的電離物質(zhì)，使得能夠使用低沉積溫度，如低至室溫。但PECVD一般仍不會提高足夠高的沉積速率使得涂有UV吸收和耐磨性涂層的聚碳酸酯能夠商業(yè)上應(yīng)用于許多場合。另外，PECVD尚未應(yīng)用于大的復(fù)雜形狀，而是被局限于具有緩和曲率的平面基材或非平面基材如眼鏡。
為了嘗試在塑料非平面基材上形成具有均勻性能的涂層，一些體系在基材從等離子體源經(jīng)過時相對基材而移動等離子體源和/或改變工藝參數(shù)。盡管這些工藝能夠生產(chǎn)出具有均勻厚度的涂層，當(dāng)它們不提供具有均勻耐磨性和粘附性的涂層。這些工藝還存在麻煩且昂貴的問題，且對于每個部件設(shè)計(jì)需要不同的工藝參數(shù)。另外對于許多場合，如其中涂覆基材暴露于戶外氣候的汽車窗戶重要的是，涂層在長期暴露于UV輻射過程中保持均勻耐磨性。但許多等離子體沉積的有機(jī)硅涂料似乎在暴露于UV時降解，導(dǎo)致不好的耐磨性。
綜述一般來說，本發(fā)明涉及一種具有等離子體沉積的耐磨性涂層的非平面制品，該涂層具有基本上均勻的厚度和基本上均勻的耐磨性，δ濁度(％)在平均值約+/-0.25范圍之間。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于涂覆非平面基材的方法。該方法包括從一個或多個固定的膨脹熱等離子體(ETP)源產(chǎn)生等離子體，將第一組汽化試劑注入等離子體中以在基材上形成第一層，和將第二組汽化試劑注入等離子體中以在第一層上形成兩層或多層涂層。等離子體的離子流進(jìn)行調(diào)節(jié)以在等離子體源至基材的工作距離(WD)范圍內(nèi)得到基本上均勻的性能。工作距離被定義為陽極和基材之間的距離。
本發(fā)明實(shí)施方案可提供一個或多個以下優(yōu)點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，在涂覆工藝過程中或?qū)τ诿恳徊考?如果這些部件具有不同的形狀)無需改變工藝參數(shù)。在涂覆工藝過程中還無需使等離子體源活動連接，尤其是，當(dāng)基材以連續(xù)方式經(jīng)過等離子體源時，這使得該工藝的布置不太昂貴。本發(fā)明的各種實(shí)施方案還使得基材表面的涂層不直接面對ETP源。
本發(fā)明其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)以下描述，和權(quán)利要求而更容易看出。
附圖的簡要描述

圖1是具有膨脹熱等離子體源的涂覆臺的頂視圖。
圖2是基材設(shè)置的正視圖。
圖3是兩種基材在相同的投射角入射角下的側(cè)視圖。
圖4A是在兩個不同的入射角下安裝的四個基材的頂視圖。
圖4B是圖4A的四個基材的正視圖。
圖5是在相對膨脹熱等離子體源不同的角下安裝的六個基材的側(cè)視圖。
詳細(xì)描述現(xiàn)參照圖1，它顯示了一涂覆臺10，其中基材12沿著一個通過涂覆臺的固定線性路徑行進(jìn)，如箭頭13所示?；?2可以是車輛的零部件。例如，基材可以是由塑料制成的后窗玻璃或頂板?；?2可包括聚碳酸酯。
適用于形成基材12的聚碳酸酯一般包括用于聚合物生成反應(yīng)的下式重復(fù)單元 其中R是二元苯酚的二價芳族基團(tuán)(如，2，2-二(4-羥基苯基)-丙烷，還稱作雙酚A的基團(tuán))；或有機(jī)多羧酸(如對苯二甲酸，間苯二甲酸，六氫鄰苯二甲酸，己二酸，癸二酸，十二烷二酸，和類似物)。這些聚碳酸酯樹脂是可通過將一種或多種二元酚類與碳酸酯前體如光氣，鹵代甲酸酯或碳酸酯反應(yīng)而制成的芳族碳酸酯聚合物?？梢允褂玫木厶妓狨サ囊粋€例子是LEXAN)，由General Electric Company(GE)(Fairfield，Connecticut)制造。
