專(zhuān)利名稱(chēng)：絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性研究系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化纖改性、輝光放電、等離子體技術(shù)領(lǐng)域。涉及對(duì)化纖織物的放電等離子體表面改性系統(tǒng)與技術(shù)，特別涉及一種絲普綸Silpron及化纖織物的大面積、均勻、無(wú)損傷的適于實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用的常壓輝光放電等離子體APGDP表面改性系統(tǒng)與技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于細(xì)旦、超細(xì)旦聚丙烯纖維絲普綸的原料聚丙烯來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)輕保暖、性能穩(wěn)定，而且芯吸性好、能單向?qū)衽藕?，目前已成為高?jí)內(nèi)衣與運(yùn)動(dòng)衫的優(yōu)選面料，被稱(chēng)為“人體服裝空調(diào)器”，是一種近乎完美的紡織纖維，在五大化纖中具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的發(fā)展前景。但聚丙烯纖維由于其大分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度高，缺乏官能基與極性基團(tuán)，因此吸濕性差、不能染色，這限制了它的進(jìn)一步推廣。為使其成為更合用的服裝面料，必需對(duì)其實(shí)施改性?；w織物的改性方法很多，有化學(xué)方法，如在大分子鏈中引入第三組分的共聚、聚合物制造過(guò)程中加入改性添加劑的共混、在表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的浸及涂等的表面改性、變更纖維加工條件，通過(guò)形態(tài)變化以及復(fù)合、混紡、混織等手段實(shí)現(xiàn)的物理改性等。傳統(tǒng)的改性方法要消耗大量寶貴的水資源及化學(xué)藥品，不僅操作復(fù)雜，而且污染環(huán)境。等離子體改性是一種不用水的氣、固相干法加工方式，快速、高效、無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省能源，反應(yīng)僅涉及纖維100nm的淺表層，在不改變纖維基體的優(yōu)良性能的情況下賦予纖維新的特性。以往用于化纖織物表面改性的等離子體可由低氣壓輝光放電，大氣壓電暈放電和無(wú)聲放電產(chǎn)生。這三種放電等離子體化纖織物表面改性技術(shù)都存在各自無(wú)法解決的問(wèn)題，影響其發(fā)展與應(yīng)用。低氣壓輝光放電等離子體可提供大面積、均勻的等離子體，對(duì)化纖織物實(shí)現(xiàn)無(wú)損傷均勻表面改性，但它必須在低氣壓下運(yùn)行，由于需要抽真空，設(shè)備投資大，操作復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；而且所用的電能85％用于維持動(dòng)態(tài)真空，耗能大，成本高，因而低氣壓輝光放電等離子體化纖織物表面改性技術(shù)不適于工業(yè)化的廣泛應(yīng)用。大氣壓電暈放電和無(wú)聲放電等離子體雖在常壓下工作，但其放電等離子體中存在著大量高能量密度的細(xì)絲放電它們將對(duì)織物造成損傷，不適于化纖織物表面改性應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能在常壓下產(chǎn)生大面積、均勻、無(wú)損傷的輝光放電等離子體、能對(duì)多種化纖織物和聚合物膜或高分子膜，特別是絲普綸織物研究織物改性工藝的常壓輝光放電等離子體改性系統(tǒng)與方法，亦可用于小批量、非流水線生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，一種常壓輝光放電等離子體絲普綸及化纖織物在常壓下進(jìn)行表面改性的系統(tǒng)，它由常壓輝光放電等離子體源及其所在的改性裝置，供電系統(tǒng)，配氣供氣系統(tǒng)，氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)，氣體成分與等離子體活性分析系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)組成。
