CN102390069B - 木质薄板常压低温等离子体连续处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明是木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，包括进料传输带张力调节器、木质薄板进料传输带、控制动力和电极放电的按钮、传输带进料限位装置、进料段设备框架、木质薄板进料压辊、进料导向板、低温等离子体处理段设备框架、木质薄板出料传输带、传输带进料限位装置、出料传输带张力调节器、出料段设备框架、木质薄板出料压辊、出料板、低温等离子体处理段设备框架、差分激励双介质阻挡放电电极、差分激励电源、变频器、传输带动力驱动设备、电极外部冷却排臭氧装置、涡旋风机。优点：1)被处理材料幅面尺寸调节范围大：2)可实现工业化连续化处理：3)结构设计合理，操作简便，可控性强，处理成本低，效率高。

Description

木质薄板常压低温等离子体连续处理装置

技术领域

本发明提出的是一种木质薄板常压低温等离子体连续处理装置。 

背景技术

等离子体是一种高能量的物质聚集态，其中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用等离子体对材料进行处理可引起材料表面的物理变化(如刻蚀、解吸、溅射、注入、激发和电离等)和化学变化(如氧化、分解、交联、聚合和接枝等)，以达到改变材料表面特性(包括亲水性、疏水性、粘合性、阻燃性、防腐性、防静电性以及生物适应性)的目的。等离子体可以通过辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电以及微波放电等方式产生。介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电。在两个放电电极之间充满某种工作气体，并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖，也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。 

随着我国天然林保护工程的实施，人造板生产所用大径级原木供应日益紧张。速生树种(如杨木、杉木、桉木和松木等)的成功营种大大缓解了木材资源供不应求的矛盾。然而，速生树种由于生长周期短，导致了材质疏松，组织结构不均匀，木材强度低，易变形的问题，这给人造板的生产带来了技术上的难度。通过物理、化学和生物等方法对速生木材进行改性处理，从而提高以其为原料的人造板产品性能已成为木材行业界的研究热点。通过等离子体改性提高木质材料的胶合性能是一条改善速生材人造板产品性能的有效途径。利用等离子体对木质材料表面进行改性的实验性研究已有报道，但尚未见有工业化应用，而且，实验性研究报道中采用的常压低温等离子体处理方式主要是低温等离子体喷枪处理。这种等离子体喷枪的处理宽度有限，一般不超过100mm，且一次只能处理材料的一个表面，不适合工业生产中对宽幅木质材料的处理。介质阻挡放电低温等离子体处理在纺织纤维材料的改性方面应用比较广泛。例如：ZL02151229.9和ZL02151228.0分别公开了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，该装置适合处理厚度非常小的材料如各种高分子薄膜和纤维纺织品材料，其介质阻挡放电的间隙比较小，一般不超过5mm，否则不易产生宽幅均匀的放电。显然上述这些处理设备都不适合厚度较大、有一定不平度和幅面尺寸较大的木质材料的工业化连续处理。开发木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，宜于进行工业化连续生产处理，用于提高木质薄板的润湿性及粘合性等，促进人工速生林木材的高附加值利 用，具有广阔的市场前景。 

发明内容

本发明提出的是一种木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，乃是一种采用差分激励方式的介质阻挡放电低温等离子体装置，其目的在于针对现有木质材料常压低温等离子体处理装置的不足，实现在常压空气中获得宽幅大放电间隙的均匀低温等离子体，可有效地连续处理宽幅木质薄板，有利于促进木质薄板与胶粘剂之间形成牢固的结合力，改善木质复合材料产品的力学性能，促进低质速生木材的高附加值利用。 

本发明的技术解决方案：其特征是进料传输带张力调节器、木质薄板进料传输带、控制动力和电极放电的按钮和传输带进料限位装置安装在进料段设备框架上，木质薄板进料压辊和进料导向板通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架上；木质薄板出料传输带、传输带出料限位装置和出料传输带张力调节器安装在出料段设备框架上，木质薄板出料压辊和出料板通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架上；平行地固定在低温等离子体处理段设备框架上的两个差分激励双介质阻挡放电电极分别与差分激励电源的输出端相连接，两电极间的最大放电间隙10mm，变频器和传输带动力驱动设备安装在低温等离子体处理段设备框架上，可控制传输带速度以调节低温等离子体处理速度，处理速度调节范围0～40m／min；电极外部冷却排臭氧装置和电极内部冷却装置组成处理区域冷却排臭氧系统固定在低温等离子体处理段设备框架上，电极内部冷却装置是由涡旋风机、气体输送管以及电极内置空心铜管连接而成，电极外部冷却排臭氧装置由分别置于上下两个介质阻挡放电电极上的金属罩、排气管和风机组成。 