芳族碳酸酯聚合物可通過例如描述于U.S.Pat.Nos.3,161,615；3,220,973；3,312,659；3,312,660；3,313,777；3,666,614；3,989,672；4,200,681；4,842,941；和4,210,699(都在此作為參考完全并入本發(fā)明)的方法而制成。
基材12也可包括通過將碳酸鹽前體，二元苯酚，和二羧酸或其成酯衍生物反應(yīng)得到的聚碳酸酯。聚酯碳酸酯例如描述于U.S.Pat.Nos.4,454,275；5,510,448；4,194,038；和5,463,013，在此作為參考完全并入本發(fā)明。
基材也可包括熱塑性或熱固性材料。合適的熱塑性材料的例子包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇，聚乙烯基縮醛，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸，聚醚，聚酯，聚碳酸酯，纖維素樹脂，聚丙烯腈，聚酰胺，聚酰亞胺，聚氯乙烯，含氟樹脂和聚砜。合適的熱固性材料的例子包括環(huán)氧和脲蜜胺。
丙烯酸系聚合物是另一可用于形成基材12的材料。丙烯酸系聚合物可由單體如丙烯酸甲酯，丙烯酸，甲基丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸環(huán)己酯，和類似物制備。也可使用取代的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，如丙烯酸羥乙基酯，丙烯酸羥基丁酯，丙烯酸2-乙基己基酯，和丙烯酸正丁基酯。
聚酯也可用于形成基材12。聚酯可通過有機(jī)多羧酸(如，鄰苯二甲酸，六氫鄰苯二甲酸，己二酸，馬來酸，對苯二甲酸，間苯二甲酸，癸二酸，十二烷二酸，和類似物)或其酸酐與包含伯或仲羥基基團(tuán)的有機(jī)多元醇(如，乙二醇，丁二醇，新戊二醇，和環(huán)己烷二甲醇)的聚酯化反應(yīng)而制備。
聚氨酯是另一類可用于形成基材的材料。聚氨酯是本領(lǐng)域熟知的，和通過聚異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)而制備。有用的聚異氰酸酯的例子包括六亞甲基二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯，MDI，異佛爾酮二異氰酸酯，和這些二異氰酸酯的縮二脲和三異氰尿酸酯。有用的多元醇的例子包括低分子量脂族多元醇，聚酯多元醇，聚醚多元醇，脂肪醇，和類似物。
可用于形成基材12的其它材料的例子包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，玻璃，VALOX(聚鄰苯二甲酸亞丁基酯，得自General ElectricCo.)，XENOY(LEXAN和VALOX的共混物，得自General ElectricCo.)，和類似物。
基材12可按照常規(guī)方式，例如通過注塑，擠塑，冷成型，真空成型，吹塑，壓塑，轉(zhuǎn)移成型，熱成型，和類似方式而形成。制品可以是任何形狀和無需是商業(yè)成品，即，它可以是被切割或調(diào)整尺寸或機(jī)械成型為成品的片材或膜?；目梢允峭该骰虿煌该鞯?。基材可以是剛性或柔性的。基材也可包含其它功能涂層。例如，基材可包含硅氧烷硬涂層和其功能是提供粘附性，UV濾光，和一些耐磨性的底漆?？捎米饔餐繉拥挠袡C(jī)硅組合物的例子是由以下通式表示的化合物R1nSiZ(4-n)其中R1表示單價烴基或鹵化單價烴基，Z表示可水解基團(tuán)，和n可在0和2之間變化。更具體地，Z通常是如鹵素，烷氧基，?；趸蚍蓟趸?。這些化合物例如描述于U.S.Pat.No.4,224,378(Schroeter等人，整個內(nèi)容在此作為參考并入本發(fā)明)。
