利用大氣壓均勻放電改善芳綸親水性的裝置及方法制造方法及圖紙

利用大氣壓均勻放電改善芳綸布親水性的裝置及方法，屬于大氣壓低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，由雙極性納秒脈沖電源(1)、線(xiàn)-板式電極、電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)、光譜測(cè)量系統(tǒng)和芳綸布處理裝置組成。雙極性納秒脈沖電源(1)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)-板式電極，發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，通過(guò)電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和光譜測(cè)量系統(tǒng)分析放電等離子體的特性，改變放電參數(shù)得到均勻的放電等離子體，用于處理芳綸布(7)，降低芳綸布(7)的水接觸角。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
利用大氣壓均勻放電改善芳綸親水性的裝置及方法
利用大氣壓均勻放電改善芳綸布親水性的裝置及方法，屬于等離子體
，特別是涉及一種在大尺寸線(xiàn)-板式電極結(jié)構(gòu)下利用雙極性高壓納秒脈沖電源驅(qū)動(dòng)，在大氣壓環(huán)境中獲得大面積低均勻放電裝置，并使用放電等離子體對(duì)芳綸布進(jìn)行處理，從而改善其親水性的技術(shù)。
技術(shù)介紹
芳綸布全稱(chēng)為“聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”，是一種新型的鏈狀高分子復(fù)合材料，具有高結(jié)晶化、高強(qiáng)度、高模量和耐高溫等特點(diǎn)，在近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)和造船等行業(yè)中。然而，芳綸布的表面因?yàn)楦呓Y(jié)晶化而非常光滑，這導(dǎo)致了其親水性較差，影響了其在工業(yè)上的應(yīng)用。改善芳綸布親水性的傳統(tǒng)方法主要是通過(guò)化學(xué)工藝，但是化學(xué)試劑成本高，效率低，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。相比而言使用等離子體對(duì)芳綸布進(jìn)行表面改性更加可靠、方便，成本更低，而且對(duì)環(huán)境不造成污染。獲得等離子體的手段有很多，其中介質(zhì)阻擋放電是在大氣壓中獲得低溫等離子體最普遍的一種方式。介質(zhì)阻擋放電等離子體有三種放電模式，分別是均勻放電模式、絲狀放電模式和自組織斑圖模式。其中絲狀放電在流注擊穿過(guò)程中，放電通道內(nèi)的電流密度和能量密度都非常高，很容易損傷材料表面，因此不宜于處理纖維材料。相比而言，均勻放電因?yàn)檫m中的功率密度、均勻的能量分布以及無(wú)明顯的絲狀通道等優(yōu)點(diǎn)，更適合進(jìn)行芳綸布表面改性。然而傳統(tǒng)的介質(zhì)阻擋放電是運(yùn)用正弦交流電源驅(qū)動(dòng)的，在大氣壓空氣環(huán)境下放電非常容易從均勻模式向絲狀模式轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變影響了介質(zhì)阻擋放電在工業(yè)上的應(yīng)用，因此在大氣壓空氣中獲得均勻的放電等離子體非常重要。近年來(lái)，納秒脈沖電源驅(qū)動(dòng)的介質(zhì)阻擋放電被認(rèn)為是在大氣壓空氣中能有效抑制放電由均勻放電模式向絲狀放電、火花放電以及電弧放電模式轉(zhuǎn)變而獲得均勻放電等離子體的一種有效手段。在納秒脈沖放電中，由于納秒脈沖具有陡峭脈沖電壓上升沿和較短脈沖持續(xù)時(shí)間等特點(diǎn)，使能量輸入用于電子在電場(chǎng)中獲得最大程度的加速而不是加熱氣體。因此納秒脈沖介質(zhì)阻擋放電相比于交流介質(zhì)阻擋放電，具有等離子體溫度更低、產(chǎn)生活性粒子效率更高和能量消耗更低等優(yōu)點(diǎn)，在改善芳綸布表面親水性領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。