CN206448088U - 大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，包括低温等离子体发生装置、放料装置和卷收装置，其特征在于：所述低温等离子体发生装置的进料口一侧和出料口一侧对应设有若干交错布置的辅助导轮，从放料装置方向传来的丝束纤维依次绕过所述交错布置的辅助导轮，使得丝束纤维循环往复多次通过等离子体发生装置的放电区域后，再传向卷收装置；所述辅助导轮为金属导轮，通过导电介质接地。本实用新型设备结构设计合理，可在常压空气中运行，运行成本低，处理效率高，且操作简便，安全可靠，同时可根据处理件的具体尺寸及处理效果要求，灵活调整设备处理区域的尺寸和工艺设置。

Description

大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备

技术领域

本实用新型涉及材料表面处理技术，具体为一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备。

背景技术

碳纤维或高分子纤维是一种性能优秀的新型材料，但是未经表面处理的碳纤维或高分子纤维表面光滑，表现出憎水性，与高聚物的界面结合较差，致使复合材料的强度不高，碳纤维或高分子纤维的优异性不能得到充分利用。国内行业中对碳纤维或高分子纤维表面处理的传统方法是在具有一定电解质浓度的酸性溶液中，在一定温度条件下，对碳纤维或高分子纤维材料进行一段时间的表面氧化处理，但这种处理方法存在操作繁琐、间歇性工作且工业污染严重的缺陷。

等离子体表面处理技术为一种新的材料表面处理技术，一般用于处理碳纤维或高分子纤维的方法包括两种，其中一种为射流式，即在一个大气压下，利用氮气作为表面处理介质，用喷枪产生的射流式等离子体对运动中的纤维进行等离子轰击，提高材料的表面能，与传统的材料处理方式相比，该方法具有清洁无污染、操作方便、可持续性工作的优点，但同时也存在1）处理面积小，较难做到四周全面处理；2）材料带电，安全上有隐患；3）气体的轰击使纤维束松散等不足；另一种为真空中产生等离子体，对丝束纤维做表面处理，但该方法设备体积庞大，价格和成本高昂，无法在线快速的完成处理。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有的可产生低温等离子体的设备存在的缺点，提供一种在大气常压下均匀放电产生的低温等离子体对连续的丝束纤维类材料进行工业化连续在线处理的设备，其技术方案为：

一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，包括等低温离子体发生装置、放料装置和卷收装置，其特征在于：所述低温等离子体发生装置的进料口一侧和出料口一侧对应设有若干交错布置的辅助导轮，从放料装置方向传来的丝束纤维依次绕过所述交错布置的辅助导轮，使得丝束纤维循环往复多次通过等离子体发生装置的放电区域后，再传向卷收装置；所述辅助导轮为金属导轮，通过导电介质接地。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述低温等离子体发生装置包括集风罩和设置在集风罩内的两只低温等离体子放电电极，丝束纤维从两放电电极之间穿过，所述集风罩的左右两侧设有进料口和出料口，集风罩的后侧设有与抽风系统连接的出风口，集风罩前侧的盖板在对准放电电极的位置设有进风口，使得进风集中吹向电极。

集风罩内，所述两放电电极的上下方分别设有一个挡板，避免上下方向的气流带动丝线过于靠近放电电极。

上文中，为了便于阐明方案所使用的“上下”、“左右”、“前后”为三者之间的相对参照，非绝对方位，根据等离子体发生装置集风罩在设备上安装方位的变化，其绝对方位会发生相应变化。

所述等离子体发生装置设有放电间隙调整机构，所述放电间隙调整机构包括可移动的电极安装座上，所述电极安装座设置在其一放电电极的两端，所述电极安装座通过调节螺栓与所述集风罩连接，旋拧调节螺栓，该放电电极向远离或靠近另一放电电极的方向平行移动。

所述放电电极为条状的刚玉介质或石英介质覆盖表面的方形电极，所述调节螺栓的两侧对称设有两个用于调节平衡的辅助调节螺栓。

所述放电电极的两端分别固定在对应的电极安装座上，并卡在限位块的限位凹槽内，所述限位块也固定在对应的电极安装座上。

所述放电电极包括外部的刚玉或石英方形管和设置在刚玉或石英方形管内的空心铜管，所述刚玉或石英方形管的内壁与空心铜管外壁之间的环形管腔中填充有金属和金属氧化物的混合粉末，所述空心铜管的两端与通风系统连接，用于放电电极内部的散热。

所述放电电极的长度为不大于250mm,两只放电电极的间距可调整的放电范围是0～20mm。

所述等离子体发生装置设有差分输出高频高压电源，两只放电电极分别与所述差分输出高频高压电源的输出端连接，连接两放电电极的电源输出端电压相等、相位相反，使得两只放电电极之间的电压为两个差分电压绝对值之和，约为每路电压的两倍，而在两只放电电极的中间位置，两个差分电压的矢量之和为零。

