用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置，包括直流電源和反應室，反應室內對應設有分別與直流電源相連的金屬陽極和液態陰極，且反應室內設有用于盛放所述液態陰極的液體介質的容器，金屬陽極正對設置在所述液態陰極的液面正上方，反應室內還設有用于氣體介質流通的進氣系統。本發明專利技術還公開了一種用于聚合物材料表面改性的等離子體處理方法，包括如下步驟：1）將待處理聚合物材料置于液態陰極液面下方；2）啟動進氣系統向反應室內進氣；3）啟動直流電源，調節金屬陽極和液態陰極之間的間距，使金屬陽極和液態陰極之間產生放電等離子體，開始對聚合物材料進行等離子體處理；4）處理完成后，關閉直流電源，取出聚合物材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于聚合物材料表面改性的裝置和方法，具體的為一種利用大氣壓下產生輝光放電的低溫等離子體來改善聚合物材料的表面性能的裝置和方法。
技術介紹
聚合物材料因其出色的機械性能、化學性能和熱穩定性而廣泛應用于工業生產和人們日常生活的方方面面。然而，由于聚合物表面的親水性低，使其存在難以與其它材料黏結的缺陷，因此需要改善其表面性能。目前，廣泛用于聚合物表面改性的方法包括化學處理、光輻射處理和等離子體處理等，其中，等離子體處理因其對環境的無污染性而得到越來越多的關注。由活性粒子和電磁輻射構成的大氣壓輝光放電等離子體可以被直流或射頻電流激發，在聚合物表面引起一系列的化學反應并形成能夠增強聚合物材料表面性能的新型基團，通過活性基團嵌入、表面刻蝕和交聯等過程實現表面改性。等離子體處理的優勢主要包含兩個方面: O等離子體處理僅發生在聚合物表面幾十納米范圍內，不會改變基體結構； 2)等離子體激發條件不同，可產生不同類型的等離子體，如氧化型等離子體和還原型等尚子體等。以往用于聚合物表面改性的等離子體可由低氣壓輝光放電、大氣壓電暈放電和介質阻擋放電產生。這三種等離子體表面改性技術都存在著各種無法解決的問題，影響其發展和應用。低氣壓輝光放電等離子體雖然在一定程度上能夠實現聚合物表面均勻改性的要求，但是需要真空系統，導致設備體積龐大，能耗高，操作復雜，難以實現工業化生產。與低氣壓等離子體處理技術相比，大氣壓放電和介質阻擋放電等離子體可以在常壓下的空氣中產生，雖然在一定程度上具有不需要昂貴的真空設備、操作簡便和成本低廉的優點，但還存在以下不足。公開號為CN1900408的中國專利公開了一種電暈放電低溫等離子體織物改性處理裝置，該裝置雖然在一定程度上能夠達到在常壓下對織物改性的目的，但是其放電等離子體中存在大量高能量密度的細絲放電，這將對聚合物表面造成損傷，并造成聚合物表面改性質量不均勻。同理，公開號為CN101580594的中國專利公開了一種介質阻擋放電等離子體技術改性芳綸復合材料界面的方 法，該方法也存在放電等離子體中存在大量高能量密度的細絲放電，對聚合物表面造成損傷和造成聚合物表面改性質量不均勻的缺陷。另外，目前的大氣壓放電等離子體通常采用射頻或微波電容耦合或電感耦合放電產生，大功率的射頻或微波電源制作困難，價格高，并且容易對人體和其他測量設備產生干擾，而大氣壓下的直流電源驅動的放電等離子體由于很容易產生輝光到弧光的轉變而不容易實現穩定放電。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種，該等離子體處理裝置和方法不僅能夠在常壓大氣中產生用于聚合物材料表面改性的等離子體，而且不會對聚合物表面造成損傷，并具有改性質量均勻的優點。為達到上述目的，本專利技術首先提出了一種用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置，包括直流電源和反應室，所述反應室內對應設有分別與直流電源相連的金屬陽極和液態陰極，且所述反應室內設有用于盛放所述液態陰極的液體介質的容器，所述金屬陽極正對設置在所述液態陰極的液面正上方，所述反應室內還設有用于氣體介質流通的進氣系統。 進一步，所述進氣系統包括設置在所述反應室上的進氣口和出氣口，所述進氣口設置在所述液態陰極的上方，且所述進氣口上依次設有氣體流量計、氣閥和進氣泵，所述出氣口設置在所述液態陰極的下方并直接與大氣相通。進一步，所述氣體介質為空氣、氮氣或惰性氣體；所述液態陰極的液體介質為自來水或氧化性試劑溶液。進一步，還包括用于向所述容器內補充液體介質的蠕動泵。進一步，所述反應室內設有用于聚合物材料連續進料的驅動裝置，所述驅動裝置包括用于將聚合物材料導向至金屬陽極與液態陰極之間的驅動輥、設置在所述容器內并用于調節聚合物材料與液態陰極液面距離的升降輥和用于收卷處理完成后的聚合物材料的收卷輥，所述收卷輥上設有驅動電機，所述容器上設有用于調節升降輥上下位置的升降機構。