固連在改性裝置前法蘭上的隔斷將改性裝置分隔成進(jìn)樣室、改性室和成品室，通過(guò)可通行織物的兩個(gè)動(dòng)密封縫使改性室分別與進(jìn)樣室和成品室相連；改性室中心心有兩對(duì)在同一水平高度上、水平放置、通水冷卻、具有鏡面光潔表面的矩形不銹鋼放電電極，每對(duì)電極上下平行、極間距在1～50mm間可調(diào)，電極四周做成曲率半徑為20mm的曲面，兩電極相對(duì)的內(nèi)表面各固定有厚度為0.1～2mm的薄氧化鋁或石英玻璃介質(zhì)片，極間的常壓輝光放電提供織物改性所需之大面積、均勻等離子體；進(jìn)樣室與成品室對(duì)改性室內(nèi)的改性氣體，氣壓比大氣壓高80～800Pa，與大氣之間起氣氛緩沖作用，以減少工作氣體的漏失；動(dòng)密封縫由一對(duì)端頭密封、夾緊力可調(diào)的、轉(zhuǎn)動(dòng)的張緊輥相互擠壓形成，輥面鏡面光潔；織物卷繞與偏繞糾正機(jī)構(gòu)由一系列可轉(zhuǎn)動(dòng)的園柱型輥組成，織物卷繞與偏繞糾正機(jī)構(gòu)裝在裝置前法蘭內(nèi)側(cè)而封入改性裝置，成品卷繞輥由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使織物以一定的速度勻速通過(guò)改性室的電極間隙。
供電系統(tǒng)由中頻電源與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)字存儲(chǔ)示波器所組成。中頻電源是1～20kHz的調(diào)頻、0～20kV的調(diào)壓電源，它通過(guò)由高壓電感、電容組成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與等離子體源的上下電極相連，通過(guò)與放電電極相連的高壓探頭和電流探頭及數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放電電壓和放電電流的波形。
配氣供氣系統(tǒng)由氣源，質(zhì)量流量控制器，混氣室組成，通過(guò)氣閥與改性室相連。氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)由隔膜泵通過(guò)吸進(jìn)工作氣體經(jīng)加熱后再送回改性室的循環(huán)來(lái)加熱工作氣體和改性織物。配有超高真空泵的四極質(zhì)譜儀分析由針?lè)ゲ傻玫母男詺怏w的成分。改性室、進(jìn)樣室、成品室均裝有可測(cè)常壓范圍的壓力規(guī)，由壓力計(jì)監(jiān)測(cè)氣壓，監(jiān)測(cè)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)并反饋控制質(zhì)量流量控制器進(jìn)而控制進(jìn)氣量以維持改性室的工作氣壓，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)還采集由熱電偶溫度計(jì)測(cè)得的改性氣體與織物的溫度并控制氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)的加熱功率以維持工作氣體與織物的溫度。另外，工作氣體經(jīng)由針閥取樣送進(jìn)超高真空系統(tǒng)中的四極質(zhì)譜儀進(jìn)行氣體組份分析，而與光柵單色儀及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的石英光纖束組成的等離子體光譜診斷系統(tǒng)可通過(guò)石英窗實(shí)時(shí)測(cè)量、分析反應(yīng)等離子體的活性。
本發(fā)明的工藝過(guò)程如下研究與確定織物新品種的改性工藝需分兩步，即先通過(guò)小樣品實(shí)驗(yàn)確定和優(yōu)選工作氣體與放電參數(shù)，第二步對(duì)織物卷實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步確定織物的卷繞速度與電源的最佳工作電壓、頻率以及匹配網(wǎng)絡(luò)的工作參數(shù)。
