CN110402007B - 一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，包括高压电极1、反向高压电极2、绝缘介质一3、绝缘介质二4、接地电极一5、接地电极二6、被处理材料7、滚轮8，所述高压电极1、绝缘介质一3、接地电极一5依次紧密贴合，形成上侧叠层电极，所述反向高压电极2、绝缘介质二4、接地电极二6依次紧密贴合，形成下侧叠层电极，所述上侧叠层电极和下侧叠层电极彼此平行相对放置，被处理材料7平行插入两叠层电极的气隙中，滚轮8贴合于材料表面，通过滚动带动材料运动。本装置具有放电电压低，放电均匀性好，材料处理效果好，且对材料两侧表面同时高效、连续改性的优点。

Description

一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置

技术领域

本发明涉及高分子材料表面处理领域，具体涉及一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置。

背景技术

目前，高分子聚合物的表面改性主要有化学和物理两种方法。化学改性法分为化学刻蚀、偶联和表面接枝。物理改性法包括γ射线辐射、超声浸渍改性和等离子体表面改性等。化学改性高分子聚合物工艺简单，效果显著，但存在环境污染，且会破坏其内部结构，导致强度损失较大。γ射线辐射和超声浸渍改性由于设备原因，尚未实现工业化。

低温等离子体表面改性技术具有高效率、低能耗、绿色环保等显著优势，而且只作用于纤维表面而不影响其本体的性能，因此具有广阔的应用前景。其中，辉光放电生成的低温等离子体因具有放电均匀性好、活性粒子丰富、功率密度适中等优点，被认为是材料表面改性的最佳选择。然而，辉光放电在低气压环境或在氮气、氦气、氩气、氖气等气体中较容易形成。但在大气压空气中形成异常困难。如何在大气压空气中生成辉光放电等离子体一直属于世界前沿课题。

现有技术中，公开号为CN206674287U，名称为一种表面介质阻挡放电等离子体材料处理装置的中国专利申请，公开了一种用于实现纳米材料分解、还原、再生和改性的表面放电等离子体材料处理装置。该装置采用介质阻挡放电的方式产生等离子体，并利用扩散作用使等离子体形成对材料的作用。但扩散过程中的等离子体会损失能量，降低对材料的作用效果。且电极只在一侧布置，只能实现对材料的单侧处理。

公开号为CN204145866U，名称为大放电间距下低温等离子体材料处理装置的中国专利申请，则采用了低气压介质阻挡放电的形式生成了低温等离子体，并用于对材料进行处理。但低气压环境需要真空设备，放电条件较为严苛且成本很高，且处理过程为间歇式，无法满足工业化生产过程中对于材料表面处理环节连续化的实际需求。此外放电间隙的增加会极大地提升放电向丝状模态的转化的可能，因此该装置仍受放电间隙及材料厚度影响严重。

发明内容

本发明的目的在于解决目前放电条件严苛、效果差且仅能单面处理材料的问题，提供一种放电电压低，放电均匀性好，材料处理效果好，且对材料两侧表面同时高效、连续改性的基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置。

本发明采用的技术方案是：一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，包括高压电极、反向高压电极、绝缘介质一、绝缘介质二、接地电极一、接地电极二、被处理材料、滚轮，所述高压电极、绝缘介质一、接地电极一依次贴合，形成上侧叠层电极，所述反向高压电极、绝缘介质二、接地电极二依次紧密贴合，形成下侧叠层电极，所述上侧叠层电极和下侧叠层电极彼此平行相对放置，被处理材料平行插入两叠层电极的气隙中，滚轮贴合于材料表面，通过滚动带动材料运动。

优选地，所述高压电极通过引线与高频高压交流电源的高压端相连，所述反向高压电极通过引线施加一个与高压电极上所施加电压相同相位、相同频率、相同幅值、相反极性的交流电压。

优选地，所述接地电极一和接地电极二通过引线与接地端相连。

优选地，所述高压电极、反向高压电极、接地电极一和接地电极二所采用的材料为铜、铝、不锈钢、ITO等导电性好的导体材料或半导体材料。

优选地，所述的高压电极、反向高压电极为平面板状结构，接地电极一和接地电极二为平行排列的丝状结构或编织成的网状结构。

优选地，所述丝状结构可以为圆柱状、立方体状或者椭圆柱形状。

优选地，所述网状结构的网孔形状可以是正方形、长方形、菱形或一般平行四边形。

优选地，所述接地电极一和接地电极二丝径尺寸应为亚毫米级别。

优选地，所述绝缘介质一、绝缘介质二材料可以为聚四氟乙烯、PET、聚丙烯等驻极体薄膜，或氧化铝陶瓷、硅橡胶、石英玻璃。

优选地，所述被处理材料可以为羊毛等天然高分子材料，或涤纶、芳纶、高分子聚乙烯等合成高分子材料。

本发明所提出的基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，可以显著降低放电电压至1kV以下，在大气压空气中生成具有良好扩散性的大面积辉光放电等离子体，提升了放电的均匀性；通过显著提高材料被处理空间的电场强度，使带电粒子获得更高的能量而使空气发生离解或电离，使得本装置不受放电间隙影响，进而不受材料厚度限制；此外，通过叠加多组电极和施加正负交错布置的电位，可以使超薄的模块化结构在小空间内实现多组材料的同时处理，可以实现对材料两侧表面同时的高效、连续改性。综上，本发明所提出的装置具有放电电压低，放电均匀性好，材料处理效果好，不受材料厚度限制、处理材料效率高等显著的有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置的结构示意图。