本发明的优点：1)被处理材料幅面尺寸调节范围大：采用差分激励双介质阻挡放电，可在宽幅和放电间隙最大达到10mm的空间内产生均匀低温等离子体，对0.5～8mm厚的宽幅木质薄板(装置的有效处理宽度可根据木质薄板的宽度随机调节)进行处理，能满足现有多种人造板产品生产的需要，如可以用于对厚度为0.5～8mm的单板进行处理，以提高单板类产品(如胶合板、单板层积材、水泥模板、人造薄木，多层实木复合地板等)的胶合强度，也可以用于对厚度为1.5～8mm的中密度纤维板或刨花板表面进行处理，以提高表面装饰材料与中密度纤维板和刨花板基材间的结合强度，改善表面装饰效果；2)可实现木质薄板的工业化连续化处理：该装置设有调速系统，可以调节低温等离子体处理速度(范围0～40m／min)，可与人造板生产过程中干燥设备和涂胶设备的速度相匹配，置于两台设备之间与这两道工序无间歇连接，易于实现工业化连续生产；3)结构设计合理，操作简便，可控性强，处理成本低：该装置进料系统配有压辊和导向板，进料压辊对木质薄板施加压力起到 整平作用和辅助输送作用，进料导向板用于确保木质薄板从两电极间隙的中心位置悬空顺利通过低温等离子体处理区域，使木质薄板的两个表面同时获得均匀一致的处理效果。该装置同时配备了电极内外两套冷却系统，可确保放电过程中，电极外覆盖的介质不会应长期处于高温下而变形，从而导致电极间产生的等离子体不均匀影响处理效果。此外，可根据处理试件的幅面尺寸及处理效果要求，灵活调整装置尺寸及处理工艺，且在常压空气中处理，处理成本低廉，效率高。 

附图说明

附图1是木质薄板常压冷等离子体连续处理装置的右视结构示意图。 

附图2是木质薄板常压冷等离子体连续处理装置的主视结构示意图。 

附图3是木质薄板常压冷等离子体连续处理装置的俯视结构示意图。 

附图4是木质薄板常压冷等离子体连续处理装置的左视结构示意图。 

附图5是木质薄板常压冷等离子体连续处理装置的立体结构示意图。 

图中的1是进料段设备框架、2是进料传输带张力调节器、3是木质薄板进料传输带、4是控制动力和电极放电的按钮、5是传输带进料限位装置、6是低温等离子体处理段设备框架、7是变频器、8是木质薄板进料压辊、9是进料导向板、10是差分激励双介质阻挡放电电极、11是差分激励电源、12是出料板、13是木质薄板出料压辊、14是电极外部冷却排臭氧装置、15是出料段设备框架、16是木质薄板出料传输带、17是传输带出料限位装置、18是出料传输带张力调节器、19是传输带动力驱动设备、20是涡旋风机、21是底脚。 

具体实施方式

对照附1-5，其结构是进料传输带张力调节器2、木质薄板进料传输带3、控制动力和电极放电的按钮4和传输带进料限位装置5安装在进料段设备框架1上，木质薄板进料压辊8和进料导向板9通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架6上；木质薄板出料传输带16、传输带出料限位装置17和出料传输带张力调节器18安装在出料段设备框架15上，木质薄板出料压辊13和出料板12，通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架6上，平行地固定在低温等离子体处理段设备框架6上的两个差分激励双介质阻挡放电电极10分别与差分激励电源11的输出端相连接，两电极间的最大放电间隙10mm，变频器7和传输带动力驱动设备19安装在低温等离子体处理段设备框架6上，可控制传输带速度以调节低温等离子体处理速度，处理速度调节范围0～40m／min；电极外部冷却排臭氧装置14和电极内部冷却装置组成处理区域冷却排臭氧系统固定在低温等离子体处理段设备框架6上，电极内部冷却装置是由涡旋风机20，气体输送管以及电极内置空心铜管连接而成，电极外 部冷却排臭氧装置14由分别置于上下两个介质阻挡放电电极上的金属罩、排气管和风机组成。 

进料传输带张力调节器2和出料传输带张力调节器18的结构是带有螺纹的拉杆，螺纹拉杆穿过传输带张力辊两端的轴承杆。 

传输带进料限位装置5和传输带出料限位装置17的结构是固定在传输带两侧的挡板构成。 

木质薄板进料压辊8的结构是由一对表面光滑的金属压辊和可以调节压辊压力的螺栓组成。 

进料导向板9由上下两块绝缘板组成，绝缘板端部加工倒角，通过横梁支撑固定在低温等离子体处理段设备框架6上，形成15度的开口，进料导向板9相对于电极10间隙的位置以及两块导向板之间的间距通过支撑横梁上的调节螺栓调节。 