第一步，關(guān)閉裝置與兩側(cè)法蘭，利用觀察窗做通道將經(jīng)過(guò)脫漿、烘干處理的織物小樣品置于放電電極之間，用排氣泵將系統(tǒng)抽至低真空，充入工作氣體，再抽、再充氣、直至氣體組分達(dá)到予定的組分與壓力，啟動(dòng)中頻電源與匹配網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生常壓輝光放電等離子體，啟動(dòng)氣體的加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱工作氣體至予定的工作溫度，啟動(dòng)氣體分析儀與等離子體光譜診斷系統(tǒng)測(cè)量分析氣體成分與等離子體活性，在用常壓輝光放電等離子體處理一定時(shí)間后取出樣品，進(jìn)行有關(guān)性能的檢測(cè)，如親水性、染色性等，再進(jìn)行遠(yuǎn)紅外譜、X-光電子譜等表面分析以確認(rèn)其改性機(jī)理，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)優(yōu)選工作氣體的組分和溫度，并初步確定電源的工作參數(shù)和達(dá)到改性所需之輻照時(shí)間；第二步，拉出前法蘭，將待改性織物卷置于前法蘭內(nèi)側(cè)的支架上，牽引織物穿過(guò)兩道動(dòng)密封縫和偏繞糾正輥，將前法蘭推進(jìn)裝置并使織物插入兩對(duì)電極之間，關(guān)閉前法蘭和兩側(cè)法蘭，在改性室氣壓為一個(gè)大氣壓加100～300Pa和予定的氣體溫度下，按前述工藝過(guò)程對(duì)卷繞中的織物進(jìn)行改性，進(jìn)一步確定織物的卷繞速度與電源的工作電壓、頻率以及匹配網(wǎng)絡(luò)的工作參數(shù)。在對(duì)織物確定了改性工藝參數(shù)后，即可按前述用于生產(chǎn)的工藝過(guò)程對(duì)在染整處理生產(chǎn)線上的織物進(jìn)行表面改性，與生產(chǎn)接軌。
設(shè)第一步實(shí)驗(yàn)確定的改性所需之輻照時(shí)間為t，每塊電極的寬度為B，則卷繞織物的線速度V為V＝2B/t 1采用上述技術(shù)方案能在常壓下產(chǎn)生能量密度合適的、大面積、均勻、輝光放電等離子體，它兼有低氣壓輝光放電和大氣壓電暈放電、無(wú)聲放電的優(yōu)點(diǎn)。由于工作氣壓僅比大氣壓高～102帕，可以較容易地通過(guò)動(dòng)密封維持改性室內(nèi)的工作氣體的氣氛與壓力，克服了為維持低氣壓輝光放電反應(yīng)室中氣氛而必需有多道動(dòng)密封及壓差抽氣系統(tǒng)因而消耗大量能量的困難，因而可以在合理的能耗水平下過(guò)渡到對(duì)染整處理生產(chǎn)線上的織物進(jìn)行在線改性，能直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；而且采用上述技術(shù)方案可以克服大氣壓電暈放電和無(wú)聲放電等離子體中存在高能量密度的細(xì)絲放電因而對(duì)織物造成損傷的困難。上述技術(shù)方案中的氣體溫度、氣體壓力、氣體組分、等離子體診斷等原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)監(jiān)控等離子體改性狀況，達(dá)到保證織物的改性提高成品率效果。采用上述用于研究的工藝過(guò)程還可以研究織物表面改性的作用機(jī)理，研究化纖織物新品種的改性工藝，設(shè)計(jì)針對(duì)新品種的化纖織物的表面改性裝置。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是；一、不同于低氣壓輝光放電等離子體，常壓輝光放電等離子體是在大氣壓或稍高于大氣壓的氣氛下運(yùn)行的，采用能維持改性室與大氣間～102Pa壓差的動(dòng)密封系統(tǒng)，可將織物改性工藝接軌進(jìn)織物染整作業(yè)的流水線，易過(guò)渡到工業(yè)應(yīng)用。
二、不同于大氣壓電暈放電、無(wú)聲放電等離子體表面改性技術(shù)，常壓輝光放電等離子體表面改性系統(tǒng)采用的是大面積、均勻輝光放電等離子體，不會(huì)產(chǎn)生細(xì)絲放電而造成織物損傷，等離子體的能量密度適中，適合于織物表面改性，而且其改性深度約為100nm的表面層，不會(huì)影響織物的整體性能。
三、采用中頻電源與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以高效率地把電能轉(zhuǎn)化為等離子體的能量，降低放電的閾值電壓，抑制絲狀放電。本系統(tǒng)除在充進(jìn)工作氣體之前用真空泵予抽之外不再使用真空泵，因而節(jié)省了為維持低氣壓與大氣壓之間的多道動(dòng)密封而耗費(fèi)的大量能耗。
