CN109121277A - 一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法 - Google Patents
一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109121277A CN109121277A CN201810964726.5A CN201810964726A CN109121277A CN 109121277 A CN109121277 A CN 109121277A CN 201810964726 A CN201810964726 A CN 201810964726A CN 109121277 A CN109121277 A CN 109121277A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rubber
- dielectric barrier
- barrier discharge
- discharge system
- lower electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
Abstract
本发明涉及一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法,该系统包括等离子体反应器、上电极、下电极和阻挡介质,等离子体反应器的正极与上电极相连接,该等离子体反应器的负极与下电极相连接并接地,上电极和下电极平行设置,所述阻挡介质安装在上电极底部,在阻挡介质和下电极之间放入待处理的橡胶材料;该方法包括将橡胶材料制成橡胶薄片;将橡胶薄片放入介质阻挡放电系统的上电极和下电极之间进行放电等离子体处理,从而得到表面亲水性能改善后的橡胶材料。本发明将气体放电等离子体技术应用于橡胶的表面改性中,使得橡胶材料的亲水性得到了显著提高,能够满足更多生活、工业领域的要求,扩大应用范围和推广前景。
Description
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域,尤其是一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法。
背景技术
橡胶在室温下具有高弹性、绝缘性、不透水和空气的性质,其作为一种重要的战略性物资,广泛应用于国民经济、高新技术和国防军工等领域。虽然橡胶制品具有优良的机械性能和绝缘性能,但其表面不含活性基团、亲水性能差的特点在一定程度上制约了橡胶产品的应用范围。为使橡胶制品适应特定的用途或赋予其特殊的性质,需要对其表面做改性处理。例如,为了保证隐身潜艇中橡胶与潜艇钢板能通过粘合剂实现牢靠粘合,有必要提高橡胶的表面极性。
由于等离子体技术具有常温工作、状态稳定、处理均匀和无污染等优点,因此,通过等离子体技术处理聚合物材料可以引起材料表面的交联,并能引入极性基团实现对试样表面改性的效果。目前,已有通过等离子体改性处理聚丙烯、聚乙烯或有机玻璃的相关研究,但是,未发现有通过气体放电产生等离子体技术改善橡胶表面亲水性能的相关文献,因此,如何通过气体放电产生等离子体技术改善橡胶表面亲水性能是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法,能够有效地提高橡胶表面亲水性能。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,包括等离子体反应器、上电极、下电极和阻挡介质,所述等离子体反应器的正极与上电极相连接,该等离子体反应器的负极与下电极相连接并接地,上电极和下电极平行设置,所述阻挡介质安装在上电极底部,在阻挡介质和下电极之间放入待处理的橡胶材料。
所述等离子体反应器由脉冲电源和脉冲发生器连接构成,所述脉冲电源由脉冲发生器产生的脉冲信号触发。
所述脉冲电源采用微秒脉冲电源。
所述上电极和下电极均采用板状铜电极。
所述上电极和下电极采用特氟龙支架固定。
所述阻挡介质采用B270玻璃。
一种利用介质阻挡放电系统改善橡胶表面亲水性能的方法,包括以下步骤:
步骤1、将橡胶材料制成橡胶薄片;
步骤2、将橡胶薄片放入介质阻挡放电系统的上电极和下电极之间进行放电等离子体处理,从而得到表面亲水性能改善后的橡胶材料。
所述步骤1还包括对橡胶薄片的预处理过程,该预处理过程包括:首先橡胶薄片依次经过酒精、丙酮和去离子水清洗,然后放入超声波仪器中清洗,最后将清洗过的橡胶薄片放入真空干燥箱中进行表面干燥处理。
所述步骤2是在标准大气压、室温环境进行。
本发明的优点和积极效果是:
1、本系统通过等离子体反应器放电并产生高电离度、高活性的离子轰击橡胶材料表面,可以破坏原有的化学键,引入新的极性基团,从而提高了橡胶材料表面极性,改善了橡胶材料表面的亲水性。
2、本方法将气体放电等离子体技术应用于橡胶的表面改性中,使得橡胶材料的亲水性得到了显著提高,增强了橡胶制品在生物医学、环境保护和先进材料合成等领域的适应性,具有更高亲水性的橡胶能够满足更多生活、工业领域的要求,扩大应用范围和推广前景。
3、本方法采用的基于气体放电等离子体技术可以在常温常压下工作,在具备状态稳定、无污染等优点的同时适合流水化作业,便于其大规模应用。
附图说明
图1为本发明的系统连接示意图;
图2为本发明的试验系统连接示意图;
图3是本发明处理后的试样接触角和处理时间关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统(dielectric barrierdischarge,DBD),如图1所示,包括等离子体反应器3、上电极1、下电极4和阻挡介质2,所述等离子体反应器的正极与上电极相连接,该等离子体反应器的负极与下电极相连接并接地,两个电极采用板状铜电极,两个电极采用特氟龙支架固定并且平行设置,所述阻挡介质安装在上电极底部。在本实施例中,上下两电极大小尺寸均为30mm×60mm,电极间的放电间隙d为2.6mm;阻挡介质采用B270玻璃,其透光率高且不导电,介质层的厚度D为1.4mm。本系统能够在大气压下对橡胶材料表面做放电等离子体处理,其应用环境为标准大气压、室温环境。
在本实施例中,等离子体反应器由脉冲电源和脉冲发生器连接构成,如图2所示,所述脉冲电源采用微秒脉冲电源,脉冲上升时间约0.5μs,脉宽1μs,重复频率0~5Hz;脉冲电源由脉冲发生器产生的脉冲信号触发,通过脉冲发生器控制脉冲电源输出电压的幅值和频率,触发信号选用光触发。
本系统在处理过程中,将橡胶材料(例如高温硫化硅橡胶)放入两电极之间,从而对橡胶材料表面做放电等离子体处理,得到表面亲水性能得到改善侧橡胶材料。
一种改善橡胶表面亲水性能的方法,包括以下步骤:
步骤1、将橡胶材料制成橡胶薄片,并进行预处理。
在本实施例中,橡胶材料采用高温硫化(HTV)硅橡胶,呈圆片状,厚度500μm左右,直径60mm。为避免其他因素对处理结果产生影响,对橡胶薄片进行预处理:依次经过酒精、丙酮和去离子水,然后放入超声波仪器中清洗,最后将洗过的材料放入真空干燥箱中作表面干燥处理。
步骤2、将橡胶薄片放入介质阻挡放电系统的上电极和下电极之间进行放电等离子体处理,从而得到表面亲水性能改善后的橡胶材料。
在本步骤中,在标准大气压、室温环境进行,处理时间可根据不同厚度的材料设定,在本实施例中,处理时间为5分钟。
为了验证本发明的效果,进行如下实验:
