CN105734951B - 一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，包括一底座，底座上安装有下部电极支架，底座通过压紧装置连接有上部电极支架；上部电极支架上安装有与高压高频电源的高压电极连接的导电托辊，下部电极支架上安装有与高压高频电源的接地电极连接的从动辊轮或平板，导电托辊在压紧装置的作用下与从动辊轮或平板紧密接触，纤维织物在外力牵引作用下通过导电托辊和从动辊轮或平板之间；被压紧的导电托辊的两侧所构成的狭缝中会形成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐向外扩散，形成等离子体放电区，对经过的纤维织物进行改性处理。本发明降低了生产成本，简化了处理装置的结构，提高了生产效率。

Description

一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置

技术领域

本发明属于气体放电领域和高分子材料表面改性领域，主要涉及一种基于辉光放电等离子体的纤维织物表面处理装置。

背景技术

近年来，高分子材料因具有许多金属和无机材料无法取代的优点而得到了巨大发展。高分子材料按照物理形态主要分为橡胶、塑料和纤维。纤维按其来源又可分为天然纤维和合成纤维。天然纤维具有良好的吸湿性能和透气性能；而合成纤维则具有密度小、耐磨性好、耐腐蚀性高、电绝缘性好等显著优点。两种纤维各有优势，发展迅速，已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料，广泛应用于服装、建筑、医学、军事等领域。而在合成纤维的应用中，纤维织物又几乎是最重要的一种应用形式。然而，由于合成纤维特殊的大分子结构使其普遍具有结晶度高、取向度高等特点，从而导致其亲水性能、染色性能、粘结性能等均较差。而纤维织物作为合成纤维的重要应用形式，自然会存在相同的缺点。随着纤维织物产量的迅速增加，市场竞争越来越激烈，同时由于工业的发展和科学技术的不断进步，人们对纤维织物的需求范围越来越广，要求的性能也越来越高，常规纤维织物经济效益急剧下降，难以满足人们的需要。为改善纤维织物原有的缺点，提高其应用性能，必须对其表面进行改性处理。

目前，应用于纤维织物表面改性的方法主要有：化学改性、光改性、臭氧改性和等离子体表面改性。等离子体作为一种表面处理技术，与传统改性方法相比，具有清洁、高效、无污染等显著优点。等离子体中存在大量电子、离子、亚稳态粒子等高能粒子，它能根据需要在纤维织物表面引发接枝、交联、聚合等一系列反应，在不影响材料主体性质的基础上改善其表面性能。

应用于纤维织物表面处理的等离子体放电形式主要有电晕放电等离子体、低气压辉光放电等离子、常规介质阻挡间隙放电以及大气压辉光放电等离子体。其中，电晕放电等离子体放电极不均匀，放电功率低，导致对纤维织物的改性不够均匀，改性效果不佳；低气压辉光放电虽然放电均匀，对纤维织物改性效果良好，但是必须配备必要的真空设备，处理工序复杂，生产成本高，难以实现大规模工业化应用；常规介质阻挡放电虽然具有足够的能量且可以在大气压空气环境下对纤维织物进行连续处理，但放电不够均匀，容易产生细丝状的流注放电，从而引起放电处温度局部过高，导致被处理材料局部灼伤或穿孔；而大气压辉光放电则可以避免上述问题，放电均匀，功率适中，容易实现工业化应用，是进行材料表面处理的最佳放电形式。但是，在大气压空气条件下很难形成均匀稳定的辉光放电等离子体。

目前，存在一些对纤维织物进行等离子体表面处理的发明专利。其中，公开号为CN1932132A、名称为纺织品和无纺布等离子体表面处理装置的中国专利申请，公开了一种采用丝状放电对纤维织物进行表面处理的装置，该专利采用的放电形式是一般意义上的介质阻挡放电，高压电极和接地电极间存在空气间隙，放电电压偏高，放电成细丝状的流注放电；在处理过程方面，高压电极和低压电极均为静止状态，被处理材料从两种电极之间的放电间隙通过，实现改性处理；在处理效果方面，由于放电为不均匀的流注放电，造成对纤维织物处理不够均匀，且容易引起放电处温度局部过高，导致被处理材料局部灼伤或穿孔。该专利主要为了解决丝状放电不均匀的技术问题。

公开号CN203128919U、名称为纺织品表面处理机的中国实用新型专利，采用的结构域前述发明专利申请类似，也是采用丝状放电的形式对表面织物进行处理，CN02151228.0中国发明专利申请，也是采用类似的间隔开的电极产生丝状放电的形式对表面织物进行处理。