四、氣體的加熱循環(huán)系統(tǒng)可加熱工作氣體并使工作氣體慢速流動(dòng)，提高了反應(yīng)活性和等離子體的均勻性，可提高改性的效果，還可擴(kuò)大要改性的織物的品種直至極難改性的絲普綸聚丙烯纖維。
五、采用氣體分析與等離子體光譜診斷系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作氣體與等離子體的成分與活性，在應(yīng)用時(shí)可提高成品率，在研究工藝階段則可用于研究改進(jìn)工藝和反應(yīng)機(jī)理。
六、設(shè)置有起改性室氣體與周?chē)髿庵g的氣氛緩沖作用的進(jìn)樣室與成品室，在應(yīng)用中，收放料機(jī)構(gòu)是在大氣中進(jìn)行收、放料的，可大大減少改性氣體的漏失。若要進(jìn)一步減少改性氣體的漏失，可采用雙重進(jìn)樣室、雙重成品室結(jié)構(gòu)，這樣一來(lái)改性室與大氣之間有三重動(dòng)密封來(lái)緩沖氣體的交換，當(dāng)然這種只起氣氛緩沖作用的“進(jìn)樣室”與“成品室”可以設(shè)計(jì)得很窄。
七、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制可使整個(gè)系統(tǒng)的工作智能化。


下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是APGDP織物表面改性系統(tǒng)總體框2是APGDP織物表面改性裝置結(jié)構(gòu)示意中1，常壓輝光放電等離子體源2，改性室3，進(jìn)樣室4，成品室5，動(dòng)密封6，7，織物卷繞機(jī)構(gòu)8，偏繞糾正機(jī)構(gòu)9，支架10，前法蘭11，導(dǎo)軌12，側(cè)法蘭14，隔斷15，調(diào)速電機(jī)16，中頻電源17，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18，數(shù)字存儲(chǔ)示波器19，電極20，氣源21，質(zhì)量流量控制器22，混氣室23，壓力規(guī)24，壓力計(jì)25，排氣泵26，氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)27，熱偶溫度計(jì)28，四極質(zhì)譜儀29，光譜儀30，針閥31，超高真空系統(tǒng)32，石英觀察窗33，光纖束34，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)35，改性織物36，絕緣介質(zhì)層37，電極柄38，絕緣介質(zhì)隔離。
具體實(shí)施例方式
一種常壓輝光放電等離子體絲普綸及化纖織物在常壓下進(jìn)行表面改性的系統(tǒng)，它由常壓輝光放電等離子體源及其所在的改性裝置，供電系統(tǒng)，配氣供氣系統(tǒng)，氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)，氣體成分與等離子體活性分析系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)組成。
固連在改性裝置前法蘭上的隔斷將改性裝置分隔成進(jìn)樣室、改性室和成品室，通過(guò)可通行織物的兩個(gè)動(dòng)密封縫使改性室分別與進(jìn)樣室和成品室相連；改性室中心心有兩對(duì)在同一水平高度上、水平放置、通水冷卻、具有鏡面光潔表面的矩形不銹鋼放電電極，每對(duì)電極上下平行、極間距在1～50mm間可調(diào)，電極四周做成曲率半徑為20mm的曲面，兩電極相對(duì)的內(nèi)表面各固定有厚度為0。1～2mm的薄氧化鋁或石英玻璃介質(zhì)片，極間的常壓輝光放電提供織物改性所需之大面積、均勻等離子體；進(jìn)樣室與成品室對(duì)改性室內(nèi)的改性氣體，氣壓比大氣壓高80～800Pa，與大氣之間起氣氛緩沖作用，以減少工作氣體的漏失；動(dòng)密封縫由一對(duì)端頭密封、夾緊力可調(diào)的、轉(zhuǎn)動(dòng)的張緊輥相互擠壓形成，輥面鏡面光潔；織物卷繞與偏繞糾正機(jī)構(gòu)由一系列可轉(zhuǎn)動(dòng)的園柱型輥組成，織物卷繞與偏繞糾正機(jī)構(gòu)裝在裝置前法蘭內(nèi)側(cè)而封入改性裝置，成品卷繞輥由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使織物以一定的速度勻速通過(guò)改性室的電極間隙。
