CN1159487C - 射频激励等离子体织物改性处理装置 - Google Patents

Abstract

射频激励等离子体织物改性处理装置，密封室内依托支架装有织物支撑滚筒、射频电极对、织物传动轴对，射频电极对由大面积矩形板条电极构成，其内具有空腔可容纳流动冷却水，电极间距2-10mm，密封室连通真空泵，并具有工作气体入口。处理温度低、速度快、放电大面积均匀，无污染，仅需改变空气、氧、含氟气体、氮、氦、氩、二氧化碳等不同的工作气体，即可对化纤、毛料、丝绸或棉纺织品实现实用化的大面积均匀改性处理，并可适用于高聚物塑料等高分子材料改性处理。

Description

射频激励等离子体织物改性处理装置

本发明涉及纺织物表面改性处理技术，特别是利用射频等离子体对织物改性处理的装置。

纺织物表面改性处理一直受到人们重视。化纤织物具有良好的强力、耐磨性、挺括性和尺寸稳定性，吸湿、透湿性差，染色困难，容易产生静电和沾污，穿着舒适程度远不如天然纤维。人们希望通过表面改性，使化纤织物保持其原有优良性质的同时，又具有服用舒适性。而采用毛料制成的西服多要求通过改性技术提高其抗油性能和染色性能；对丝绸或棉纺织物则希望通过改性技术提高其抗皱性能。经过多年努力，人们开发出了多种多样的材料改性处理方法和装置，其中湿化学改性法一般是在一定温度下将织物浸泡于处理液中，再经过烘焙等工艺流程的处理，使织物的特性得到改变。这种方法的缺点是工序繁杂，产生的废气、废液污染严重；光化学法是利用紫外灯发出的能量较高的短波长光子作用于织物表面，产生自由基，从而易于引入其它基团，这种方法的反应速度太慢，无法满足纺织工业生产的要求。等离子体处理的方法是利用微波、射频、高压直流或交流电晕、或高频(几百kHz)放电等方面激励的等离子体中的高能电子和亚稳态粒子的能量大于聚合物内的各种化学键的键能的原理，使其作用于织物表面的化学键导致其断裂和重组，从而在表面产生自由基，易于引入其它功能基团，近年来这一方法引起了国内外纺织业工作者的广泛注意，也取得了较好的实验结果。但微波低温等离子体使用中需要机械真空泵和扩散真空泵两级真空系统，结构复杂，对真空条件高，而且难于产生大面积均匀的等离子体，其运行费用也非常昂贵，故其实用化存在着很大的困难；高压直流或交流电晕、或高频(几百kHz)放电等离子体要求电压高，既存在电极污染，又容易产生局部放电不均匀，甚至因此而损坏织物；而且处理深度较大(几微米)，织物损失严重。迄今为止，文献上报道的射频等离子体织物改性只局限于小范围内的处理面积，通常有三种方式：(1)先在石英玻璃管外表面绕上一组线圈，然后再在该绕组上加上射频电压，绕组所产生的电磁场就将在玻璃管内激励出等离子体；(2)在石英玻璃管外表面相对放置一组电极，再在该电极上加上射频电压，电极间的电磁场将在玻璃管内激励出等离子体，从而使置于其内的织物得到改性处理(玻璃管内部的低气压工作环境由真空泵维持)；(3)内、外电极型钟罩式放电结构。这几种方式的不足之处在于由于放电结构的限制，难以实现大面积的均匀等离子体；而且一般电极间距较大，加上玻璃管的散热特性较差，导致等离子体的温度较高，容易损坏织物。

本发明的目的是提出一种射频等离子体织物改性处理装置，通过改变电极结构、形状，和织物通过等离子区的运动形态，实现等离子体温度低、放电大面积均匀、处理速度快、无污染的实用化要求。

本发明的射频等离子体织物改性处理装置，包括连接射频的射频电极对，具有工作气体入口的密封室和通过管道连通密封室的真空泵，其特征在于：

1)所述密封室内依托支架自上而下间隔装有织物支撑滚筒、射频电极对、织物传动轴对，织物传动轴对由主动轴和从动轴组成，

2)所述射频电极对由射频高压电极和射频地电极组成，两者均为大面积矩形板条电极，其内具有空腔可容纳流动冷却水，

3)冷却水进水管和出水管穿过密封室室壁连通所述大面积矩形板条电极空腔。

所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，其进一步的特征在于所述射频源高压输出端串联射频功率匹配网络再连接射频高压电极，射频源接地端与射频地电极连接，所述射频电极对电极间距2-10mm，两端跨接均压电感，工作气体可为空气、氧气、含氟气体、氮气、氦气、二氧化碳、氩气。

所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，所述织物支撑滚筒和射频电极对之间还可以装有第二织物传动轴对。

所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，所述射频电极对可以为两对或两对以上，射频电极对可并行放置、串行放置或串并行放置。