针对现有技术的缺陷，提出本发明。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一类凭借旋转接触式电极结构，可以在大气压空气条件下产生辉光放电等离子体并能对纤维织物表面进行大面积连续处理的装置。该装置无需真空和密封设备，放电电压低，放电均匀，并且拥有良好的改性效果。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，包括一底座，所述底座上安装有下部电极支架，底座通过压紧装置连接有上部电极支架；其中，上部电极支架上安装有与高压高频电源的高压电极连接的导电托辊，下部电极支架上安装有与高压高频电源的接地电极连接的从动辊轮或平板，导电托辊在压紧装置的作用下与从动辊轮或平板紧密接触，纤维织物在外力牵引作用下通过导电托辊和从动辊轮或平板之间；被压紧的导电托辊的两侧所构成的狭缝中会形成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐向外扩散，形成等离子体放电区，对经过的纤维织物进行改性处理。

所述上部电极支架上间隔设置有若干组导电托辊，导电托辊为包裹有绝缘热缩管的圆柱状金属电极，导电托辊通过引线与高压高频电源的高压电极连接。

所述的绝缘热缩管的绝缘材料介质为聚四氟乙烯。

所述压紧装置为压紧夹具或连接螺栓杆。

所述上部电极支架安装有轴承座，轴承座上安装有轴承，所述导电托辊通过导电轴安装在轴承上。

所述下部电极支架的下端设置有橡胶垫。

所述的导电托辊和从动辊轮或平板的两端尖角部分打磨成圆滑形状或在尖角部分增加额外的绝缘介质层，避免电极两端产生尖端放电。

所述的平板包裹有绝缘介质或平板表面覆盖有绝缘介质薄膜。

所述导电托辊和从动辊轮或平板设置在一空腔内，空腔设有进料口、出料口、汽化接枝单体进口和工作气体进口；汽化接枝单体和工作气体分别通过汽化接枝单体进口和工作气体进口进入并充满空腔；互相接触的导电托辊和从动辊轮或平板的间隙会构成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐扩散，形成等离子体放电区，对电极间的纤维织物进行表面处理；放电过程中，汽化接枝单体通过与经过等离子体活化处理的纤维表面接触，产生接枝共聚物，实现接枝改性。

其中，

本发明的纤维织物表面处理装置，导电托辊与从动辊轮的组合，为双电极组合，即每一个电极组合由一个高压电极配合一个接地电极组成。一个组合中的两个电极上下平行布置，并保持两电极相互压紧的状态。

还可以采用所述的三电极组合，即：每个电极组合由一个高压电极配合两个接地电极或两个高压电极配合一个接地电极组成。一个组合中的三个电极呈三角交错布置，电极间均保持平行，异极性电极保持相互压紧，而同极性电极则需要隔开一定距离。

高压电极和接地电极间可以采用等径电极组合，也可以采用不等径的电极组合。

前述的纤维织物表面处理装置，其中所述的高压电极和接地电极所用的金属材料可以是钢、铁、铜等具有较好的导电性且具有一定的机械强度的金属材料。

前述的纤维织物表面处理装置，其中所述的绝缘热缩管可以是聚四氟热缩管、PET热缩管、PE热缩管等具有热缩性质且具有较好绝缘性能的绝缘材料。

本发明的有益效果是：

本发明提出的一系列纤维织物处理装置均采用旋转接触式电极结构，通过接触式电极之间的纳米小间隙构成的强电场产生初始电子，进而形成大气压空气条件下的辉光放电。这种放电形式相较于传统的介质阻挡间隙放电，放电电压更低，处理更加均匀，避免了丝状放电对被处理物产生烧蚀的现象；相较于传统低气压辉光放电，省去了放电所需的真空设备，简化了处理装置的结构，降低了生产成本；通过采用旋转电极结构，实现了对纤维织物的连续改性处理，提高了生产效率。在对纤维织物进行处理的过程中，高压电极和接地电极时刻保持良好接触，并随被处理织物的传动而转动。这种旋转接触式电极结构与电极静止且存在间隙的布置形式存在区别。

本发明提出的接枝改性装置是在前述纤维织物处理装置的基础上，增添接枝设备制成的。该装置采用的等离子体接枝方法是气相法。纤维织物表面在经等离子体处理的同时，与空腔中的汽化接枝单体接触，产生接枝共聚物，实现接枝改性。相较于化学接枝、辐射接枝等传统接枝方法，等离子体接枝只作用于材料表面而不影响基体性能，且具有接枝工艺简单，反应环境温度低，处理均匀性好等优点，非常适合大规模工业化应用；相较于等离子体接枝的其它方法，等离子体接枝气相法可以实现等离子体活化和接枝单体接枝同步进行，接枝工艺更加简单，在满足接枝率要求的前提下，可以大大提高生产效率。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明实施例1的总体结构图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中导电托辊结构的示意图；