供電系統(tǒng)由中頻電源與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)字存儲(chǔ)示波器所組成。中頻電源是1～20kHz的調(diào)頻、0～20kV的調(diào)壓電源，它通過(guò)由高壓電感、電容組成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與等離子體源的上下電極相連，通過(guò)與放電電極相連的高壓探頭和電流探頭及數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放電電壓和放電電流的波形。
配氣供氣系統(tǒng)由氣源，質(zhì)量流量控制器，混氣室組成，通過(guò)氣閥與改性室相連。氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)由隔膜泵通過(guò)吸進(jìn)工作氣體經(jīng)加熱后再送回改性室的循環(huán)來(lái)加熱工作氣體和改性織物。配有超高真空泵的四極質(zhì)譜儀分析由針?lè)ゲ傻玫母男詺怏w的成分。改性室、進(jìn)樣室、成品室均裝有可測(cè)常壓范圍的壓力規(guī)，由壓力計(jì)監(jiān)測(cè)氣壓，監(jiān)測(cè)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)并反饋控制質(zhì)量流量控制器進(jìn)而控制進(jìn)氣量以維持改性室的工作氣壓，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)還采集由熱電偶溫度計(jì)測(cè)得的改性氣體與織物的溫度并控制氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)的加熱功率以維持工作氣體與織物的溫度。另外，工作氣體經(jīng)由針閥取樣送進(jìn)超高真空系統(tǒng)中的四極質(zhì)譜儀進(jìn)行氣體組份分析，而與光柵單色儀及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的石英光纖束組成的等離子體光譜診斷系統(tǒng)可通過(guò)石英窗實(shí)時(shí)測(cè)量、分析反應(yīng)等離子體的活性。
左、右法蘭12始終保持密封，打開(kāi)一個(gè)石英觀察窗32，將經(jīng)過(guò)脫漿烘干處理的織物小樣品平放于放電電極19之間，即兩絕緣介質(zhì)板36之間的間隙中，用排氣泵25將改性室2、進(jìn)樣室3與成品室4抽至低真空100Pa，充入工作氣體至大氣壓，為減少工作氣體中的雜質(zhì)用排氣泵25將改性室2、進(jìn)樣室3與成品室4再抽至低真空100Pa，充工作氣體至一個(gè)大氣壓加100Pa，啟動(dòng)中頻電源16與匹配網(wǎng)絡(luò)17產(chǎn)生常壓輝光放電等離子體，啟動(dòng)氣體的加熱循環(huán)系統(tǒng)26加熱工作氣體至予定的工作溫度80攝氏度，啟動(dòng)氣體分析儀28與等離子體光譜診斷系統(tǒng)29測(cè)量分析氣體成分與等離子體活性，用放電等離子體對(duì)織物樣品進(jìn)行一定時(shí)間的表面改性，取出樣品，進(jìn)行有關(guān)性能的檢測(cè)，如親水性、染色性等，再進(jìn)行遠(yuǎn)紅外譜、X-光電子譜等表面分析以確認(rèn)其改性機(jī)理，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)優(yōu)選工作氣體的組分和溫度，然后調(diào)變電源16的電壓、頻率，電極19間隙以及匹配網(wǎng)絡(luò)17工作參數(shù)，提高所獲得的均勻、穩(wěn)定的輝光放電等離子體放電強(qiáng)度，力求縮短樣品改性所需之時(shí)間t；為確定和檢驗(yàn)生產(chǎn)線上的織物進(jìn)行表面改性的運(yùn)行速度，沿導(dǎo)軌將裝置上的前法蘭10向前移開(kāi)，把成卷的樣品織物裝上左端的織物卷繞輥6，牽引織物通過(guò)張緊輥之間的動(dòng)密封5縫隙，經(jīng)過(guò)糾偏張緊輥8把織物卷繞上右端的織物卷繞輥7，張緊織物，拉開(kāi)兩電極19的間距，在將前法蘭10向裝置推進(jìn)時(shí)把織物送進(jìn)兩電極19之間的間隙，將前法蘭10與裝置壓緊密封，用排氣泵25將改性室2、進(jìn)樣室3與成品室4抽至低真空100Pa，充工作氣體至大氣壓