CN104822871A - 纤维基质处理方法以及用于实施该方法的机器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种处理纤维基质的方法，它包括以下步骤：沿供给通路供给基质(100)；纵向拉伸基质(100)以便减小基质(100)的厚度至小于1mm的值；以及然后在布置于供给通路上的处理站(T)处在大气压力下通过等离子体来处理基质(100)。

Description

纤维基质处理方法以及用于实施该方法的机器

技术领域

本发明涉及一种纤维基质处理方法和机器，特别是用于通过大气等离子体来处理连续基质。本发明提出上述方法来应用于由任意类型的纤维制造的连续基质：天然的，例如棉、羊毛、粗梳或精梳的纤维胶，或者成半处理形式的其它天然纤维；或者由合成纤维或者合成纤维和自然纤维的混合物来制造的基质。

背景技术

用于在大气压力下通过等离子体来进行处理使用的技术例如由专利申请WO2011/095930已知，并包括通过在大气压力下的等离子体来处理连续的可透过基质(由天然或合成纤维或织物来制造，或者由聚合物薄膜来制造)，该等离子体通过在控制大气中(特别是在空气中)放电而获得。该技术已经证明特别有效，因为发现这样处理基质将提高它的商业价值，降低制造成本和提高随后处理(例如精加工、染色等)的性能质量。

特别是，与广泛使用的真空等离子体处理设备相比，通过在大气压力下的等离子体(或大气等离子体)来操作的设备更简单和更经济(对于构造和运行)。

实际上，在真空等离子体设备中，必须提供昂贵的真空腔室，在真空腔室中布置要通过等离子体来处理的材料、产生真空和送入处理气体。而且，因为要处理的织物必须送入和送出不同的真空腔室，因此织物处理方法不能是连续方法，这又意味着设备的生产率大大降低。

而且，使用的处理气体确实昂贵。

大气等离子体设备有利地克服了这些昂贵设备结构和运行复杂的问题，而且，允许大气用作处理气体，但并不是它们自身没有缺点。

使用在大气压力下在空气中的等离子体，放电并不像在真空中的等离子体那样均匀，而是产生不希望的丝。这种特征(限于存在氧气的大气等离子体)构成如后面所述的问题，本发明将克服该问题。

在本说明书中，措辞在大气压力下的等离子体也意味着使用空气作为处理气体。

根据上述专利申请，基质供给至两组辊之间，这两组辊相互适当地偏离，这样，能够横过连续辊产生放电，且放电能够经过构成基质的材料。

特别是，如上所述，应当知道，在大气压力下当存在氧气时，横过两个辊(这两个辊合适间隔开，以便确定间隙，基质在该间隙中运动)的放电并不均匀横过该间隙，而是相反，具有：端部部分，该端部部分的特征在于“更发散”的放电；以及中心部分，在该中心部分处，放电为“丝状”。换句话说，在辊的表面附近，放电以更发散的方式分布在空间区域上，从而能够良好地处理基质。不过，在中心区域中，在大气压力下在空气中的放电的丝状结构过度集中，因此对于构成基质的材料有非常大的侵蚀性。这意味着基质具有较高的烧焦和因此受到不可修复的损坏的危险，且在任何情况下，由于基质处理的不均匀性，总是有端部质量低于预期的危险。

除了这个问题，还应当知道，防止烧焦危险要求较高的工作气体(空气)流，这意味着必须采用抽吸和/或通气系统，该抽吸和/或通气系统除了笨重，还增加了设备的复杂性和成本。

在这种情况，显然需要一种大气等离子体处理方法和用于执行该方法的机器，它们克服了上述缺点。在处理由非常大体积和因此具有更高烧焦危险的材料来制造的纤维基质的情况下，优化处理的需要甚至更急迫。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够保证高质量的最终结果的纤维基质处理方法和机器。

本发明的目的还是提供一种纤维基质处理方法，该纤维基质处理方法能够由结构简单和相对便宜的机器来实施。

该目的通过特征如附加权利要求中所述的纤维基质处理方法和机器来充分实现。

附图说明

参考上述目的，本发明的技术特征在附加权利要求中清楚介绍，且它的优点由下面参考附图的详细说明可知，附图表示了本发明的优选非限定示例实施例，且附图中：

图1示意表示了根据本发明的纤维基质处理机器；

图2表示了图1的机器的放大详图；

图3表示了图2的部分细节的放大图。

具体实施方式

在附图中，参考标号1整体表示根据本发明的纤维基质处理机器。

机器1包括用于基质100的供给装置2，该供给装置2设置成使得基质100沿供给方向“A”沿供给通路运动。

供给装置包括至少第一对辊2a、2b，该第一对辊2a、2b与基质100的相应相对面接触。具体地说，两个辊2a、2b反向旋转和以相同速度旋转，以便在基质100的两个面上施加相等的拉动作用。