可以使用的有機(jī)硅的其它例子包括下式甲硅烷醇R2Si(OH)3其中R2選自包含約1至約3個碳原子的烷基基團(tuán)，乙烯基基團(tuán)，3，3，3-三氟丙基基團(tuán)，γ-縮水甘油氧基丙基基團(tuán)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基基團(tuán)，其中至少約70％重量的甲硅烷醇是CH3Si(OH)3。這些化合物描述于U.S.Pat.No.4,242,381，是在此作為參考完全并入本發(fā)明。
其它功能涂層包括無機(jī)UV濾光片，水分和氧隔絕層，紅外(IR)反射涂層，抗反射(AR)涂層，透明導(dǎo)電氧化物涂料(TCOs)，平面化層，防霜層，遮黑油墨，和類似物。典型的UV濾光片包括ZnO，ZnS，TiO2，CeO2，SnO2和這些材料的組合。它們也可例如用Al，In，F(xiàn)，B，和N摻雜以提高UV吸收性，水浸漬穩(wěn)定性，和導(dǎo)電率。典型的水分和氧隔絕層包括SiO2，Si3N4，TiO2，Al2O3，AlN，和這些材料的組合。典型的IR反射涂料包括高和低折射指數(shù)介電材料如SiO2，Si3N4，TiO2，ZnO和類似物的多層疊層。另一IR反射涂覆包括這些介電材料和金屬如Al，和Ag的多層疊層。TCOs的例子包括鋁摻雜的ZnO(AZO)，銦摻雜的ZnO(IZO)氧化錫銦(ITO)和類似物。
基材可根據(jù)需要在等離子體沉積之前例如用各種水肥皂和清潔劑和或溶劑如異丙醇洗滌，和視需要在約80℃下真空干燥過夜?；囊部涩F(xiàn)場使用等離子體預(yù)處理清潔步驟(也稱作″刻蝕″)清潔，其中等離子體使用氬或使用氬和氧產(chǎn)生以在沉積之前去除基材表面上的氧化污染物。
涂覆臺10包括在涂覆臺10的相對面上的一排ETP源14，以及相關(guān)的試劑岐管和氧岐管。沿著對稱平面15(或?qū)ΨQ線，對于位于涂覆臺10的相對面上的一對ETP源)測定的ETP源14的排列和基材12的表面之間的距離定義了工作距離(WD)，且對稱平面15和基材的局部表面之間的角度被定義為入射角(AOI)。涂覆臺10可與一個或多個位于涂覆臺上游的加熱器相連以在基材進(jìn)入涂覆臺之前加熱基材。其它的涂覆臺可位于涂覆臺10的下游以提供附加的等離子體涂覆能力，其中附加的加熱器可位于這些臺之間。
在操作涂覆臺10的過程中，ETP源14通常用惰性氣體，如氬加料。將電壓施加到部分離子化氬的ETP源的陰極上，所述氬在等離子體向基材12注射(從相應(yīng)源)時進(jìn)入真空腔。
被電離的氬的量可通過Langmuir探頭而測量和以下稱作總離子流，以安培(A)度量。Langmuir探頭用于測定等離子體源的離子流的用途例如描述于″等離子體放電和材料工藝的原理″(Lieberman和Lightenberg，Wilely Interscience(1994))，和″用于等離子體診斷的電探頭″(Swift，Amcrican Elsevier(1969))。
