Bronkhorst
Application note

使用蒸發器製造疏水塗層

 搭配質量流量儀器

我們的歐洲研究客戶之一,Empa,正在使用一個名為CEM(控制蒸發與混合)的Bronkhorst蒸發系統,致力於開發防水面料的疏水塗層。Empa是瑞士聯邦材料科學與技術實驗室,隸屬於蘇黎世聯邦理工學院ETH Domain,他們使用的CEM系統包括液體質量流量計和氣體質量流量控制器。這個系統能主動蒸發有機矽HMDSO。Empa使用電漿聚合在織物和纖維表面上沉積薄膜(奈米級)。在這個過程中,流量控制器添加聚合物前驅物。

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Hydrophobic coating created with evaporation

應用要求

在Empa的低壓(0.1 mbar)電漿聚合過程中,電漿能主動蒸發並活化液態有機矽化合物六甲基二矽氧烷(HMDSO - C6H18OSi2)。主要目標是將蒸氣聚合並沉積到纖維表面上,形成疏水塗層。為了達到穩定和一致的聚合物前驅物蒸氣流,需要精確控制液態HMDSO流量和載氣carrier gas流量。HMDSO蒸氣以定義的流量進入電漿腔體,較高的流量有助於快速沉積和處理。

重要話題

  • 精確控制的氣體/液體混合物
  • 穩定的蒸氣流 
  • 低至高的蒸氣流量


製程解決方案

Bronkhorst的CEM蒸發系統能蒸發有機矽HMDSO(六甲基二矽氧烷)。在這個過程中,系統將室溫下的液態HMDSO從容器中吸取並使用液體質量流量計(mini CORI-FLOW系列)進行測量。接下來,它將液態HMDSO與熱質量流量控制器(EL-FLOW Select系列)提供的氬載氣結合,並在熱交換器內蒸發以進行精確的加熱控制。經過加熱的蒸氣流進入在絕對壓力0.1 mbar下的電漿腔體中。整個蒸發過程由PLC系統控制。

通過使用這個配置,HMDSO可以在每小時1至30克的範圍內蒸發。研究結果顯示,在穩定、精確、一致且有效調節的方式下產生了蒸氣流。

 

Flow scheme showing CEM evaporation system
Flow scheme showing CEM evaporation system
Coater at Empa

此蒸發過程中使用的軟體

在這個設置中,蒸發過程使用LabVIEW軟體進行簡單有效的視覺化。目前使用的CEM蒸發系統取代了傳統的bubbler系統,後者在載氣和前驅物的低流速控制方面存在限制。這個轉變帶來了幾項好處。

使用CEM蒸發系統的益處

通過CEM系統,Empa達到了50 ml/min的高氣體產量,相比於bubbler系統只允許4-5 ml/min的氣體流量。此外,HMDSO液體的流量也得到了提高。Empa的目標是將這個過程從實驗室規模擴大到工業規模。

Empa目前使用的CEM系統是便攜且小巧的。這個移動設置類似於帶有輪子的小型辦公桌,便於在實驗室之間移動。Bronkhorst設備的小巧性進一步增強了工程流量解決方案的靈活性。

HMDSO設置使得能夠在低溫下沉積聚矽氧烷塗層,適合於無法承受高溫的塗層纖維。Empa努力導入低壓電漿聚合,通過促進纖維表面的異相沉積並減少的化學品量,並提高產量。
 

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