專(zhuān)利CN104853513A提供了一種管式電極結(jié)構(gòu)的大面積均勻介質(zhì)阻擋放電裝置，該裝置可以在大氣壓下產(chǎn)生大面積均勻等離子體，但是這種放電需要在純氮?dú)獾沫h(huán)境下才能產(chǎn)生均勻放電，使用成本較高，影響了其在工業(yè)上的應(yīng)用。專(zhuān)利CN104831519A解決了在大氣壓下通過(guò)介質(zhì)阻擋放電處理紗線(xiàn)材料，但其使用的管式電極結(jié)構(gòu)只能處理單根纖維，效率較低，且放電模式為絲狀放電，對(duì)材料表面會(huì)造成燒蝕、穿洞等損傷，因此實(shí)際應(yīng)用范圍受到了很大的限制。專(zhuān)利CN104694733A使用等離子體放電處理金屬表面，該專(zhuān)利應(yīng)用了納秒脈沖介質(zhì)阻擋放電，獲得了均勻的等離子體，專(zhuān)利中高壓電極與地電極交替排列，更利于形成體積放電而不是沿面放電，不適于芳綸布等紡織物的處理。本專(zhuān)利技術(shù)利用納秒脈沖電源驅(qū)動(dòng)的介質(zhì)阻擋放電，可以在大氣壓條件下獲得均勻的放電等離子體；同時(shí)使用線(xiàn)-板式電極結(jié)構(gòu)保證了等離體面積足夠大，有利于大面積處理芳綸布；在線(xiàn)-板式電極中設(shè)計(jì)了微調(diào)裝置，方便調(diào)節(jié)，解決了傳統(tǒng)的線(xiàn)-板式電極不容易調(diào)平、影響放電均勻性的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了在大氣壓空氣環(huán)境下獲得大面積均勻放電等離子體，并用于有效改善芳綸布表面親水性，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種利用大氣壓均勻放電改善芳綸布親水性的裝置，主要由線(xiàn)-板式電極、電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和光譜測(cè)量系統(tǒng)組成。線(xiàn)電極通過(guò)連接部件固定于水平狀態(tài)的板電極的中心軸線(xiàn)正上方，且平行于板電極；連接部件將線(xiàn)電極和雙極性納秒脈沖電源的高壓輸出相互連接；介質(zhì)板覆蓋在板電極上，并用導(dǎo)電膠固定在板電極的上表面，線(xiàn)電極和板電極之間的電極間隙距離在0-5mm范圍內(nèi)可調(diào)；線(xiàn)電極端的尖端夾角為30°-45°，尖端曲率半徑為0.6-0.8mm；由外力驅(qū)動(dòng)的進(jìn)樣卷軸和出樣卷軸分別固定于板電極的兩側(cè)，位置處于使得連接兩個(gè)卷軸上的芳綸布能在由線(xiàn)電極、板電極組成的線(xiàn)-板式電極之間，沿垂直于線(xiàn)電極的方向水平移動(dòng)。電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)主要由數(shù)字示波器、高壓探頭和電流探頭組成；將高壓探頭線(xiàn)路一端連接在線(xiàn)電極上，另一端連接在數(shù)字示波器上；將電流探頭線(xiàn)路一端接在板電極與接地之間的導(dǎo)線(xiàn)上，另一端接在數(shù)字示波器上；電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量介質(zhì)阻擋放電的放電電壓和電流，并由數(shù)字示波器顯示。光譜測(cè)量系統(tǒng)主要由凸透鏡、光纖探頭、光纖、高分辨率光柵單色儀、電荷耦合器件和計(jì)算機(jī)組成；凸透鏡固定在板電極和光纖探頭之間，使線(xiàn)-板式電極的放電間隙、凸透鏡中心點(diǎn)以及光纖探頭三者在同一水平直線(xiàn)上；光纖探頭收集到由凸透鏡會(huì)聚后的光信號(hào)，并經(jīng)光纖傳輸至高分辨率光柵單色儀進(jìn)行分光，分光后的單色光信號(hào)經(jīng)電荷耦合器件轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后由計(jì)算機(jī)采集處理。