一种用于纤维物料表面改性的介质阻挡放电连续处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于纤维材料连续处理改性的介质阻挡放电装置，该装置利用平面电极介质阻挡放电在大气压下产生均匀的低温等离子体，可避免极间弧光及火花放电，并有效地对纤维材料进行连续表面改性处理。本发明专利技术的特征在于所述的装置主要由五部分组成：电源系统，主要包括一对可冷却的平面放电电极和置于电极间的两个介质阻挡板组成的等离子体产生和处理器，一个气体供给系统，一个冷却剂循环冷却系统，以及一个物料传输卷绕系统。物料传输卷绕系统使化学纤维材料在处理器的介质阻挡板间的放电间隙连续通过，经均匀等离子体处理后，纤维的表面润湿性和染色性得到显著提高，并能避免弧光及火花放电给材料带来的击穿和损坏。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种介质阻挡放电装置，以及用这种装置在大气压条件下产生均匀等离子体并对化学纤维材料进行连续处理的方法，以使憎水性的化学纤维材料获得改性成为吸湿性材料，纤维的润湿性和染色性得到显著提高。属于纤维和织物改性领域。介质阻挡放电常作为能提高放电效率的方法，目前广泛地用在臭氧合成、空气及水的净化处理，制作紫外光源、激励气体激光器等方面。例如ZL99213572.9和CN99115989.6分别公开了一种低温等离子体臭氧发生片，一种放电灯和一种高频辅助低频介质阻挡放电方法。其原理是对置电极间或电极表面存在介质层，使得电极间放电空间产生等离子体光柱或等离子体气。在材料改性领域，利用低温等离子体处理材料表面增强被沉积的无机膜与半导体互连结构中的铜线或通路的粘附性，如CN1259762；利用等离子体源离子渗氮或镀膜以提高工模具的耐磨、耐腐、抗氧化和热疲劳等性能，如CN1262341和CN1263953。而CN2382742公开了一种织物等离子整理装置，在输入氮、氧，低真空条件下产生低温等离子体，对织物改性。这些等离子体材料表面改性设备和工艺需要真空条件，能量消耗较大，且是批量生产，不宜实现工业连续化生产。开发常压条件下对纤维纺织品材料能进行有效纤维表面改性的等离子体装置和处理技术方法，宜于进行工业化连续生产处理，用以提高化学纤维材料的吸湿性，从而改善化学纤维材料的服用性能和染色性能，具有极大的市场前景。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种介质阻挡放电连续处理装置，利用这种装置在大气压条件下产生均匀等离子体对化学纤维材料进行连续处理，能在不破坏纤维内部结构性质的情况下使憎水性的化学纤维材料获得永久吸湿改性，纤维的润湿性显著提高，同时能避免弧光放电和过高的等离子体温度而引起的被处理物的烧蚀穿孔和热损害。由于利用介质阻挡放电可在大气压条件下进行等离子体连续处理，能够满足工业化连续生产的需要，具有节能、工艺简单、性能稳定的特点。化学纤维材料，如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PP(聚丙烯)等的熔喷非织造布和织物，经处理后，憎水性的纤维材料改性成为具有极好润湿性的材料。在同样的染色条件下，染色性能有很大提高。本专利技术提供的介质阻挡放电连续处理装置是由一个高频高压电源、一个等离子体产生和处理器、一个气体供给系统、一个冷却剂循环系统以及一个物料传输卷绕系统组成。(1)所述的高频高压电源，为等离子体产生和处理器中的电极提供可调高压高频交流电；(2)所述的等离子体产生和处理器是由一对平面放电电极和置于电极间的一对介质阻挡板组成。两平面放电电极分别固定在处理器的上下两部分内，电极间有两个介质阻挡板，处理器上下两部分的两个介质阻挡板中间的狭缝为等离子体产生和处理空间，可容被处理物连续通过。两电极加上高频交流电压，并向处理器上下两部分之间的狭缝输送反应气体，可在该狭缝区域内产生均匀等离子体。(见附图1)。狭缝的宽度为1～5mm，依所改性的纤维或织物种类及织物厚度进行调节。电极是由不锈钢、铜、铝金属制成，介质阻挡板是两块表面抛光的氧化硅、含氧化镁的材料。(3)所述的可调节气体流量的气体供给系统提供的用以产生等离子体的气体是惰性气体、或惰性气体与空气或其他反应气体如N2气的混合气体，混合气体中空气或其它气体的比例是10～80％，气体均匀混合后分别由输气管与处理器中的二个气体导管相连，在进料口端连续向放电空间输送放电气体。(4)所述的物料传输卷绕系统主要是由传动轧辊、步进电机、导引罗拉以及一个物料卷绕辊组成。位于处理的出料口的一对传动轧辊，由步机电机带动，转动可调控。物料收卷和原料卷辊分别由电机带动。(5)所述的冷却剂循环系统，是用泵使冷却剂循环冷却一对电极，冷却剂通过电极后流经一个热交换装置降温，然后再流回电极。