所述丝束纤维经过放电区域时，位于两电极的中间位置，放电电极中间位置的电位于地电位接近或相等，这样在处理导电材料，如碳纤维时，使材料上的感应电压将至最低甚至为零。

有益效果：

1）在本实用新型大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备中，待处理的丝束纤维经过两放电电极之间，使得丝束纤维四周得到同样的低温等离子体处理。通过错位排列的辅助导轮，使丝束纤维在一次放料和卷收过程中多次通过放电区域，使低温等离子体发生装置在电极不延长的前提下，放电区域处理材料的长度倍增，避免了长电极在持续工作时易因温度而产生微小变形，使得放电不均匀和经过放电区丝束过长时易颤丝的情况。同时使与丝束纤维滑动接触的导轮接地，使材料接地不带电。本实用新型设备结构设计合理，运行成本低，操作简便，且安全可靠。

2）在进一步的方案设计中，低温等离子体发生装置放电区域通过抽风的方式将外部空气通过集风罩前侧的进风口吸入集风罩并集中吹向电极，散热效率高，且进风口可同时用做观察窗。所述挡板的设计可降低气流对丝线的影响，避免丝线因过于靠近电极而吸附在电极上。

3）在进一步的方案设计中，通过作为电极的刚玉或石英方形管的内壁与空心铜管外壁之间的环形管腔中填充金属和金属氧化物的混合粉末，当电极产生低温等离子体进行放电后，温度过高的电极部分内金属粉末气化，在刚玉或石英方形管内壁形成均匀金属膜，使得电极上的温度得以均衡，放电均匀。

4）在进一步的方案设计中，低温等离子体发生装置采用差分馈电，在大气常压下通过差分馈电输出高频高压激励驱动电极，如方形刚玉或石英介质覆盖的电极等，来产生均匀放电，均匀处理丝束纤维状材料，如果处理金属或者半导丝束状材料，比如碳纤维，由于材料处于两只放电电极的中间位置，金属或者半导丝束状材料上的感应电压为零。即使周围物体或者人员触碰到也不会因有感应带电而产生危险。。

5）本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有操作简便、可控性强、处理成本低的优点，同时可根据处理试件的幅面尺寸及处理效果要求，灵活调整设备处理区域的尺寸和工艺设置，且在常压空气中处理，处理成本低廉、效率高。

附图说明

图1为低温等离子体发生装置差分馈电介质阻挡放电结构的示意图；

图2为本实用新型的主视结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的立体结构示意图；

图4为放电电极的结构示意图；

图5为低温等离子体发生装置的结构示意图。

上图中，1差分输出高频高压电源、2放电电极、3碳纤维或高分子纤维束、4放电区域、5辅助导轮、6卷收装置、7放料装置、8螺纹口、9进气口、10出气口、11调节螺栓、12电极安装座、13限位块、14集风罩、15挡板、16进料口和出料口。

具体实施方式

为了进一步阐明本实用新型的技术方案，下面结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。

本实施例中以处理碳纤维或高分子纤维束3为例，如图1至图3所示的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，包括箱体、低温等离子体发生装置、放料装置7、卷收装置6、张力调整机构、导轮等组成部件。

所述低温等离子体发生装置为差分高频高压馈电介质阻挡放电等离子体发生装置，设有差分输出高频高压电源1，所述低温等离子体发生装置设有集风罩14以及安装在集风罩14内的上下两只放电电极2，两只放电电极2相互平行，分别与所述差分输出高频高压电源1的输出端连接，连接两放电电极2的电源输出端的电压相等、相位相反，故两放电电极2中间位置形成零电势面，所述碳纤维或高分子纤维束3穿过放电区域时，应尽量控制在所述零电势面的位置。

所述放电电极2为条状的方形电极，所述放电电极2以刚玉为阻挡介质，设有外部刚玉方形管和设置在刚玉方形管内的空心铜管，所述刚玉方形管的内壁与空心铜管外壁之间的环形管腔中填充有金属和金属氧化物的混合粉末，如铝粉及其氧化物粉末的混合物等，所述空心铜管的两端（即电极内腔进气口9与出气口10）与通风系统连接。

所述集风罩14的左右两侧设有进料口和出料口16，集风罩的后侧设有与抽风系统连接的出风口，集风罩前侧的盖板（未图示）在对准放电电极2的位置设有与放电电极2形状适应的长型进风口。集风罩内，两放电电极2的上下方分别设有一个绝缘材料制作的挡板15。

所述低温等离子体发生装置的进料口一侧和出料口一侧均设有上下两排共四根导轮安装杆，每根安装杆上固定有两个辅助导轮5，同一排的辅助导轮5在横向方向前后交错，上排的四根安装杆与集风罩左右两侧的豁口16位于同一水平高度，下排安装杆位于集风罩14下方。碳纤维或高分子纤维束3从放料装置7放出，经过若干导向杆，从上排其一辅助导轮5上绕过，来到低温等离子体发生装置进料口的位置，从低温等离子体发生装置进料口进入，从其出料口穿出后，从对应的下排辅助导轮和所述集风罩14的下方绕过，回到等离子体发生装置进料口。通过交错的辅助导轮5，碳纤维或高分子纤维束3循环往复四次通过放电区域4后，绕过导向杆传到卷收装置6的位置。本实施例中，所述辅助导轮5或其它安装在导向杆上的导轮均采用金属导轮，所述金属导轮通过导电介质接地，碳纤维或高分子纤维束3从导轮中间的限位凹槽中滑过，与导轮滑动接触，使得碳纤维或高分子纤维束3接地不带电。