連接部件是上端有一個(gè)螺柱、兩側(cè)各有一個(gè)通孔的導(dǎo)電體，其中上端的螺柱用于連接和固定雙極性納秒脈沖電源的高壓輸出，并能調(diào)節(jié)線(xiàn)電極與板電極之間的距離；連接部件兩側(cè)的通孔與線(xiàn)電極的螺孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)螺栓連接線(xiàn)電極，并可調(diào)節(jié)線(xiàn)電極的傾斜度。改善芳綸布親水性的方法包括如下步驟：步驟1：在對(duì)芳綸布進(jìn)行處理前，為了去除芳綸布表面的油污，首先將芳綸布浸泡在丙酮溶液中3-6小時(shí)，之后用超聲波清洗機(jī)在丙酮溶液中清洗芳綸布10-30分鐘，最后在干燥的環(huán)境下自然晾干；將晾干的芳綸布的兩端分別纏繞在進(jìn)樣卷軸和出樣卷軸上；步驟2：調(diào)節(jié)連接部件的螺柱調(diào)整線(xiàn)電極與介質(zhì)板之間的距離；調(diào)節(jié)連接部件兩側(cè)的螺栓)使線(xiàn)電極與介質(zhì)板保持平行；將凸透鏡和光纖探頭放置在線(xiàn)-板式電極的一側(cè)，調(diào)整凸透鏡和光纖探頭的位置，使線(xiàn)-板式電極的放電間隙、凸透鏡中心點(diǎn)以及光纖探頭三者在同一水平直線(xiàn)上；步驟3：連接雙極性納秒脈沖電源和高壓探頭、電流探頭和數(shù)字示波器，打開(kāi)數(shù)字示波器、高分辨率光柵單色儀、電荷耦合器件和計(jì)算機(jī)；調(diào)節(jié)數(shù)字示波器的電壓、電流至適當(dāng)量程，通過(guò)計(jì)算機(jī)上的控制軟件調(diào)節(jié)高分辨率光柵單色儀和電荷耦合器件的光柵數(shù)、分辨率、曝光時(shí)間、光譜采集范圍等參數(shù)；步驟4：打開(kāi)雙極性納秒脈沖電源啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，先調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率,然后調(diào)節(jié)脈沖峰值；同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)樣滾軸和出樣滾軸，使芳綸布勻速緩慢通過(guò)放電等離子體區(qū)域；步驟5：處理結(jié)束后，先將脈沖峰值電壓調(diào)為0再將脈沖重復(fù)頻率調(diào)為0，最后關(guān)閉雙極性納秒脈沖電源，取出芳綸布。本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是：(1)采用雙極性納秒脈沖電源驅(qū)動(dòng)下的介質(zhì)阻擋放電，在大氣壓空氣環(huán)境中獲得了均勻的放電等離子體；(2)通過(guò)使用大尺寸線(xiàn)-板式電極，保證了等離子體的空間放電體積和沿面放電面積都足夠大，有利于大面積處理芳綸布，以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用上的需求；(3)可以通過(guò)發(fā)射光譜儀和數(shù)字示波器對(duì)等離子體的光譜和電學(xué)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，便于分析放電機(jī)理和放電產(chǎn)生的活性粒子，深入了解等離子體處理芳綸布的機(jī)理；(4)通過(guò)測(cè)量樣品的水接觸角發(fā)現(xiàn)，處理后的芳綸布水接觸角從大約96°下降至大約60°，親水性得到明顯改善。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為線(xiàn)-板式電極結(jié)構(gòu)主視安裝圖。圖3為線(xiàn)-板式電極結(jié)構(gòu)側(cè)視安裝圖。圖中：1.雙極性納秒脈沖電源；2.接地；3.高壓輸出；4.高壓探頭；5.數(shù)字示波器；6.進(jìn)樣卷軸；7.芳綸布；8.線(xiàn)電極；9.板電極；10.介質(zhì)板；11.出樣卷軸；12.凸透鏡；1本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
