[发明专利]大气压等离子体处理纤维束或纤维线绳表面装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大气压气体放电等离子体对材料表面处理的装置和方法。

背景技术

高性能有机纤维具有高强度、高模量、高弹及耐热等优良性能，作为增强纤维材料在复合材料中具有广阔的应用前景，但由于这些纤维材料表面缺乏极性官能团，与基体材料间粘附性能差，因而有必要对其表面进行改性以改善与基体材料界面间的粘附性能。目前采用的处理方法有多种，其中使用气体放电等离子体处理高分子纤维材料表面替代传统的化学方法，具有节能和环保意义。

低气压气体放电非平衡等离子体技术在材料表面处理方面有着非常成熟的应用，但在诸如聚合物、织物以及纸张等材料表面实现连续处理的工艺过程，则需要制造体积庞大的真空室或采用分级预真空和高真空的隧道窑式系统，因而给这类应用带来极大的不便，同时大大增加了工艺成本；大气压气体放电非平衡等离子体技术无须配备真空系统，并且可在装置结构上进行灵活多样的设计，这样给诸多领域的应用带来了极大的方便，因而大气压气体放电非平衡等离子体技术日益引起等离子体物理、化工、环保及材料处理等领域学者与工程技术人员的浓厚兴趣。目前高分子材料表面等离子体处理主要是大面积单面处理，而作为复合材料中起增强作用的纤维或纤维束则须全表面处理；此外，由于纤维或纤维束占空间小，对大面积的气体放电可利用的放电区域有限，同时对于放电辅助性气体及反应性气体的消耗也有浪费，因而采用大面积放电方法处理纤维或纤维束不利于节能和降耗。采用大气压等离子体射流技术也可对纤维材料表面进行处理，大批量处理存在如下问题：1)大气等离子体射流温度高，对纤维表面的烧蚀作用降低纤维的机械强度，采用放电辅助性气体能降低处理温度，但要保证射流有足够的射程，需要高流量的气体，增加了气体的消耗；2)等离子体射流面与纤维面向、背向表面的作用有差异，影响处理的均匀性，从而影响复合材料中纤维与基体材料间的粘附性能。

发明内容

本发明为了解决上述存在的技术问题，而提供一种大气压等离子体处理纤维束或纤维线绳表面装置及方法。

本发明的技术方案是；一种大气压等离子体处理纤维束或纤维线绳表面装置，包括普通玻璃管，石英内套管，石英外套管，不锈钢丝网，高压电极冷却水管，其特点是：普通玻璃管内同轴套置石英内套管和石英外套管构成气体放电等离子体区，其中在石英内套管的内表面或外表面通过真空蒸镀沉积金属膜形成高压电极；石英外套管外表面套接不锈钢丝网，并与普通玻璃管之间留有缝隙作水膜夹层，普通玻璃管两端与石英外套管外壁封接后构成接地电极。

石英内套管与石英外管两端用聚四氟乙烯支撑固定，且保持石英内套管与石英外套管之间的气体间隙为3.0-6.0mm作为气体放电等离子体区；位于石英内套管与石英外套管之间的聚四氟乙烯支撑的同一半径圆上等间距开有直径为0.5-3.0mm的小孔若干对；在石英外套管一端口附近15.0mm处烧接直径为6.0mm的进气口，且开口朝向与石英内套管表面相切并与石英外套管轴向成30°；石英外套管外表面套接不锈钢丝网后与普通玻璃管之间留有的缝隙为2.0-3.0mm；石英内套管中设有高压电极冷却水管，水膜夹层中的水经冷却水导管流入高压电极冷却水管中；气体放电等离子体区通过气体质量与流量控制器连接气瓶；该装置的两端安装有转绕机。

本发明的使用方法是：(1)将纤纤维线绳经石英内套管与石英外管两端的聚四氟乙烯支撑的开孔连续进入和穿出气体放电等离子体区；(2)将大气或经气体质量流量控制器的辅助气体与反应气体的混合气体，以一定角度射入气体放电等离子体区后绕管轴作螺旋流动，并与待处理的纤维或纤维束或帘子线运动速度方向相反；(3)开启10-100kHz，3-10kV的高频高压电源。

其中，纤维束或纤维线绳从聚四氟乙烯支撑的孔中穿过放电等离子体区，由自动稳速转绕机驱动，以设定的速度(1-70m/min)进行等离子体连续处理。

本发明的有益效果是：采用上述结构能对纤维束或纤维线绳全表面进行处理，明显改善纤维束或纤维线绳的表面结构与性能而不会降低纤维束或纤维线绳的机械强度，同时减少气体和能量消耗；

在大气压放电结构中，由循环的普通自来水体确保处理系统的较低处理温度，避免了高温(约150℃)拉伸作用下气体放电对纤维机械强度的影响；绕管轴流动的涡旋气流能有效降低气体的用量，并使套管夹层中气体分布均匀(从而产生均匀放电等离子体区)；通过选择高压电极结构(是否面向放电区、是否条状)、调控放电辅助气体与反应气体组分配比、放电功率和频率，对于给定的纤维束或纤维线绳达到理想的表面处理效果。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；