本发明的优点在于：1、工序相对比较简单，无需象在化学处理方法中那样使用很多种处理液对织物进行处理，由于其本质上是一种干式改性方法，因此不会产生很多废液，可以避免对环境的污染；2、不需要微波等离子体所要求的超低气压反应环境(＜＜1托)，工作气压可上升至几托——几百托，真空要求低，只需一级机械真空泵即可，便于实用化；3、易于产生大面积均匀的低温等离子体，这从根本上克服了微波激励法难于实现大面积均匀低温等离子体的固有缺点，使工业实用化变为可能；4、反应速度比化学方法和光化学法快得多，可以满足纺织行业的生产要求；5、没有直流或高频(几百kHz)电晕法中电子轰击电极时产生的溅射污染，而且处理深度大为降低，仅为50nm以内，因此既使织物界面物相显著改善而材料本相却不受影响；6、采用大面积小间距的扩散冷却结构，保证了等离子体温度较低，不会对织物造成损坏。本发明的设备如用于对化纤织物进行处理，则可在原来的结构中引入亲水性的含氧极性基团，从而提高化纤织物的穿着舒适性、吸湿性和染色性。仅需改变不同的工作气体，就可对其它面料如毛料、丝绸或棉织物等进行相应改性处理，提高织物的拒油性、抗皱性等，如采用含氟气体，通过射频等离子体处理即可在毛料织物中形成拒油性基团等。该技术可大大提高纺织面料的质量，将打破我国高档纺织面料长期依赖进口的局面，并可进而参与国际竞争。本发明还可广泛适用于高聚物塑料等高分子材料的大面积均匀改性处理，所产生的经济效益和社会效益将是十分巨大的。

图1为本发明横截面示意图。

图2为本发明侧剖面示意图。

图3为电极对排列方式示意图。

现结合图1和图2说明本发明的实施状态。

图1和图2中，大功率射频源1为10kW、27.12MHz，通过射频功率匹配网络2和引线柱分别连接射频高压电极3和射频地电极4，该两电极均为长1.6米的大面积矩形板条电极，具有容纳冷却水的空腔5，电极3和4两端跨接均压电感6，密封室7为2M×0.8M×0.6M，具有工作气体入口8，并与真空泵9相通，真空泵抽速可为30升/秒以上。密封室7的支架10上装有织物支撑筒11，由主动轴和从动轴构成的织物传动轴对12和第二织物传动轴对13。射频源1接地端通过引线柱4-1连接射频地电极4，射频功率匹配网络2通过引线柱3-1连接射频高压电极3，该引线柱3-1和密封室7的室壁间隔有绝缘套管14，射频高压电极3和射频地电极4通过绝缘法兰15装于支架10上，冷却水可通过进水口5-1进入电极空腔5内，经出水口5-2流出，电机16通过传动皮带17带动织物传动轴对12和第二织物传动轴对13，密封室7内的工作过程可通过观察窗口18监视。

对织物改性处理时，先将密封室抽成真空状态，然后充入所要求的工作气体，气压一般为几托——几百托，视具体织物材料而定，压力由真空泵维持；再开启射频源，使得大面积矩形板条电极间产生均匀的低温等离子体，电极内流动冷却水通过大面积电极的热传导扩散作用，使得等离子体保持较低温度，为保证良好的冷却效果，电极间距较小，一般为2-10mm，等速同步转动的织物传动轴对12和第二织物传动轴对13，以一定速度使置于织物支撑滚筒11上卷筒状的成品纺织面料20通过电极间的等离子体区域19，成为改性处理后的织物21。对于宽度为1.6米的成品化纤织物，处理速度可达到60米/小时以上，完全满足实用化要求。

为提高处理速度，可设计多种形式的组合电极结构：如图3-(1)所示的一对平行长电极的简单形式；图3-(2)所示的两对串行放置的分段电极形式；图3-(3)所示的两对交叉放置的分段电极形式；图3-(4)所示的两对长电极并行放置的结构形式；图3-(5)所示的三条电极的层叠式放电结构，其中22为织物变向传动轴。如有必要图3所示结构形式的电极可按串、并联排列方式成倍增加，以进一步增加作用面积和减少处理时间，进而达到实用要求。

本装置适用于化纤、毛料、丝绸或棉纺等织物。对于不同的织物，仅需改变不同的工作气体，即可达到不同的改性要求。如对化纤织物，可用氧气作为工作气体，通过该法处理后即可提高亲水性、染色性、吸湿性和穿着舒适性等；而对于毛料织物，可将工作气体换为无毒含氟气体，经该法处理后即可提高毛料织物的拒油性能、抗污性能等。视不同类型的织物和不同的改性要求，工作气体还可以是氮气、氩气、空气或二氧化碳等。该装置还可广泛适用于其它高聚物材料的射频等离子体大面积均匀改性处理，如高聚物塑料等。

Claims (5)

1.一种射频激励等离子体织物改性处理装置，包括连接射频的射频电极对，具有工作气体入口的密封室和通过管道连通密封室的真空泵，其特征在于：

1)所述密封室内依托支架自上而下间隔装有织物支撑滚筒、射频电极对、织物传动轴对，织物传动轴对由主动轴和从动轴组成，

2)所述射频电极对由射频高压电极和射频地电极组成，两者均为大面积矩形板条电极，其内具有空腔可容纳流动冷却水，所述矩形板条电极面平面与所述织物支撑滚筒及织物传动轴对的轴线平行，

3)冷却水进水管和出水管穿过密封室室壁连通所述大面积矩形板条电极空腔。

2.如权利要求1所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，其特征在于所述射频源高压输出端串联射频功率匹配网络再连接射频高压电极，射频源接地端与射频地电极连接，所述射频电极对电极间距2-10mm，两端跨接均压电感，工作气体可为空气、氧气、含氟气体、氮气、氦气、二氧化碳、氩气。

3.如权利要求1或2所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，其特征在于所述织物支撑滚筒和射频电极对之间装有第二织物传动轴对。

4.如权利要求1或2所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，其特征在于所述射频电极对为两对或两对以上，射频电极对可并行放置、串行放置或串并行放置。

5.如权利要求3所述的射频激励等离子体织物改性处理装置，其特征在于所述射频电极对为两对或两对以上，射频电极对可并行放置、串行放置或串并行放置。

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