附图标记如下：

1-高压电极，2-反向高压电极，3-绝缘介质一，4-绝缘介质二，5-接地电极一，6-接地电极二，7-被处理材料，8-滚轮。

具体实施方式

为便于本领域的技术人员充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实例对本发明进行阐述。这些实例只为进一步说明发明的优点和特征，而不是对本发明的限制。

如图1所示，一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，包括高压电极1、反向高压电极2、绝缘介质一3、绝缘介质二4、接地电极一5、接地电极二6、被处理材料7、滚轮8。高压电极1、绝缘介质一3、接地电极一5依次贴合，形成上侧叠层电极。反向高压电极2、绝缘介质二4、接地电极二6依次紧密贴合，形成下侧叠层电极。上侧叠层电极和下侧叠层电极彼此平行相对放置。被处理材料7平行插入两叠层电极的气隙中。滚轮8贴合于材料表面，通过滚动带动材料运动。

所述的高压电极1通过引线与高频高压交流电源的高压端相连，所述的反向高压电极2通过引线施加一个与高压电极1上所施加电压相同相位、相同频率、相同幅值、相反极性的交流电压。所述的接地电极一5和接地电极二6通过引线与接地端相连。放电时生成的辉光放电等离子体布满接地电极一5和接地电极二6表面，并具有一定厚度，放电无丝状放电对应的亮斑，且整体的放电强度并无太大差异，最大瞬时脉冲电流幅值小于20mA，属于辉光放电的范围内生成的等离子体能有效作用于被处理材料7表面。

所述的高压电极1、反向高压电极2、接地电极一5和接地电极二6所采用的材料为铜、铝、不锈钢、ITO等导电性好的导体材料或半导体材料。所述的高压电极1、反向高压电极2为平面板状结构。接地电极一5和接地电极二6为平行排列的丝状结构或编织成的网状结构。若为丝状结构，则丝可以为圆柱状、立方体状或者椭圆柱形状。若为网状结构，则网孔可以是正方形、长方形、菱形或一般平行四边形。接地电极一5和接地电极二6丝径尺寸应为亚毫米级别。绝缘介质一3、绝缘介质二4材料可以为聚四氟乙烯、PET、聚丙烯等驻极体薄膜，也可以为氧化铝陶瓷、硅橡胶、石英玻璃。被处理材料7可以为羊毛等天然高分子材料，也可以是涤纶、芳纶、高分子聚乙烯等合成高分子材料。

以上所述，仅是本发明的部分实例，并非是对本发明的限制。凡是根据本发明的技术实质对以上实例所做出的变形和改进，都属于本发明的范围。

Claims (9)

1.一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，包括高压电极(1)、反向高压电极(2)、绝缘介质一(3)、绝缘介质二(4)、接地电极一(5)、接地电极二(6)、被处理材料(7)、滚轮(8)，所述高压电极(1)、绝缘介质一(3)、接地电极一(5)依次贴合，形成上侧叠层电极，所述反向高压电极(2)、绝缘介质二(4)、接地电极二(6)依次紧密贴合，形成下侧叠层电极，所述上侧叠层电极和下侧叠层电极彼此平行相对放置，被处理材料(7)平行插入两叠层电极的气隙中，滚轮(8)贴合于材料表面，通过滚动带动材料运动；

所述高压电极(1)通过引线与高频高压交流电源的高压端相连，所述反向高压电极(2)通过引线施加一个与高压电极(1)上所施加电压相同相位、相同频率、相同幅值、相反极性的交流电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述接地电极一(5)和接地电极二(6)通过引线与接地端相连。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述高压电极(1)、反向高压电极(2)、接地电极一(5)和接地电极二(6)所采用的材料为铜、铝、不锈钢、ITO。

4.根据权利要求3所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述的高压电极(1)、反向高压电极(2)为平面板状结构，接地电极一(5)和接地电极二(6)为平行排列的丝状结构或编织成的网状结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述丝状结构为圆柱状、立方体状或者椭圆柱形状。

6.根据权利要求4所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述网状结构的网孔形状是正方形、长方形、菱形或一般平行四边形。

7.根据权利要求6所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述接地电极一(5)和接地电极二(6)丝径尺寸为亚毫米级别。

8.根据权利要求7所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述绝缘介质一(3)、绝缘介质二(4)材料为聚四氟乙烯、PET、聚丙烯、氧化铝陶瓷、硅橡胶或石英玻璃。

9.根据权利要求7所述的一种基于空气辉光放电等离子体的材料表面处理装置，其特征在于，所述被处理材料(7)为羊毛、涤纶、芳纶或高分子聚乙烯。

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