如图2所示,为了计算放电能量,得到大气压空气DBD的放电特性,需测量等离子体反应器的输出电压和放电电流波形。放电电压由Trek P6015A型高压探头测量,衰减比1000,测量范围0~40kV,该高压探头测量可以实时监测等离子体反应器两端电压;输出电流由Pearson线圈(带宽100Hz~500MHz)测量,输出变量0.5V/A。Trek P6015A型高压探头和Pearson线圈的测量数据均输出到示波器中,示波器主要用来记录放电电压和放电电流波形。同时,通过在低压端串入无感电容,可以得到计算放电能量的电压-电荷李萨如图形,从而计算单位时间内单位面积平均放电功率。
采用上述介质阻挡放电系统对橡胶样品进行等离子体处理后,为验证处理效果,通过接触角测量仪器测量处理前后橡胶样品水接触角的变化。图3给出了通过气体放电产生等离子体来改善橡胶表面的亲水性的实验装置和改性结果,结果显示处理后的材料表面水接触角明显减小,5min之内由接触角100°降到40°,最后稳定在23°。材料呈现极好的亲水性,证明了通过气体放电产生等离子体,来改善橡胶表面亲水性的方法是有效的。
需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,其特征在于:包括等离子体反应器、上电极、下电极和阻挡介质,所述等离子体反应器的正极与上电极相连接,该等离子体反应器的负极与下电极相连接并接地,上电极和下电极平行设置,所述阻挡介质安装在上电极底部,在阻挡介质和下电极之间放入待处理的橡胶材料。
2.根据权利要求1所述的一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,其特征在于:所述等离子体反应器由脉冲电源和脉冲发生器连接构成,所述脉冲电源由脉冲发生器产生的脉冲信号触发。
3.根据权利要求2所述的一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,其特征在于:所述脉冲电源采用微秒脉冲电源。
4.根据权利要求1所述的一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,其特征在于:所述上电极和下电极均采用板状铜电极。
5.根据权利要求1或4所述的一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,其特征在于:所述上电极和下电极采用特氟龙支架固定。
6.根据权利要求1所述的一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统,其特征在于:所述阻挡介质采用B270玻璃。
7.一种利用如权利要求1至6任一项所述介质阻挡放电系统改善橡胶表面亲水性能的方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1、将橡胶材料制成橡胶薄片;
步骤2、将橡胶薄片放入介质阻挡放电系统的上电极和下电极之间进行放电等离子体处理,从而得到表面亲水性能改善后的橡胶材料。
8.根据权利要求7所述的一种利用介质阻挡放电系统改善橡胶表面亲水性能的方法,其特征在于:所述步骤1还包括对橡胶薄片的预处理过程,该预处理过程包括:首先橡胶薄片依次经过酒精、丙酮和去离子水清洗,然后放入超声波仪器中清洗,最后将清洗过的橡胶薄片放入真空干燥箱中进行表面干燥处理。
9.根据权利要求7所述的一种利用介质阻挡放电系统改善橡胶表面亲水性能的方法,其特征在于:所述步骤2是在标准大气压、室温环境进行。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810964726.5A CN109121277A (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810964726.5A CN109121277A (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109121277A true CN109121277A (zh) | 2019-01-01 |
Family
ID=64860742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810964726.5A Pending CN109121277A (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109121277A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111988903A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-11-24 | 大连理工大学 | 一种气相填充床放电等离子体产生装置 |
CN114976059A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-30 | 华中科技大学 | 平行板式介质阻挡放电等离子体改性液流电池用电极方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0788870A2 (en) * | 1996-02-08 | 1997-08-13 | Bridgestone Corporation | Process for surface treatment of vulcanized rubber and process for production of rubber-based composite material |
CN101142022A (zh) * | 2005-07-15 | 2008-03-12 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | 光催化材料生产方法和光催化材料生产设备 |
CN101955593A (zh) * | 2010-05-11 | 2011-01-26 | 四川大学 | 一种改善废旧橡胶粉表面亲水性的方法 |
CN101990354A (zh) * | 2010-11-22 | 2011-03-23 | 大连理工大学 | 介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法 |
CN203850077U (zh) * | 2014-05-15 | 2014-09-24 | 国家电网公司 | 一种快速消除复合材料表面憎水性的装置 |
CN204014246U (zh) * | 2014-09-02 | 2014-12-10 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 多层介质阻挡放电低温等离子体产生装置 |
CN106028615A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-10-12 | 南京工业大学 | 一种大面积低温等离子体发生装置 |
CN106879155A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-20 | 中国科学院电工研究所 | 一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置及其使用方法 |
-
2018