，為減少工作氣體中的雜質(zhì)用排氣泵25將改性室2、進(jìn)樣室3與成品室4再抽至低真空100Pa，充工作氣體至一個(gè)大氣壓加100Pa，啟動(dòng)氣體的加熱循環(huán)系統(tǒng)26加熱工作氣體至予定的工作溫度80攝氏度，啟動(dòng)四極質(zhì)譜儀28與等離子體光譜診斷系統(tǒng)29，測(cè)量、分析氣體成分與等離子體活性，用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)34保持工作氣體的溫度、壓力、成分與等離子體活性不變，再啟動(dòng)連接右卷繞輥7的調(diào)速電機(jī)15按前述公式1所確定的線速度V＝2B/t卷繞織物進(jìn)行改性，并檢驗(yàn)。式中，B為一塊電極的寬度，t為前述對(duì)不動(dòng)的小樣品的工藝實(shí)驗(yàn)所確定的能使織物改性的處理時(shí)間。
權(quán)利要求
1.絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性研究系統(tǒng)，由改性裝置、供電系統(tǒng)、配氣供氣系統(tǒng)、氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)、氣體成分與等離子體活性分析系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)組成，其特征在于，a.改性裝置是由常壓輝光放電等離子體源(1)及其所在的改性室(2)、進(jìn)樣室(3)、成品室(4)、動(dòng)密封機(jī)構(gòu)(5)、織物卷繞(6)、織物卷繞(7)、偏繞糾正機(jī)構(gòu)(8)、支架(9)、前法蘭(10)、兩側(cè)法蘭(12)調(diào)速電機(jī)(15)組成，固連在前法蘭(10)上的隔斷(14)將裝置分隔成進(jìn)樣室(3)、改性室(2)與成品室(4)，隔斷(14)與改性裝置之間的接觸面采用真空密封連接；b.供電系統(tǒng)由中頻電源(16)與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(17)以及數(shù)字存儲(chǔ)示波器(18)所組成，中頻電源(16)為1～20kHz調(diào)頻、0～20kV變壓的電源，它通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(17)與等離子體源的上下電極(19)相連，數(shù)字存儲(chǔ)示波器(18)通過(guò)高壓探頭與電流探頭與等離子體源的上下電極(19)相連，示波器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)(34)相連；c.配氣、供氣系統(tǒng)由氣源(20)、質(zhì)量流量控制器(21)、混氣室(22)、壓力規(guī)(23)、壓力計(jì)(24)和排氣泵(25)所組成，質(zhì)量流量控制器(21)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)(34)相連；d.氣體加熱循環(huán)系統(tǒng)(26)由通過(guò)閥門(mén)與改性室(2)相連的隔膜泵和加熱器以及熱偶溫度計(jì)(27)所組成，熱偶溫度計(jì)(27)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)(34)相連；e.氣體成分與等離子體活性分析系統(tǒng)由四極質(zhì)譜儀(28)與光譜儀(29)所組成，四極質(zhì)譜儀(28)通過(guò)針閥(30)與裝置相連，光譜儀(29)通過(guò)光纖束(33)與裝置相連，透過(guò)石英觀察窗(32)采集等離子體的光發(fā)射，四極質(zhì)譜儀(28)及光譜儀(29)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)(34)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性研究系統(tǒng)，其特征在于，等離子體源(1)是由表面鏡面光潔度6～11道、相距1～30mm間隙的兩對(duì)水平、平行放置的矩形不銹鋼電極(19)所組成，電極(19)四周為曲率半徑為10～30mm的曲面，在電極表面固定有厚度為0.1～2mm的絕緣介質(zhì)層(36)，電極與通水冷卻的電極柄(37)連接，電極柄(37)與改性室(2)之間有耐高壓的絕緣介質(zhì)隔離層(38)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性研究系統(tǒng)，其特征在于，織物卷繞(6，7)與偏繞糾正機(jī)構(gòu)(8)裝在前法蘭(10)內(nèi)側(cè)而封入改性裝置，始終關(guān)閉兩側(cè)的法蘭(12)，兩邊的緩沖室(3，4)即成了進(jìn)樣室(3)與成品室(4)。