所述放料装置7到等离子体发生装置之间设有材料张力调整机构，使碳纤维或高分子纤维束3在处理过程中始终保持一定张力，不颤动。

所述低温等离子体发生装置设有放电间隙调整机构，所述放电电极2的两端固定在绝缘材料制成的电极安装座12上，优选采用聚四氟乙烯，位于上方的放电电极2两端通过可移动的电极安装座固定，所述集风罩14的上部在对应该电极安装座的位置设有螺纹口8，该电极安装座通过调节螺栓11与所述集风罩14的上盖板连接，旋拧调节螺栓11，上方的放电电极可向远离或靠近下方放电电极的方向移动，改变放电区域4间隙的高度，适应一定范围内不同的材料规格。放电电极2两端设有限位块13，所述限位块13固定在电极安装座12上，放电电极2两端卡在限位块13的方形限位凹槽内，避免电极倾斜，所述调节螺栓11的两侧也对称设有两个用于辅助调节电极平衡的辅助调节螺栓，以保障放电电极2工作时处于水平状态。

所述低温等离体子发生装置的集风罩14和放电电极2安装在设备箱体上部外侧，所述低温等离体子发生装置的电源部分、抽风系统、通风系统、放料装置7和卷收装置6的电机部分安装在设备箱体内。设备运行过程中，抽风系统工作，使外部的空气从集风罩14前盖板进风口处进入，集中吹向电极，热气及设备运行中产生的臭氧从电极后侧的出风口排出，同时可使通风系统工作，对电极内腔通入压缩气体，从内部冷却放电电极2，保障电极在连续的生产过程中正常运行，不会因高温变形，导致电极间产生的等离子体不均匀影响处理效果的情况。

本实施例中，所述放电电极2的长度不大于250mm，两只放电电极的间距可调整的放电范围是0～20mm,从等离子体发生装置进料口辅助导轮到出料口辅助导轮的距离也应尽可能的短，丝线长时容易产生颤丝。本实施例中，将两个放电电极作为一个电极组，在需要的情况下，可以行进多组串联、并联的增加，在电源功率足够大的情况下，电极组数量可以是1～几百组。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，包括低温等离子体发生装置、放料装置（7）和卷收装置（6），其特征在于：所述低温等离子体发生装置的进料口一侧和出料口一侧对应设有若干交错布置的辅助导轮（5），从放料装置（7）方向传来的丝束纤维依次绕过所述交错布置的辅助导轮（5），使得丝束纤维循环往复多次通过低温等离子体发生装置的放电区域（4）后，再传向卷收装置；所述辅助导轮（5）为金属导轮，通过导电介质接地。

2.根据权利要求1所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述低温等离子体发生装置包括集风罩和设置在集风罩内的两只低温等离子体放电电极（2），丝束纤维从两放电电极（2）之间的放电区域（4）中穿过，所述集风罩的左右两侧盖板设有进料口和出料口（16），集风罩的后侧设有与抽风系统连接的出风口，集风罩前侧的盖板在对准放电电极（2）的位置设有进风口。

3.根据权利要求2所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：集风罩内，两放电电极（2）的上下方分别设有一个挡板（15）。

4.根据权利要求2所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述低温等离子体发生装置设有放电间隙调整机构，所述放电间隙调整机构包括可移动的电极安装座（12），所述电极安装座（12）设置在其一放电电极的两端，所述电极安装座（12）通过调节螺栓（11）与所述集风罩（14）连接，旋拧调节螺栓（11），该放电电极向远离或靠近另一放电电极的方向平行移动。

5.根据权利要求4所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述放电电极（2）为条状的方形刚玉介质或石英介质覆盖表面的电极，所述调节螺栓的两侧对称设有两个用于调节电极水平的辅助调节螺栓。

6.根据权利要求4所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述放电电极（2）的两端分别固定在对应的电极安装座（12）上，并卡在限位块（13）的限位凹槽内，所述限位块（13）也固定在对应的电极安装座（12）上。

7.根据权利要求1所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述放电电极（2）包括外部的刚玉或石英方形管和设置在刚玉或石英方形管内的空心铜管，所述刚玉或石英方形管的内壁与空心铜管外壁之间的环形管腔中填充有金属和金属氧化物的混合粉末，所述空心铜管的两端与通风系统连接。

8.根据权利要求1所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述放电电极（2）的长度不大于250mm，两只放电电极的间距可调整的放电范围是0～20mm。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述低温等离子体发生装置设有差分输出高频高压电源（1），两只放电电极（2）分别与所述差分输出高频高压电源（1）的输出端连接，连接两放电电极（2）的电源输出端电压相等、相位相反。

10.根据权利要求9所述的一种大气常压低温等离子体连续丝束纤维处理设备，其特征在于：所述丝束纤维经过放电区域（4）时，位于两放电电极（2）的中间位置。