在第一对辊2a、2b的下游有第二对辊3a、3b，该第二对辊3a、3b也反向旋转和与基质100的相对面接触。优选是，第二对辊3a、3b也以相同速度旋转，以便在基质100的两个面上施加相等的拉动作用。

优选是，辊2a、2b；3a、3b是圆柱形形状。

优选是，第二对辊3a、3b的旋转速度大于第一对辊2a、2b的旋转速度，因此纵向拉伸基质100(也就是说，沿基质100的供给通路)，以便减小基质100的厚度。

因此，两对辊2a、2b；3a、3b确定了用于拉伸基质100的装置，并布置在用于基质100的预处理的站“P”中。

在图1的实施例中，辊2a、2b；3a、3b为相同直径。不过，更通常是，因为辊2a、2b；3a、3b可以是不同直径，因此在基质100上的拉伸作用可以由第二对辊3a、3b的更高切向速度(与第一对辊2a、2b的切向速度相比)来提供。

沿基质100的供给通路在预处理站“P”的下游有设置成在大气压力下通过等离子体来处理基质100的处理站“T”。

根据在大气压力下通过离子化气体和/或等离子体来处理的基本操作原理，处理站“T”包括至少两个电极，该至少两个电极面对基质100的相应相对面，且电势差横过这些电极来施加，以便产生放电，该放电使得处理区域周围的工作气体(通常为空气)离子化，从而在基质100附近在大气压力下产生等离子体。

优选是，电极由至少一对辊5a、6a来确定，该辊5a、6a的相应旋转轴线相互平行，且它们横过(优选是垂直)基质100的供给通路安装。两个辊5a、6a安装在基质100的相对侧，以使得辊5a、6a的外表面与基质100的相对面接触。

上述电势差横过两个辊5a、6a来施加，这样，横过辊5a、6a产生的放电经过构成基质100的材料。

优选是，处理站“T”的辊5a、6a的圆柱形外表面覆盖有电介质材料的涂层，优选是硅酮，以便产生电介质阻挡放电(DBD)类型的放电。

在处理站“T”处，空气流(如在上述专利WO2011/095930中)横过在辊5a、6a之间的间隙，并推开放电产品，从而降低了烧焦基质的可能性。

在图1所示的优选实施例中，机器1包括第一组5的辊5a和第二组6的辊6a，各组5、6作用在基质100的相应面上，以便在沿基质100的供给通路接连布置的多个放电区域处在大气压力下产生等离子体。

两组5、6纵向偏离，以使得由辊5a、6a确定的供给通路沿着波动线路，从而基质100叠加在辊5a、6a的圆柱形外表面的一部分上，特别是圆柱形表面的区段上(如图2中所示)。

第一组5的各辊5a与第二组6的相应辊6a操作(和电)相互连接，以便确定多对辊，该多对辊确定了基质100的相应处理区域。

在该结构中，前述组5、6的辊5a、6a构成用于在处理站“T”内引导基质100的装置。

优选是，组5、6的各对辊中的辊5a、6a相互间隔开，以便确定在0.3mm和3.0mm之间的最小厚度“s3”间隙，该间隙优选在0.4mm和0.8mm之间。

在优选实施例中，组5、6的辊5a、6a并不使得基质100进一步纵向拉伸，而是辊5a、6a最多有助于使得基质100保持在与由拉伸装置给予基质100的拉伸相同的拉伸状态中。换句话说，组5、6的辊5a、6a可以由合适的驱动马达(未示出)来驱动，该驱动马达使得各辊5a、6a以与组5、6的所有其它辊5a、6a相同的切向速度来旋转。这样，在处理站“T”中，基质100并不经受任何进一步纵向拉伸，且基质100并不进一步减小厚度。

在图1的实施例中，各组5、6包括6个辊5a、6a，因此确定了相同数目的处理区域。不过，对于各组5a、6a，可以有任意数目的辊，而并不脱离本发明概念的范围。沿供给通路“A”可以有两个或更多组5、6。下面介绍纤维基质处理方法，该纤维基质处理方法能够通过上述机器1来实施。

在使用时，使得基质100沿供给通路运动，优选是，在处理区域“T”中在大气压力下通过离子化气体和/或等离子体处理之前，基质100减小厚度，直到基质100达到预定厚度。

优选是，基质100减小厚度，直到它有在0.05mm和1mm之间、优选在0.1mm和0.5mm之间的最终厚度“s2”。优选是，由于后面介绍的原因，在预制备站“P”中获得的该最终基质厚度“s2”小于在处理站“T”中在辊5、6之间的间隙的设置厚度“s3”。