如下所述，使用商業(yè)探頭如SmartProbeTM(來自ScientificSystems，Ltd)。這是一種自動化Langmuir探頭體系，包括對各種各樣的等離子體參數(shù)提供空間或時間分辨的測量的自動線性驅(qū)動。探頭的位置垂直于能夠掃描穿過等離子體射流的線性驅(qū)動上的弧。離子流在離等離子體源約25cm處，即在平均WD的相同位置上測定。Langmuir探頭的有源元件是被插入等離子體中的鎢絲和被偏壓以從等離子體中產(chǎn)生電流的DC。改變探頭的電壓(偏壓)和測量等離子體的電流，得到特征的電流一電壓(I-V)曲線?？捎稍揑-V曲線得到不同的等離子體參數(shù)。用于隨后計(jì)算的從I-V曲線得到的關(guān)鍵測量參數(shù)是未校正的離子流Pi，以mA/cm2度量。為了表征弧，將未校正的離子流測定為在給定WD下穿過膨脹等離子體的徑向距離的函數(shù)。將所得數(shù)據(jù)擬合至高斯分布，并由該擬舍得到的曲線(Ar)和寬度(wr)下的面積計(jì)算總離子流，總離子流=Arwrπ/2]]>總離子流表示在給定WD下經(jīng)過該無限平面的氬離子和電子的數(shù)目，且以安培[A]為單位表示。該總離子流與該高斯分布的寬度一起用于描述和比較膨脹熱等離子體工藝條件。
涂覆試劑和氧以蒸氣形式通過分布在相應(yīng)岐管上的孔注入腔中?？杀蛔⑷氲入x子體中以形成粘附性和耐磨性涂層的材料的例子包括有機(jī)硅，以及烴如乙基苯和直鏈烴如丁烷。本文所用的″有機(jī)硅″意味著包括其中至少一個硅原子被鍵接至至少一個碳原子上的有機(jī)化合物，和包括硅氧烷材料，以及通常稱作硅烷，硅氧烷，硅氮烷，和有機(jī)硅氧烷的材料。適用于本發(fā)明方法和制品的許多有機(jī)硅描述于有機(jī)聚合物化學(xué)，K.Saunders，Chapman and Hall Ltd.，1973，其整個內(nèi)容在此作為參考并入本發(fā)明。
用于形成粘附性涂層砂/或磨損層的有機(jī)硅前體的例子包括八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)，十甲基環(huán)戊硅氧烷(D5)，四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷(V-D4)，四甲基二硅氧烷(TMDSO)，二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)和六甲基二硅氧烷(HMDSO)和乙烯基三甲基硅烷(VTMS)。
可被注入等離子體中的功能涂層和相關(guān)前體的例子包括無機(jī)UV濾光劑，選自二甲基鋅(DMZ)，二乙基鋅(DEZ)，鋅蒸氣，四氯化鈦，醇鈦，醇鈰和二酮化物；摻雜劑和電介質(zhì)，選自三甲基鋁，三乙基鋁，醇化鋁，鋁蒸氣，三甲基銦，三乙基銦，銦二酮化物；TCOs，選自乙烯基三甲基硅烷(VTMS)，硅烷，醇化錫和二酮化物。有用的氧化劑包括氧，水，氨，硫化氫，六甲基二硅噻烷，氟化物，CF4，和NF3。
為了提高非平面，三維部件的耐磨性，最好將基材的所有表面區(qū)域用足夠量的耐磨性材料涂覆。耐磨性和涂層厚度分別與離子流有關(guān)。另外，等離子體中的離子密度通常為高斯分布的形狀，其寬度取決于腔中的壓力。因此，必須考慮到所有的這些因素以得到具有合適的厚度和涂覆性能的涂層，以提供足夠的耐磨性。這可在具有ETP源14的涂覆臺10中實(shí)現(xiàn)。如果氧的流速和ETP源14的離子流足夠高，和ETP源之間采用恰當(dāng)?shù)拈g隔，那么涂覆臺10能夠得到具有均勻性能的涂層(對于寬范圍的工作距離和角)，無需改變工藝參數(shù)。因?yàn)槟湍バ噪y以在非平面3D表面上使用公認(rèn)的方法如ASTM D1044 Taber磨損試驗(yàn)測定，耐磨性在相對等離子體源以各種角度放置的平整片材上測定使得沿著基材的不同的點(diǎn)處于與ETP源不同的工作距離。有角度的部件和不同的工作距離的這種組合可隨后用于表示非平面3D形狀。
涂覆臺10首先沉積第一SiOxCyHz層，該層與基材12和隨后的磨損層粘附良好。然后，涂覆臺10或另一類似臺沉積第二層SiOxCyH2，以提供具有所需硬度和厚度的面涂層以實(shí)現(xiàn)均勻耐磨性。