(6)用本专利技术提供的介质阻挡板放电连续处理装置，进行等离子体处理的方法是向等离子体产生和处理器内提供用以产生等离子体的气体；向两电极加上高频交流高压，在恰当匹配的频率和电压范围内，在大气压条件下两个介质阻挡板中间的放电空间内产生均匀等离子体，并能避免弧光及火花放电；以一定速度通过等离子体产生和处理器狭缝的待处理物在放电空间中连续处理后获得有效表面改性。气体流量大于2L/min，狭缝为1～5mm，使用的高频高压电源的频率和电压分别为大于5KHZ和3KV，待处理纤维或物料以＜10cm/mim的速度通过处理器的放电狭缝。以本专利技术提供的介质阻挡层放电连续处理装置处理纤维材料或织物时，可视需要在待处理物的前进方向上，设置若干个等离子体产生和处理器，以在提高处理速度情况下仍能保证待处理物得到足够的处理时间，并且每个等离子体产生和处理器可以使用不同的反应气体，以获得不同的处理效果。如图3所示，它是由4个本专利技术所涉及的等离子体产生和处理器串联而成的工业生产处理装置示意图。可以视实际需要，串联的个数大于4个或小于4个，这种工业生产处理装置的优点在于可以提高物料处理速度提高产量，只需一个装置的物料出口和物料进口，在同一个装置中，可视改性要求对这几个等离子体产生和处理器分别使用不同的反应气体，以获得所需的处理效果。用定量的水在材料表面的铺展时间，或在一定时间内铺展面积的方法检测处理前后物料或纤维材料的润湿性，以表示本专利技术的效果。将试样平铺在有色溶液表面(常用5％重铬酸钾溶液)，测量织物完全润湿的时间。或者，将0.2cc的水滴滴到试样表面，测量水滴在20秒的时间内在织物上扩散润湿的面积。结果表明，经本专利技术提供的介质阻挡放电连续处理装置处理后的涤纶、丙纶织物，或聚酯熔喷无纺布，经该工艺处理后，材料润湿性达到棉织品的水平；在同样的染色条件下，处理后涤纶织物的色彩明度、彩度均有较大幅度提高。为验证处理后材料的纤维表面会发生化学变化、生成新的化学成分，将处理前后的材料浸没在去离子水中，测量水的pH值。具体方法如下材料分别用空气、氩气和空气混合气体等离子体处理后，取直径为5cm的圆形样品，置于10ml的去离子水中浸泡3分钟，用电子式pH计测试水的pH值，结果如表1所示。表1处理前后物料PH值变化 处理后材料的浸泡液体显酸性，从而证实材料在等离子体处理过程中，在材料纤维表面会形成大量酸性羧基(-COOH)基团。而且空气等离子体处理样品的浸泡溶液的酸性强于氩气和空气混合气体等离子体处理样品。这是因为氧气等离子体中含有大量氧的自由基、离子等活性成分，这些活性成分与化学键受到损伤的材料纤维表面重新结合，生成了新的含氧基团。氩气等离子体中虽然不含有氧元素，但是由于材料纤维表面的化学键受到等离子体的破坏，产生了不饱合键，等离子体处理后的材料拿到大气中后与空气中的氧气发生反应，这样也会使材料纤维表面被氧化，形成含氧基因。用电子显微镜对处理前后的涤纶织布进行表面形态观测，发观由于等离子体对材料纤维的刻蚀作用，使纤维表面变的凹凸不平，从而使纤维的比表面积增大，有利于纤维润湿性的增加。空气、氩气等离子体处理可以使材料纤维表面的形成羰基、醛基等含氧基团，由于这些极性基团的出现，所以材料纤维表面的润湿性得以改善。刻蚀作用和表面发生了复杂的化学反应使纤维表面变得粗糙并出现颗粒状凸起，见图5和6。附图说明图1是本专利技术提供的处理装置结构示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于纤维物料表面改性的介质阻挡放电连续处理装置，其特征在于：（１）处理装置是由一个高频高压电源、一个等离子体产生和处理器、一个气体供给系统、一个冷却剂循环系统以及一个物料传输卷绕系统组成；（２）所述的高频高压电源，为等离子体产生 和处理器中的电极提供可调高压高频交流电；（３）所述的等离子体产生和处理器是由一对平面放电电极和置于电极间的一对介质阻挡板组成。两平面放电电极分别固定在处理器的上下两部分内，电极间有两个介质阻挡板，处理器上下两部分的两个介质阻挡板中间的狭 缝为等离子体产生和处理空间，可容被处理物连续通过。（４）所述的可调节气体流量的气体供给系统提供用以产生等离子体的气体；（５）所述的物料传输卷绕系统主要是由传动轧辊、步进电机、导引罗拉以及一个物料卷绕辊组成。位于等离子体产生和处理器的 出料口的一对传动轧辊，由步机电机带动，转动可调控，物料收卷和原料卷辊分别由电机带动；（６）所述的冷却剂循环系统，是用泵使冷却剂循环冷却一对电极，然后流经一个热交换装置降温，然后再流回电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱高，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]