在优选实施例中，基质100的厚度减小通过沿供给通路纵向拉伸基质100来实现，特别是在预处理站“P”。

在预处理站“P”中，基质100优选是进行纵向拉伸，该纵向拉伸的特征是在1.5和10之间的最终拉伸系数。该拉伸系数计算为在离开预处理站“P”的一件基质100的长度和同一基质100在它进入预处理站“P”之前的长度之间的比率。也可选择，拉伸系数能够计算为在第二对辊3a、3b的切向速度和第一对辊2a、2b的切向速度之间的比率。

不过，应当知道，在处理站“T”上游的基质100厚度减小(这构成本发明的创造性方面)也可以以与所述方式不同的方式来进行。例如，厚度可以通过使得基质100在两个反向旋转辊之间通过而减小，这两个反向旋转辊确定在它们之间的距离，该距离的最小厚度等于要给予基质100的最终值，或者甚至更小(当允许构成基质100的材料可能弹性返回时)。在它的厚度已经减小后，基质100在大气压力下通过等离子体来处理，这通过在两个相对组5、6的辊5a、6a之间供给基质来实现，该组纵向偏离，以使得由辊5a、6a确定的供给通路沿着波动路线。

第一组5的各辊5a与另一组6的相应辊6a操作连接，以便确定相应处理区域，横过两个辊5a、6a产生的放电在该处理区域中通过。在该处理区域中，使用的工作气体(该工作气体通过放电而离子化)优选是空气。不过，工作气体也可以是主气体和任意其它适用于基质100的大气等离子体处理的特殊气体的混合物，例如反应气体(氮气、二氧化碳或者不同前冲气体)或惰性气体(氦气、氩气等)或者它们的混合物。

优选是，如上所述，组5、6的辊5a、6a并不使得基质100进一步纵向拉伸，而是辊5a、6a最多有助于使得基质100保持在与由拉伸装置给予基质100的拉伸相同的拉伸状态中，具有基本恒定厚度。

图3表示了在相同辊5a、6a上的三个不同点处横过形成组5、6的一部分的两个成对辊5a、6a的放电的结构。可以知道，在大气压力下的放电具有：端部部分“R1”，在该端部部分“R1”中，它的结构更发散；以及中心部分“R2”，在该中心部分“R2”中，结构更成丝状。

优选是，由于在辊5a、6a之间的间隙的减小厚度值，横过间隙和因此运行经过具有更加丝状结构的中心部分“R2”的基质100(倾斜)部分的长度减小。

而且，除了基质100的、横过具有更加丝状结构的中心部分“R2”的减小区域，用于处理的空气流还集中在辊5a、6a之间的间隙中，以便进一步降低放电在基质100的纤维上产生烧焦的可能性。

简单地说，通过间隙“s3”的特殊减小值以及基质100的、小于在辊5、6之间的间隙s3的厚度“s2”，丝状部分在基质100的纤维上引起烧焦的可能性更小。换句话说，通过减小的游隙厚度以及通过基质100的减小厚度“s2”(小于间隙“s3”)，对于它在辊5、6之间经过的大部分时间中，能够使得基质100保持邻近处理站“T”的辊5、6的表面，在该处，放电有更发散的结构，而在通路的更中心区域中，丝状放电经过变薄的基质，而不会引起烧焦。这样的优点可以通过如本发明中的偏离辊组结构而特别准确地知道，这使得供给通路沿着波动路线，从而基质撞上辊的圆柱形外表面的一部分。

优选是，根据本发明的方法使用空气作为要离子化的工作流体，因此能够认为是通过大气等离子体来处理的方法。

更详细地说，大气等离子体是气体(空气)在大气压力下的特殊状态，并当向它施加放电时产生。在等离子体状态中的气体(空气)的特征首先是有大量自由基(氧气、氮气、OH基等)，这些自由基攻击基质表面，并产生化学(基质的活化)和物理(在纳米水平转变形态)类型的表面变化。

示例实施例

通过使用大气等离子体的机器来处理的、成直线的粗梳棉纤维的织物

粗梳棉纤维的织物100在预制备站T中变薄，在该预制备站T中使用的拉伸系数是4(拉伸比率为1:4)。处理站T包括两个连续区域，各区域有两个相对的组5、6，各组有8个电极辊5a、6a，各区域产生横过电极辊的8个放电。沿机器方向由大气等离子体影响的区域的总长度为大约17cm，施加给纤维的特殊等离子体功率为大约12J/cm²。在电极辊之间的间隙设置为0.75mm的厚度值s3。使用的工作气体是具有RH 45％湿度的空气，并设置为100m³/h的总流速(通过两个处理区域)。