通常第一層的氧含量低于第二層。耐磨性試驗(yàn)產(chǎn)生刮擦和沖擊損害。因此，即使較硬的面涂層帶來較好的耐擦性，但面涂層具有適當(dāng)?shù)暮穸纫员苊鉀_擊所造成的斷裂。因此，體系10沉積具有足夠的硬度和厚度的涂層以實(shí)現(xiàn)具有所需耐磨性的韌性涂層。
另外，如果粘附性涂層或面涂層太厚，那么兩層之間的粘附性會由于在層界面處引起的應(yīng)變而受損害。如果沉積溫度太低或太高，也會出現(xiàn)粘附性問題。
在特殊實(shí)施方案中，涂覆臺10或一對涂覆臺10第一沉積具有厚度約1微米的粘附層并隨后沉積具有厚度約1至3微米的耐磨性涂層。
本發(fā)明的各種特點(diǎn)通過以下實(shí)施例而說明，它們不被理解為對本發(fā)明范圍的限定。
實(shí)施例1在該實(shí)施例中，將來自General Electric的Lexan MR10片材用等離子體聚合和氧化的D4涂覆。在涂覆工藝中，所排列的兩個固定ETP源14的中心線平行并相隔約16cm。該構(gòu)型用于涂覆約64in2基材。將四個4英寸×4英寸樣品39安裝在鋁夾具上，如圖2所示。樣品被表示為1T(上右)，1B(底右)，2T(上左)和2B(底左)?；脑趻呙杷俣燃s2.3cm/sec下垂直地經(jīng)過ETP源14。長方形40表示硅芯片的典型位置。在這些芯片上的涂層厚度通過橢圓光度法而測定。在其中形成涂覆厚度輪廓的實(shí)驗(yàn)過程中，硅芯片在垂直和水平直線中沿著基材每1-英寸放置。十字影線42位于其中涂層粘附性在65℃水中浸漬3天前后測定的位置上。環(huán)44表示Taber輪在ASTM D1044磨損試驗(yàn)之后的軌跡。Taber磨損試驗(yàn)使用CS10F輪和1000個周期進(jìn)行。δ濁度在環(huán)44在和在四個位置上在90度角下測定。垂直虛線表示當(dāng)基材經(jīng)過時相應(yīng)ETP源14的中心線的路徑。
四個4英寸×4英寸樣品39分別在沉積之前被預(yù)加熱至約118℃，如表1所示。使用K型熱電偶監(jiān)測樣品在預(yù)熱和涂覆工藝過程中的溫度。涂覆分兩步進(jìn)行。對于第一層，等離子體條件是1.65標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(slm)氬，0.3slm氧，0.19slm D4，和70A，得到離子流41.7A。對于第二層，條件是相同的，只是氧流量增加至1.0slm。WD是約25.5cm。涂覆之間的時間是約1分鐘，使得層的沉積溫度基本上相同。在這些條件下的三種試驗(yàn)在表1中被標(biāo)為實(shí)施例1a，1b，和1c。
表1給出了實(shí)施例號，樣品位置，WD，每一ETP源的氬流量，第一和第二層品名，在穿過基材的三個位置測定的預(yù)熱溫度，每一ETP源的氧流量，每一ETP源的D4流量，ETP源的電流，平均起始溫度(預(yù)熱溫度)，在涂覆過程中的最大溫度，在涂覆工藝過程中的溫度變化(ΔT)，涂層的厚度，在Taber磨損測試(ASTM D1044)過程中的濁度變化，起始粘附性，和例如通過ASTM D3359交叉影線膠帶試驗(yàn)測定的在65℃水中浸漬三天之后的粘附性。同樣，Taber磨損輪軌跡和在基材上的水浸漬十字影線的位置在圖2中給出。在taber磨損測試中測定的較低的δ濁度對應(yīng)于較大耐磨性。對于汽車上光，國家運(yùn)輸公路交通管理(NHTSA)標(biāo)準(zhǔn)低于2％。Taberδ濁度。所有的樣品具有涂層厚度約2.1微米，Taberδ濁度約1.7％，5B粘附性(在水浸漬之前)和4B(在水浸漬之后)。