進一步，所述反應室內設有用于調節所述金屬陽極與所述液態陰極之間間距的調節機構。進一步，所述金屬陽極采用耐燒蝕金屬材料制成并與所述液態陰極的液面垂直，且所述金屬陽極呈針狀、棒狀、筒狀或板狀，并陣列布置在所述液態陰極的液面上方，每一根所述金屬陽極與所述直流電源之間均設有鎮流電阻。本專利技術還公開了一種采用如上所述等離子體處理裝置的用于聚合物材料表面改性的等離子體處理方法，包括如下步驟: 1)將待處理聚合物材料置于液態陰極液面下方，并調節所述聚合物材料與液態陰極液面之間距離至設定值； 2)啟動進氣系統向反應室內進氣； 3)啟動直流電源，調節金屬陽極和液態陰極之間的間距至設定值，使金屬陽極和液態陰極之間產生放電等離子體，開始對聚合物材料進行等離子體處理； 4 )處理完成后，關閉直流電源，取出聚合物材料。進一步，所述步驟I)中，待處理聚合物材料水平置于液態陰極液面的下方，且待處理聚合物材料的上表面至液態陰極液面的距離為1-1Omm ； 進一步，所述步驟3 )中，所述直流電源的輸出電壓值可調，且所述金屬陽極和液態陰極之間的放電電壓為0- 10000V，放電電流為0-300mA。本專利技術的有益效果在于: 本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置，通過將金屬陽極和液態陰極與直流電源相連，用直流高壓驅動產生大氣壓輝光放電等離子體，可以在開放大氣中激發，不需要昂貴的真空設備，操作簡便，成本低廉；該等離子體中包含高能電子、離子、激發態分子原子及各種激發態和紫外光等多種活性粒子，這些活性粒子與聚合物表面進行相互作用，引起聚合物表面發生物理、化學組分以及化學結構的變化，從而達到表面改性的目的； 采用直流電源提供放電電壓，且放電電壓在幾百到幾千伏，放電電流在毫安量級；等離子體處理效果可通過調節聚合物表面到液態陰極液面的距離實現，通過調節聚合物表面到液態陰極液面的距離，能夠方便控制到達聚合物表面的活性粒子量，達到實現不同處理效果的目的。本專利技術，在放電情況良好的情況下，不會發生火花和電弧放電，避免了弧光放電和過高的等離子體溫度而引起的被處理物的燒蝕穿孔和熱破壞，放電產生的等離子體溫度和能量適中，能在不破壞聚合物內部結構的情況下改善聚合物表面的吸水性，使聚合物的潤濕性顯著提高。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本專利技術提供如下附圖進行說明: 圖1為本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置第一實施例的結構示意圖； 圖2為本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置第二實施例的結構示意圖； 圖3為采用本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理方法處理后的聚酰亞胺薄膜表面的水接觸角和α-溴萘接觸角隨處理時間的變化關系圖； 圖4為采用本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理方法處理后的聚酰亞胺薄膜表面的含水率隨處理時間的變化關系圖； 圖5為采用本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理方法處理后的聚酰亞胺薄膜表面的含水率隨薄膜表面到液面厚度的變化關系圖。具體實施方式下面將結合附圖 ，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述。第一實施例 如圖1所示，為本專利技術用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置實施例的結構示意圖。本實施例用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置，包括直流電源I和反應室2，反應室2內對應設有分別與直流電源I相連的金本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置，其特征在于：包括直流電源和反應室，所述反應室內對應設有分別與直流電源相連的金屬陽極和液態陰極，且所述反應室內設有用于盛放所述液態陰極的液體介質的容器，所述金屬陽極正對設置在所述液態陰極的液面正上方，所述反應室內還設有用于氣體介質流通的進氣系統。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭培超，劉克銘，王金梅，代玉，于斌，
申請(專利權)人：重慶郵電大學，
類型：發明
國別省市：