图4为图1中导电托辊与从动辊轮的组合的结构和放电简图；

图4A为图4中I部局部放大图；

图5为本发明实施例1设置有雾化接枝处理的结构示意图；

图6为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

图1为本发明实施例1的总体结构图；图2为图1的侧视图；图3为图1中导电托辊结构的示意图；图4为图1中导电托辊与从动辊轮的组合结构简图；如图1、图2、图3以及图4所示，本发明的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，包括一底座1，所述底座1上安装有下部电极支架2，底座1通过压紧装置3连接有上部电极支架4；上部电极支架上4上间隔设置有若干组导电托辊5，导电托辊5为包裹有绝缘热缩管7的圆柱状金属电极，导电托辊5通过引线与高压高频电源6的高压电极连接，所述的绝缘热缩管7的绝缘材料介质为聚四氟乙烯。绝缘热缩管7会抑制二次电子的发射，是实现大气压辉光放电的重要因素。

下部电极支架2上安装有与高压高频电源6的接地电极连接的从动辊轮8，导电托辊5在压紧装置3的作用下与从动辊轮8紧密接触，纤维织物9在外力牵引作用下通过导电托辊5和从动辊轮8之间；被压紧的导电托辊5的两侧所构成的狭缝中会形成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐向外扩散，形成等离子体放电区a1（图4A中示出），对经过的纤维织物进行改性处理。

其中，压紧装置3可以采用压紧夹具或连接螺栓杆，本发明采用连接螺栓杆的形式。

上部电极支架4安装有轴承座10，轴承座10可用于对上部电极支架4进行局部调节，轴承座10上安装有轴承11，所述导电托辊5通过导电轴12安装在轴承11上。

下部电极支架2的下端设置有橡胶垫13，用于实现纤维织物两侧电极的软接触。

导电托辊5和从动辊轮8的两端尖角部分打磨成圆滑形状14，或在尖角部分增加额外的绝缘介质层，避免电极两端产生尖端放电。

如图5所示，导电托辊5和从动辊轮8设置在一空腔15内，空腔15设有进料口16、出料口17、汽化接枝单体进口18和工作气体进口19；汽化接枝单体和工作气体分别通过汽化接枝单体进口18和工作气体进口19进入并充满空腔；互相接触的导电托辊5和从动辊轮8的间隙会构成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐扩散，形成等离子体放电区，对电极间的纤维织物9进行表面处理；放电过程中，汽化接枝单体通过与经过等离子体活化处理的纤维表面接触，产生接枝共聚物，实现接枝改性。

实施例2：

如图6所示，在其余结构与实施例1相同的基础上，将所述的从动辊轮8采用包裹有绝缘介质或表面覆盖有绝缘介质薄膜的平板20代替。

在该装置工作过程中，待处理的纤维织物9被夹于导电托辊5和平板电极20之间，并被静止平放在平板电极20上，而导电托辊5则在纤维织物9上面滚动。与此同时，通过在上部电极支架4上施加外力来保持导电托辊5、纤维织物9和平板电极20之间相互压紧。高压高频电源6将220V的交流电转换成符合要求的高频高压电并通过导线接于导电轴12和平板电极20上。此时，在导电托辊5和平板电极20所构成的狭缝中会形成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐向外扩散，形成等离子体放电区，对经过的纤维织物9进行改性处理。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，包括一底座，其特征在于，所述底座上安装有下部电极支架，底座通过压紧装置连接有上部电极支架；其中，上部电极支架上安装有与高压高频电源的高压电极连接的导电托辊，下部电极支架上安装有与高压高频电源的接地电极连接的从动辊轮或平板，导电托辊在压紧装置的作用下与从动辊轮或平板紧密接触，纤维织物在外力牵引作用下通过导电托辊和从动辊轮或平板之间；被压紧的导电托辊的两侧所构成的狭缝中会形成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐向外扩散，形成等离子体放电区，对经过的纤维织物进行改性处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述上部电极支架上间隔设置有若干组导电托辊，导电托辊为包裹有绝缘热缩管的圆柱状金属电极，导电托辊通过引线与高压高频电源的高压电极连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述的绝缘热缩管的绝缘材料为聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述压紧装置为压紧夹具或连接螺栓杆。

5.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述上部电极支架安装有轴承座，轴承座上安装有轴承，所述导电托辊通过导电轴安装在轴承上。

6.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述下部电极支架的下端设置有橡胶垫。

7.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述的导电托辊和从动辊轮或平板的两端尖角部分打磨成圆滑形状或在尖角部分增加额外的绝缘介质层，避免电极端部产生放电。

8.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述的平板包裹有绝缘介质或平板表面覆盖有绝缘介质薄膜。

9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的一种基于辉光放电的纤维织物表面处理装置，其特征在于，所述导电托辊和从动辊轮或平板设置在一空腔内，空腔设有进料口、出料口、汽化接枝单体进口和工作气体进口；汽化接枝单体和工作气体分别通过汽化接枝单体进口和工作气体进口进入并充满空腔；互相接触的导电托辊和从动辊轮或平板的间隙会构成强电场区域，率先产生辉光放电等离子体，并逐渐扩散，形成等离子体放电区，对电极间的纤维织物进行表面处理；放电过程中，汽化接枝单体通过与经过等离子体活化处理的纤维表面接触，产生接枝共聚物，实现接枝改性。