實(shí)施例2工藝條件類似于實(shí)施例1，只是WD增加至31cm。最終涂層厚度是2.1微米，與實(shí)施例1相同，但平均Taberδ濁度增加至約3％和約4％(對于兩個試驗(yàn))。因此，得到所需涂層厚度并不必然地確保涂層具有良好的耐磨性，尤其對于在較大WD下形成的涂層。因此，WD超過閾值WD的非平面部件不具有均勻耐磨性，即使涂層厚度可能均勻。
實(shí)施例3工藝條件類似于實(shí)施例1，只是基材夾具的角度為約20度(如圖3所示)使得在基材頂部的WD是31cm和底部是24cm。得到約2.1微米的均勻涂層厚度，但Taberδ濁度從底部(即，較短的工作距離)的約4％增加至頂部的10％。因此，對比實(shí)施例1-3顯示，使用這些工藝條件涂覆的平整或有角度的部件在相對長工作距離下具有不好的Taber。
實(shí)施例4工藝條件類似于實(shí)施例2，但將四層沉積在基材上，涂層總厚度為約4微米。層2-4的條件與實(shí)施例2的層2相同。因此，僅涂層厚度改變，而耐磨性涂層的組成保持相同。Taberδ濁度是2.4％-3.1％。因此，單獨(dú)增加厚度不會導(dǎo)致Taberδ濁度低于2％。
實(shí)施例5在該實(shí)施例，氬流量增加至2.5slm(對于磨損層2-4)，這將離子流增加至52.5A。預(yù)熱溫度降至約75℃，和在第二至第四層過程中的氧流速是2slm。其它條件與實(shí)施例4相同。三種不同的試驗(yàn)使用WD 31，20和25cm分別針對三種不同的樣品而進(jìn)行。所得涂層厚度類似于實(shí)施例4；分別為4.5，4.7，和5.4微米。Taberδ濁度分別提高至1.2％，1.1％，和1.2。
實(shí)施例6工藝條件類似于實(shí)施例5，基材的排列在圖4中顯示。有六個有角度的基材或樣品12aT，12aB，12bT，12bB，12c，和12d。四種基材12aT，12aB，12bT，12bB在20度下成角和具有WD 24至31cm。其它兩種基材12c，12d位于基材12aT，12aB，12bT，12bB的每邊上。基材12c，12d是4英寸×6英寸和平行于ETP中心線，WD 21至31cm。在圖4A中，該是沿著平移方向觀察，因此掃描方向在該頁的內(nèi)外。在圖4B中，基材從ETP源觀察，而掃描方向是上下的。對于在20度下成角的基材12aT，12aB，12bT，12bB，涂層厚度是約4.6至4.9微米和Taber磨損是約1.4％至2.0％。平行于ETP中心線的兩個基材12c和12d具有平均厚度和Taber在前面(即，朝向基材12aT，12aB，12bT，12bB的那面)分別為約2.8μm和2.5％，和在背面(即，遠(yuǎn)離基材12aT，12aB，12bT，12bB的那面)分別為約3.1μm和3.5％。
實(shí)施例7工藝條件類似于實(shí)施例6，如圖5所示，六個4英寸×4英寸樣品或基材12e，12f，12g，12h，12i，和12j以各種角度被安裝在樣品夾具50的前面和背面。相對基材夾具的角度分別為50度和60度的兩個基材12f，12h被標(biāo)為在″前面″，和朝向ETPs 14。入射角分別為120度和130度的兩個基材12g，12e被標(biāo)為在″背面″，和遠(yuǎn)離等離子體。兩個基材12i，12j在每一正面樣品12h，12f的基底上平放?；?2e-12j的WD是19.8cm至27.8cm。注意，掃描方向是上下的，且實(shí)驗(yàn)進(jìn)行兩次。
平整基材12i，12j，前面基材12f，12h，和背面基材12e，12g的平均厚度分別是4.8μm，4.7μm，和3.9μm。平整基材12i，12j，前面基材12f，12h，和背面基材12e，12g的平均Taberδ濁度分別是2.2％，2.1％，和7.9％。因此，對于這些處理?xiàng)l件，在大范圍的WD和入射角下得到優(yōu)異的Taber磨損，而且甚至背面基材12e，12g也具有良好的耐磨性。