差分激励双介质阻挡放电电极10由一对平行圆柱电极构成，该平行圆柱电极由空心铜管表面覆盖一层刚玉陶瓷介质构成，差分激励电源11是差分高压正弦波输出的电源，能输出两路大小相等，相位相反的电压，其两输出端分别与两个电极相连，在电极间隙间放电获得均匀的低温等离子体，木质薄板悬空通过电极间隙，两个表面同时进行低温等离子体处理，处理木质薄板的厚度范围为0.5～8mm，差分激励电源11的电源输出电压调节范围5KV～30KV，频率范围为10～30KHz。 

出料板12是一块绝缘板由横梁支撑固定在低温等离子体处理段设备框架6上，连接电极与出料传输带之间的间隙，用于支撑木质薄板，其位置通过支撑横梁上的调节螺栓调节。 

木质薄板出料压辊13的结构是一对带螺纹的金属压辊和可以调节压辊压力的螺栓组成，用于辅助传输带传输已经低温等离子体处理后的木质薄板离开处理区域。 

传输带动力驱动设备19的结构是由变频器7驱动变频电机构成，变频电机输出的动力经过变速器和传输链条驱动传输带。 

木质薄板常压低温等离子体连续处理装置的工作过程： 

由变频器驱动变频电机(可以调整处理速度)，变频电机输出的动力经过变速器和传输链条驱动传输带。由传输带将木质薄板输送到低温等离子体处理区域。开启差分激励电源11，电压达到空气放电电压时，在两电极间形成介质阻挡放电，产生低温等离子体。木质薄板在进料传输带3、进料压辊8和进料导向板9的作用下悬空从两电极间隙中连续通过进行低温等离子体处理，同时产生的臭氧和热能经集风金属罩和风机以及内部冷却装置排到室外。处 理完毕的木质薄板经出料板12，在带螺纹出料压辊13和出料传输带16的作用下运输出低温等离子体处理区域。 

传输带端头装有张力调节器，以防传输带偏行。进料压辊用于辅助传输带传输木质薄板通过低温等离子体处理区域，同时通过压辊的压力对木质薄板起到整平作用，使之能顺利通过处理区域并得到均匀处理。压辊端头安装的压力调节螺栓可用于调节压辊间的间距和压力。进料导向板由上下两块绝缘板组成，绝缘板端部加工倒角，通过横梁支撑固定在低温等离子体处理段设备框架上，形成15度的开口。进料导向板间的间隙由大逐渐变小，一方面是为了给木质薄板施加压力起到整平作用，另一方面是为了确保木质薄板能从两电极间隙的中心位置悬空顺利通过低温等离子体处理区域，使木质薄板的两个表面同时获得均匀一致的处理效果，同时防止被处理木质薄板与高温电极表面接触，而使表面炭化影响其表面特性，还可避免因长期接触被处理木质薄板，而使电极表面的介质磨损影响处理效果。进料导向板相对于两电极间隙的位置以及两块导向板之间的间距可以通过支撑横梁上的调节螺栓调节。动力驱动系统是由变频器驱动变频电机，变频电机输出的动力经过变速器和传输链条驱动传输带，并可调整传输带速度，从而达到调整处理速度的目的。处理速度的调节范围为0～40m／min。出料传输系统由出料板、一对带螺纹的压辊、出料传输带、出料限位装置和出料传输带张力调节器组成。出料板是一块绝缘板由横梁支撑固定在低温等离子体处理段设备框架上，连接电极与出料传输带之间的间隙，用于支撑木质薄板。出料压辊采用带螺纹的压辊是为了减小压辊和板材的接触面积，以免影响已处理完毕的木质薄板表面的处理效果。 