4.使用權(quán)利要求1所述的絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性研究系統(tǒng)進(jìn)行絲普綸及化纖織物改性方法，其特征在于，第一步，關(guān)閉裝置與兩側(cè)法蘭，利用觀察窗做通道將經(jīng)過(guò)脫漿、烘干處理的織物小樣品置于放電電極之間，用排氣泵將系統(tǒng)抽至低真空，充入工作氣體，再抽—再充直至氣體組分達(dá)到予定的組分與一個(gè)大氣壓加80～800Pa的氣壓，啟動(dòng)，中頻電源與匹配網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生常壓輝光放電等離子體，啟動(dòng)氣體的加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱工作氣體至40～120度攝氏，啟動(dòng)氣體分析儀與等離子體光譜診斷系統(tǒng)測(cè)量分析氣體成分與等離子體活性，在用常壓輝光放電等離子體處理一定時(shí)間后取出樣品進(jìn)行有關(guān)性能的檢測(cè)，如親水性(含時(shí)效性)、染色性(含染色率，色飽和度)等，再進(jìn)行遠(yuǎn)紅外譜、X-光電子譜等表面分析以確認(rèn)其改性機(jī)理，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)優(yōu)選工作氣體的組分和溫度，并初步確定電源的工作參數(shù)和達(dá)到改性所需之輻照時(shí)間；第二步，拉出前法蘭，將待改性織物卷置于前法蘭內(nèi)側(cè)的支架上，牽引織物穿過(guò)兩道動(dòng)密封縫和偏繞糾正輥，將前法蘭推進(jìn)裝置并使織物插入兩對(duì)電極之間，關(guān)閉前法蘭和兩側(cè)法蘭，在改性室為一個(gè)大氣壓加80～800Pa的氣壓和40～120度攝氏的氣體溫度下，按前述工藝過(guò)程對(duì)卷繞中的織物進(jìn)行改性，進(jìn)一步確定織物的卷繞速度與電源的工作電壓、頻率以及匹配網(wǎng)絡(luò)的工作參數(shù)。在對(duì)織物確定了改性工藝參數(shù)后，即可交付生產(chǎn)裝置使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性方法，其特征在于，能改善絲普綸織物性能的工作氣體為二氧化碳、氧氣和氦氣的混和氣，分壓比為二氧化碳0～100％氧氣0～100％氦氣0～100％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性方法，其特征在于，能改善絲普綸織物性能的工作氣體為二氧化碳、氧氣和氦氣的混和氣，分壓比為氨氣 0～100％氦氣 0～100％。
全文摘要
絲普綸及化纖常壓輝光放電等離子體改性研究系統(tǒng)與方法屬于化纖改性、輝光放電、等離子體技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種能在常壓下產(chǎn)生大面積、均勻、無(wú)損傷的輝光放電等離子體的表面改性系統(tǒng)與技術(shù)，適于化纖織物及絲普綸織物改性工藝的實(shí)驗(yàn)研究和放電等離子體的特性及等離子體與表面相互作用機(jī)理等相關(guān)基礎(chǔ)研究，用以設(shè)計(jì)針對(duì)新品種的化纖織物的表面改性的工業(yè)生產(chǎn)裝置；本系統(tǒng)亦可用于絲普綸及化纖織物表面改性的小批量、非流水線生產(chǎn)。它既克服了大氣壓電暈放電和無(wú)聲放電等離子體中存在高能量密度的細(xì)絲放電對(duì)織物造成損傷的困難，又解決了低氣壓輝光放電等離子體改性裝置設(shè)備投資大，操作復(fù)雜，耗能大等問(wèn)題。
文檔編號(hào)D06M10/00GK1560352SQ20041002119
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者彪 顧, 顧彪, 徐茵 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)