實(shí)施例8對于這種情況，使用實(shí)施例1的涂覆條件，以約2微米D4涂覆LEXANMR7片材(由General Electric制造)和石英玻片。耐磨性在等離子體涂覆MR7的UV曝光之前是＜2％。涂層的UV吸收性被定義為吸光率除以厚度(微米)，在石英玻片上測定的該值是0.012微米-1(在300nm(UVB))和0.007微米-1(在350nm(UVA))。涂層進(jìn)行QUVA和QUVB加速氣候。Taber磨損約每1000小時測定。在4000hrs QUVB和2500小時QUVA測試之后沒有觀察到性能下降。
實(shí)施例9在該實(shí)施例中，使用實(shí)施例8的條件，只是有機(jī)硅是TMDSO。涂層厚度是約1.5微米和起始Taber磨損是約4％。涂覆吸光率是0.057(在300nm)和0.031(在350nm)。在暴露于QUVB之后的耐磨性分別是約6％，7％，9％和17％在1000，2000，4000和5000hrs。
實(shí)施例10對于該實(shí)施例，評估在傳統(tǒng)PECVD反應(yīng)器中施用的涂有TMDSO的基材。涂層厚度是約4微米和起始Taber磨損是約2％。涂覆吸光率是0.37(在300nm)和0.1(在350nm)。在暴露于QUVB之后的耐磨性分別是約12％和20％，在1000和2000hrs。在2550hrs QUVA測試之后，耐磨性下降至12％。
對比實(shí)施例8-10顯示，涂層在風(fēng)化過程中的Taber耐磨性的下降與涂層的UV吸光率有關(guān)。它們進(jìn)一步說明，涂層的該性能不僅與所沉積的涂層前體有關(guān)，而且與用于沉積該材料的工藝有關(guān)。最后，實(shí)施例8說明，對加速氣候具有長期穩(wěn)定性的涂層可用按照本發(fā)明的ETP工藝而沉積。
其它實(shí)施方案在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
表1


權(quán)利要求
1.一種具有等離子體沉積的耐磨性涂層的非平面制品，該涂層具有基本上均勻的厚度和δ濁度(％)在平均值約+/-0.25范圍內(nèi)的基本上均勻的耐磨性。
2.權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括基材和其中耐磨性涂層被沉積在基材上，所述等離子體由與基材的工作距離約15至31cm的ETP源產(chǎn)生。
3.權(quán)利要求2的制品，其中等離子體和基材之間的入射角是約0至130度。
4.權(quán)利要求2的制品，其中基材是塑料。
5.權(quán)利要求4的制品，其中塑料選自聚碳酸酯，聚酰亞胺，丙烯酸，聚醚酰亞胺(PEI)，聚乙烯(PET)，PBT，和聚砜。
6.權(quán)利要求1的制品，其中耐磨性涂層是等離子體聚合的有機(jī)硅。
7.權(quán)利要求6的制品，其中有機(jī)硅選自D4，D5，HMDSO，TMDSO，V-D4，VTMS和DMDMS。
8.權(quán)利要求1的制品，其中耐磨性涂層沉積兩層或多層。
9.權(quán)利要求8的制品，其中第一層的氧含量低于其它層的氧含量。
10.權(quán)利要求9的制品，其中除第一層之外的層具有相同的組成。
11.權(quán)利要求9的制品，其中除第一層之外的層具有漸變的氧含量。
12.權(quán)利要求9的制品，其中除第一層之外的層具有遞增的氧含量。
13.權(quán)利要求8的制品，其中耐磨性涂層在300nm下的UV吸收性低于約0.02微米-1。
14.權(quán)利要求13的制品，其中耐磨性涂層具有漸變的UV吸收性。