低温等离子体产生和处理是由差分激励电源和一对平行圆柱型差分激励双介质阻挡放电电极组成。差分激励电源是差分高压正弦波输出的电源，用于提供介质阻挡放电能量，使介质阻挡放电电极产生低温等离子体。放电电极由空心铜管表面覆盖一层刚玉陶瓷介质构成。差分激励电源输出端分别与两个电极相连接。两电极间的间隙为低温等离子体产生和处理区域，可容被处理木质薄板连续通过。当两电极间隙所加电压达到间隙间空气的放电电压时，空气放电产生低温等离子体。相比常用电源，差分激励电源的输出为差分输出，即输出两路大小相等，相位相反的电压，分别与两个高压电极相连接，使两个高压电极间的电压是电源输出的两路差分电压之和。相同条件下，在两个高压电极附近产生强烈的电晕放电之前，这两个电极之间的放电间隙最少可比采用常用电源时大一倍，即采用差分激励电源能在较大间隙范围内放电获得均匀的低温等离子体，使其能用于同时处理具有一定厚度材料的两个表面。该装置的放电间隙最大达10mm，处理木质薄板的厚度范围为0.5～8mm。电源的输出电压调节范围5KV～30KV，频率范围为10～30KHz。 

处理区域冷却排臭氧系统是由电极内部冷却装置和电极外部冷却排臭氧装置两部分组成。电极内部冷却装置由涡旋风机、气体输送管以及电极内置空心铜管组成。由涡旋风机产生高压高速气流，通过与放电电极内置铜管连接的气体输送管将气流源源不断地送入电极内部，并在铜管内部快速流动，把电极内部的热量及时带出，使得电极内部的温度在达到一定程度后能保持稳定，起到内部冷却的作用。电极外部冷却排臭氧装置由分别置于上下两个放电电极上的金属罩、排气管和风机组成。用风机向外抽风，即可以排除臭氧，同时对电极进行外部冷却。内外两套冷却装置可确保放电过程中，电极外覆盖的介质不会应长期处于高温下而变形，从而导致电极间产生的等离子体不均匀影响处理效果。 

Claims (9)

1.木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是进料传输带张力调节器、木质薄板进料传输带、控制动力和电极放电的按钮和传输带进料限位装置安装在进料段设备框架上，木质薄板进料压辊和进料导向板通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架上；木质薄板出料传输带、传输带出料限位装置和出料传输带张力调节器安装在出料段设备框架上，木质薄板出料压辊和出料板通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架上；平行地固定在低温等离子体处理段设备框架上的两个差分激励双介质阻挡放电电极分别与差分激励电源的输出端相连接，两电极间的最大放电间隙10mm，变频器和传输带动力驱动设备安装在低温等离子体处理段设备框架上，控制传输带速度以调节低温等离子体处理速度，处理速度调节范围0~40m/min；电极外部冷却排臭氧装置和电极内部冷却装置组成处理区域冷却排臭氧系统固定在低温等离子体处理段设备框架上，电极内部冷却装置是由涡旋风机、气体输送管以及电极内置空心铜管连接而成，电极外部冷却排臭氧装置由分别置于上下两个介质阻挡放电电极上的金属罩、排气管和风机组成。

2.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是木质薄板进料压辊的结构是由一对表面光滑的金属压辊和调节压辊压力的螺栓组成，用于辅助传输带传输木质薄板悬空通过低温等离子体处理区域。

3.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是进料导向板由上下两块绝缘板组成，绝缘板端部加工倒角，通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架上，形成15度的开口，进料导向板相对于电极间隙的位置以及两块导向板之间的间距通过支撑横梁上的调节螺栓调节。

4.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是木质薄板出料压辊的结构是由一对带螺纹的金属压辊和调节压辊压力的螺栓组成，用于辅助传输带传输已经低温等离子体处理后的木质薄板离开处理区域。

5.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是出料板由一块绝缘板通过支撑横梁固定在低温等离子体处理段设备框架上，出料板连接电极与出料传输带之间的间隙，用于支撑木质薄板，其位置通过支撑横梁上的调节螺栓调节。

6.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是差分激励双介质阻挡放电电极由一对平行圆柱电极构成，该平行圆柱电极由空心铜管表面覆盖一层刚玉陶瓷介质构成，差分激励电源的两输出端分别与两个电极相连，在电极间隙间放电获得均匀的低温等离子体，木质薄板悬空通过电极间隙，两个表面同时进行低温等离子体处理，处理木质薄板的厚度范围为0.5~8mm，差分激励电源的电源输出电压调节范围为5KV～30KV，频率范围为10～30KHz。

7.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是进料传输带张力调节器和出料传输带张力调节器的结构是带有螺纹的拉杆，螺纹拉杆穿过传输带张力辊两端的轴承杆。

8.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是传输带进料限位装置和传输带出料限位装置的结构是固定在传输带两侧的挡板构成。

9.根据权利要求1所述的木质薄板常压低温等离子体连续处理装置，其特征是传输带动力驱动设备的结构是由变频器驱动变频电机构成，变频电机输出的动力经过变速器和传输链条驱动传输带。

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