在这种大气等离子体机器中处理的织物并不表现出烧焦的迹象或者在棉纤维上的其它缺陷。

然后，处理后的纤维长条返回至它在处理之前的厚度，以便估计由于处理而获得的、它的特性的变化。

在处理之前，织物的断裂强度为0.7±0.1N。在处理后，织物的断裂强度为2.5±0.4N。

还注意到对水的亲和力增加。在处理之前，织物的水浸渍时间为无限长。在处理后，水浸渍时间为12秒。

本发明实现预设目的，并克服了现有技术的缺点。

使得基质的厚度减小至极小值(例如这里所述的值)能够主要通过具有更加发散结构的放电部分来处理基质，因此明显减少通常与放电的丝状部分相互作用的烧焦，因此不会损坏材料。而且，通过减小材料的厚度，减少基质与放电的丝状部分的相互作用将使得处理更高效，因为它降低了能量耗散和处理的不均匀性，因此与现有技术系统相比能够使用更低功率，这又意味着具有更加发散结构的放电部分也有对基质的更小侵蚀作用。通过使得在处理站的辊之间的间隙设置成更小但总是大于要处理的基质的厚度，将减少在基质外部的放电能量耗散，因此能够节省能量。以这里所述的方式来处理纤维基质将更有能量效率，这又导致最终织物的处理纤维“手”(通常称为最终织物的“把手”)的触觉特性有更小变化。因此明显提高了最终产品的质量。而且，只需要最少量的通气来除去通过在空气中的放电而产生的臭氧，因此不再需要强力抽吸系统。

而且，在减小基质厚度的可能方式中，纵向拉伸特别有利，因为它已经广泛用于在纺织业中处理织物的多种方法中。

Claims (13)

1.一种纤维基质处理方法，包括以下步骤：

沿供给通路供给基质(100)；

在布置于供给通路上的处理站(T)处在大气压力下通过等离子体来处理基质(100)；

其特征在于所述方法包括以下步骤：沿供给通路在大气压力下通过等离子体来处理之前减小基质(100)的厚度，直到基质(100)达到预定厚度(s2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：执行减小基质(100)的厚度的步骤，直到基质(100)具有在0.05mm和1mm之间的最终厚度，优选是具有在0.1mm和0.5mm之间的最终厚度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：通过沿供给通路纵向拉伸基质(100)来实现减小基质(100)的厚度的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：执行纵向拉伸基质(100)的步骤，直到在1.5和10之间的最终拉伸系数应用于所述基质(100)。

5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中：在大气压力下通过离子化气体和/或等离子体来处理基质(100)的步骤通过在相对的两组(5、6)的辊(5a、6a)之间供给基质(100)而实现，所述组纵向偏离，从而使得由辊(5a、6a)确定的供给通路沿着波动路线，其中一组(5)的各辊(5a)与另一组(6)的相应辊(6a)操作相连，以便确定相应处理区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：确定相应处理区域的各对辊(5a、6a)设置成在两个辊(5a、6a)之间形成间隙，基质(100)通过所述间隙供给，且执行减小基质(100)的厚度的步骤，直到基质(100)减小至小于辊(5a、6a)之间的间隙的最小厚度(s3)的最终厚度(s2)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中：在大气压力下通过离子化气体和/或等离子体来处理基质(100)的步骤通过使得基质(100)在处理站(T)内沿供给通路保持恒定厚度的结构而实现。

8.根据从属于权利要求3的权利要求5所述的方法，其中：在大气压力下通过等离子体来处理基质(100)的步骤在并不使得基质(100)进一步纵向拉伸的情况下来实现。

9.一种纤维基质处理机器，包括：

用于沿供给通路供给基质(100)的装置；

处理站(T)，所述处理站布置在供给通路上，并设计成用于在大气压力下通过等离子体来处理基质(100)；

其特征在于：所述机器包括预制备站(P)，所述预制备站布置在位于供给通路上的处理站(T)的上游，并设置成使得基质(100)的厚度减小至预定厚度。

10.根据权利要求9所述的机器，其中：预制备站(P)包括拉伸装置(2a、2b；3a、3b)，所述拉伸装置设置成沿供给通路纵向拉伸基质(100)。

11.根据权利要求10所述的机器，其中：拉伸装置(2a、2b；3a、3b)包括沿供给通路接连布置的至少两对辊(2a、2b；3a、3b)，第一对辊(2a、2b)布置在第二对辊(3a、3b)的上游，所述第一对辊的切向速度小于第二对辊(3a、3b)的切向速度。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的机器，其中：处理站(T)包括相对的两组(5、6)的辊(5a、6a)，所述组纵向偏离，从而使得由辊(5a、6a)确定的供给通路沿着波动路线，且其中一组(5)的辊(5a)与另一组(6)的辊(6a)成对地相互连接，以便确定相应处理区域。

13.根据权利要求12所述的机器，其中：各对辊中的辊(5a、6a)相互间隔开，以便确定具有在0.3mm和3.0mm之间、优选是在0.4mm和0.8mm之间的最小宽度(s3)的间隙。