15.權(quán)利要求13的制品，其中耐磨性涂層具有遞減的UV吸收性。
16.權(quán)利要求1的制品，其中耐磨性低于約10％δ濁度。
17.權(quán)利要求16的制品，其中耐磨性低于約5％δ濁度。
18.權(quán)利要求17的制品，其中耐磨性低于約2％δ濁度。
19.權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括基材和沉積在基材和耐磨性涂層之間的一層或多層功能層。
20.權(quán)利要求19的制品，其中耐磨性涂層的硬度和厚度根據(jù)下面涂層的硬度而調(diào)節(jié)。
21.權(quán)利要求19的制品，其中功能層是具有有機(jī)UV吸收劑的硅氧烷硬涂層。
22.權(quán)利要求21的制品，進(jìn)一步包括在硅氧烷硬涂層和塑料之間的底漆層。
23.權(quán)利要求20的制品，其中涂層是功能涂層，包括無機(jī)UV濾光層，IR涂層，AR涂層，TCO，隔絕層涂層，和結(jié)合的多層。
24.一種用于涂覆非平面基材的方法，包括由一個或多個固定的膨脹熱等離子體源生成等離子體；將第一組汽化試劑注入等離子體以在基材上形成第一層；和將第二組汽化試劑注入等離子體以在第一涂層上形成兩層或多層涂層，調(diào)節(jié)所述等離子體的離子流以在ETP源至基材的各種工作距離下得到基本上均勻的涂覆性。
25.權(quán)利要求24的方法，其中均勻涂覆性是涂層厚度。
26.權(quán)利要求24的方法，其中均勻涂覆性是涂層耐磨性。
27.權(quán)利要求24的方法，其中耐磨性涂層是等離子體聚合的有機(jī)硅。
28.權(quán)利要求27的方法，其中有機(jī)硅選自D4，D5，HMDSO，TMDSO，V-D4，VTMS和DMDMS。
29.權(quán)利要求24的方法，其中耐磨性涂層沉積兩層或多層。
30.權(quán)利要求29的方法，其中第一層的氧含量低于其它層的氧含量。
31.權(quán)利要求30的方法，其中除第一層之外的層具有相同的組成。
32.權(quán)利要求29的方法，其中耐磨性涂層在300nm下的UV吸收性低于約0.02微米-1。
33.權(quán)利要求24的方法，其中耐磨性低于約10％δ濁度。
34.權(quán)利要求33的方法，其中耐磨性低于約5％δ濁度。
35.權(quán)利要求34的方法，其中耐磨性低于約2％δ濁度。
36.權(quán)利要求24的方法，進(jìn)一步包括塑料基材和沉積在基材和耐磨性涂層之間的一層或多層功能層。
37.權(quán)利要求36的方法，其中耐磨性涂層的硬度和厚度根據(jù)下面涂層的硬度而調(diào)節(jié)。
38.權(quán)利要求36的方法，其中功能層是具有有機(jī)UV吸收劑的硅氧烷硬涂層。
39.權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包括在硅氧烷硬涂層和塑料基材之間的底漆層。
40.權(quán)利要求36的方法，其中功能涂層包括無機(jī)UV濾光層，IR涂層，AR涂層，TCO，隔絕層涂層，和結(jié)合的多層。
全文摘要
一種非平面制品包括等離子體－沉積耐磨性涂覆，該涂層具有基本上均勻的厚度和δ濁度(％)在平均值約+/－0.25范圍內(nèi)的基本上均勻的耐磨性。
文檔編號B05D5/06GK1946874SQ200580012319
公開日2007年4月11日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者B·A·科列瓦爾, C·D·亞科萬格洛, T·米巴赫, M·W·梅塞德斯 申請人:埃克阿泰克有限責(zé)任公司