利用大氣壓均勻放電改善芳綸布親水性的裝置，其特征在于，主要由線(xiàn)?板式電極、電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和光譜測(cè)量系統(tǒng)組成，其特征在于：線(xiàn)電極(8)通過(guò)連接部件(19)固定于水平狀態(tài)的板電極(9)的中心軸線(xiàn)正上方，且平行于板電極(9)；連接部件(19)將線(xiàn)電極(8)和雙極性納秒脈沖電源的高壓輸出(3)相互連接；介質(zhì)板(10)覆蓋在板電極(9)上，并用導(dǎo)電膠固定在板電極(9)的上表面，線(xiàn)電極(8)和板電極(9)之間的電極間隙距離在0?5mm范圍內(nèi)可調(diào)；線(xiàn)電極(8)下端的尖端夾角為30°?45°，尖端曲率半徑為0.6?0.8mm；由外力驅(qū)動(dòng)的進(jìn)樣卷軸(6)和出樣卷軸(11)分別固定于板電極(9)的兩側(cè)，位置處于使得連接兩個(gè)卷軸上的芳綸布能在由線(xiàn)電極(8)、板電極(9)組成的線(xiàn)?板式電極之間，沿垂直于線(xiàn)電極(8)的方向水平移動(dòng)；電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)主要由數(shù)字示波器(5)、高壓探頭(4)和電流探頭(15)組成；將高壓探頭線(xiàn)路一端連接在線(xiàn)電極(8)上，另一端連接在數(shù)字示波器(5)上；將電流探頭線(xiàn)路一端接在板電極(9)與接地(2)之間的導(dǎo)線(xiàn)上，另一端接在數(shù)字示波器(5)上；電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量介質(zhì)阻擋放電的放電電壓和電流，并由數(shù)字示波器(5)顯示；光譜測(cè)量系統(tǒng)主要由凸透鏡(12)、光纖探頭(13)、光纖(14)、高分辨率光柵單色儀(16)、電荷耦合器件(17)和計(jì)算機(jī)(18)組成；凸透鏡(12)固定在板電極(9)和光纖探頭(13)之間，使線(xiàn)?板式電極的放電間隙、凸透鏡中心點(diǎn)以及光纖探頭(13)三者在同一水平直線(xiàn)上；光纖探頭(13)收集到由凸透鏡(12)會(huì)聚后的光信號(hào)，并經(jīng)光纖(14)傳輸至高分辨率光柵單色儀(16)進(jìn)行分光，分光后的單色光信號(hào)經(jīng)電荷耦合器件(17)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后由計(jì)算機(jī)(18)采集處理。...

【技術(shù)特征摘要】
1.利用大氣壓均勻放電改善芳綸布親水性的裝置，其特征在于，主要由線(xiàn)-板式電極、電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和光譜測(cè)量系統(tǒng)組成，其特征在于：線(xiàn)電極(8)通過(guò)連接部件(19)固定于水平狀態(tài)的板電極(9)的中心軸線(xiàn)正上方，且平行于板電極(9)；連接部件(19)將線(xiàn)電極(8)和雙極性納秒脈沖電源的高壓輸出(3)相互連接；介質(zhì)板(10)覆蓋在板電極(9)上，并用導(dǎo)電膠固定在板電極(9)的上表面，線(xiàn)電極(8)和板電極(9)之間的電極間隙距離在0-5mm范圍內(nèi)可調(diào)；線(xiàn)電極(8)下端的尖端夾角為30°-45°，尖端曲率半徑為0.6-0.8mm；由外力驅(qū)動(dòng)的進(jìn)樣卷軸(6)和出樣卷軸(11)分別固定于板電極(9)的兩側(cè)，位置處于使得連接兩個(gè)卷軸上的芳綸布能在由線(xiàn)電極(8)、板電極(9)組成的線(xiàn)-板式電極之間，沿垂直于線(xiàn)電極(8)的方向水平移動(dòng)；電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)主要由數(shù)字示波器(5)、高壓探頭(4)和電流探頭(15)組成；將高壓探頭線(xiàn)路一端連接在線(xiàn)電極(8)上，另一端連接在數(shù)字示波器(5)上；將電流探頭線(xiàn)路一端接在板電極(9)與接地(2)之間的導(dǎo)線(xiàn)上，另一...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王文春，袁皓，楊德正，劉志杰，趙紫璐，張麗，王森，張帥，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧;21