- 2018-08-23 CN CN201810964726.5A patent/CN109121277A/zh active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0788870A2 (en) * | 1996-02-08 | 1997-08-13 | Bridgestone Corporation | Process for surface treatment of vulcanized rubber and process for production of rubber-based composite material |
CN101142022A (zh) * | 2005-07-15 | 2008-03-12 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | 光催化材料生产方法和光催化材料生产设备 |
CN101955593A (zh) * | 2010-05-11 | 2011-01-26 | 四川大学 | 一种改善废旧橡胶粉表面亲水性的方法 |
CN101990354A (zh) * | 2010-11-22 | 2011-03-23 | 大连理工大学 | 介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法 |
CN203850077U (zh) * | 2014-05-15 | 2014-09-24 | 国家电网公司 | 一种快速消除复合材料表面憎水性的装置 |
CN204014246U (zh) * | 2014-09-02 | 2014-12-10 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 多层介质阻挡放电低温等离子体产生装置 |
CN106028615A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-10-12 | 南京工业大学 | 一种大面积低温等离子体发生装置 |
CN106879155A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-20 | 中国科学院电工研究所 | 一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置及其使用方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
方志等: "大气空气中均匀介质阻挡放电的产生及放电特性", 《中国电机工程学报》 * |
童薇: "常压空气介质阻挡等离子体改性氟橡胶表面的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
赖饶昌: "辉光等离子体的放电特性及其对涤氨纶织布的改性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111988903A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-11-24 | 大连理工大学 | 一种气相填充床放电等离子体产生装置 |
CN114976059A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-30 | 华中科技大学 | 平行板式介质阻挡放电等离子体改性液流电池用电极方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shao et al. | Surface modification of polymethyl-methacrylate using atmospheric pressure argon plasma jets to improve surface flashover performance in vacuum | |
CN109121277A (zh) | 一种改善橡胶表面亲水性能的介质阻挡放电系统及方法 | |
Yan et al. | Experimental investigation of surface flashover in vacuum using nanosecond pulses | |
CN104942388A (zh) | 电化学放电与激光复合加工材料的装置和方法 | |
CN204543937U (zh) | 一种低温等离子放电电极 | |
KR20160096353A (ko) | 다공질 유전체를 포함하는 플라즈마 발생원 | |
Kong et al. | Effects of nanosecond pulse voltage parameters on characteristics of surface charge for epoxy resin | |
CN105489326A (zh) | 一种提高固体绝缘介质真空沿面闪络性能的方法 | |
CN103834052A (zh) | 等离子体处理绝缘材料提高真空沿面耐压性能的方法 | |
Du et al. | Effect of direct fluorination on surface charge of polyimide films using repetitive pulsed power | |
CN105199133B (zh) | 一种大培养皿常压低温等离子体处理装置及其操作方法 | |
CN108282950A (zh) | 基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置 | |
CN104617357B (zh) | 高功率微波输出窗及其制作方法 | |
CN103275342B (zh) | 一种脉冲偏压辅助等离子体高速处理有机薄膜的方法 | |
CN104709880B (zh) | 一种臭氧发生单元及应用其的臭氧发生器 | |
CN213131612U (zh) | 一种低温等离子的皮肤治疗装置 | |
CN105161979B (zh) | 一种多级场畸变气体火花开关 | |
CN107799112B (zh) | 一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法 | |
CN104446650A (zh) | 一种提高聚合物和氧化铝陶瓷真空沿面闪络特性的方法 | |
Wang et al. | Study on the insulation property of fiber reinforced plastics under nanosecond voltage pulses | |
CN113533914A (zh) | 真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统及方法 | |
Cheng et al. | Intrinsic-like surface flashover voltage of insulators | |
CN207531152U (zh) | 一种双环电极共面放电等离子体发生装置 | |
CN101976561B (zh) | 多变量空气振动消降噪装置及消降噪方法 | |
CN203850077U (zh) | 一种快速消除复合材料表面憎水性的装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190101 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |