本發(fā)明涉及材料表面處理技術(shù)，具體為一種大氣常壓低溫等離子體連續(xù)絲束纖維處理設(shè)備及處理方法。

背景技術(shù)：

碳纖維或高分子纖維是一種性能優(yōu)秀的新型材料，但是未經(jīng)表面處理的碳纖維或高分子纖維表面光滑，表現(xiàn)出憎水性，與高聚物的界面結(jié)合較差，致使復(fù)合材料的強(qiáng)度不高，碳纖維或高分子纖維的優(yōu)異性不能得到充分利用。國(guó)內(nèi)行業(yè)中對(duì)碳纖維或高分子纖維表面處理的傳統(tǒng)方法是在具有一定電解質(zhì)濃度的酸性溶液中，在一定溫度條件下，對(duì)碳纖維或高分子纖維材料進(jìn)行一段時(shí)間的表面氧化處理，但這種處理方法存在操作繁瑣、間歇性工作且工業(yè)污染嚴(yán)重的缺陷。

等離子體表面處理技術(shù)為一種新的材料表面處理技術(shù)，一般用于處理碳纖維或高分子纖維的方法包括兩種，其中一種為射流式，即在一個(gè)大氣壓下，利用氮?dú)庾鳛楸砻嫣幚斫橘|(zhì)，用噴槍產(chǎn)生的射流式等離子體對(duì)運(yùn)動(dòng)中的纖維進(jìn)行等離子轟擊，提高材料的表面能，與傳統(tǒng)的材料處理方式相比，該方法具有清潔無(wú)污染、操作方便、可持續(xù)性工作的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在1）處理面積小，較難做到四周全面處理；2）材料帶電，安全上有隱患；3）氣體的轟擊使纖維束松散等不足；另一種為真空中產(chǎn)生等離子體，對(duì)絲束纖維做表面處理，但該方法設(shè)備體積龐大，價(jià)格和成本高昂，無(wú)法在線快速的完成處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)現(xiàn)有的可產(chǎn)生低溫等離子體的設(shè)備存在的缺點(diǎn)，提供一種在大氣常壓下均勻放電產(chǎn)生的低溫等離子體對(duì)連續(xù)的絲束纖維類材料進(jìn)行工業(yè)化連續(xù)在線處理的設(shè)備及處理方法，其技術(shù)方案為：

一種大氣常壓低溫等離子體連續(xù)絲束纖維處理設(shè)備，包括等低溫離子體發(fā)生裝置、放料裝置和卷收裝置，其特征在于：所述低溫等離子體發(fā)生裝置的進(jìn)料口一側(cè)和出料口一側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)有若干交錯(cuò)布置的輔助導(dǎo)輪，從放料裝置方向傳來(lái)的絲束纖維依次繞過(guò)所述交錯(cuò)布置的輔助導(dǎo)輪，使得絲束纖維循環(huán)往復(fù)多次通過(guò)等離子體發(fā)生裝置的放電區(qū)域后，再傳向卷收裝置；所述輔助導(dǎo)輪為金屬導(dǎo)輪，通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)接地。

在上述方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)選的方案還包括：

所述低溫等離子體發(fā)生裝置包括集風(fēng)罩和設(shè)置在集風(fēng)罩內(nèi)的兩只平行的低溫等離體子放電電極，絲束纖維從兩放電電極之間穿過(guò)，所述集風(fēng)罩的左右兩側(cè)設(shè)有進(jìn)料口和出料口，集風(fēng)罩的后側(cè)設(shè)有與抽風(fēng)系統(tǒng)連接的出風(fēng)口，集風(fēng)罩前側(cè)的蓋板在對(duì)準(zhǔn)放電電極的位置設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，使得進(jìn)風(fēng)集中吹向電極。

集風(fēng)罩內(nèi)，所述兩放電電極的上下方分別設(shè)有一個(gè)擋板，避免上下方向的氣流帶動(dòng)絲線過(guò)于靠近放電電極。

上文中，為了便于闡明方案所使用的“上下”、“左右”、“前后”為三者之間的相對(duì)參照，非絕對(duì)方位，根據(jù)等離子體發(fā)生裝置集風(fēng)罩在設(shè)備上安裝方位的變化，其絕對(duì)方位會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。

所述等離子體發(fā)生裝置設(shè)有放電間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述放電間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在其一放電電極兩端的可移動(dòng)的電極安裝座上，所述電極安裝座通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓與所述集風(fēng)罩連接，旋擰調(diào)節(jié)螺栓，該放電電極向遠(yuǎn)離或靠近另一放電電極的方向平行移動(dòng)。

所述放電電極為條狀的剛玉介質(zhì)或石英介質(zhì)覆蓋表面的方形電極，所述調(diào)節(jié)螺栓的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)用于調(diào)節(jié)平衡的輔助調(diào)節(jié)螺栓。

所述放電電極的兩端固定在電極安裝座上，并卡在限位塊的限位凹槽內(nèi)，所述限位塊固定所述電極安裝座上。

所述放電電極包括外部的剛玉或石英方形管和設(shè)置在剛玉或石英方形管內(nèi)的空心銅管，所述剛玉或石英方形管的內(nèi)壁與空心銅管外壁之間的環(huán)形管腔中填充有金屬和金屬氧化物的混合粉末，所述空心銅管的兩端與通風(fēng)系統(tǒng)連接，用于放電電極內(nèi)部的散熱。

所述放電電極的長(zhǎng)度為不大于250mm,兩只放電電極的間距可調(diào)整的放電范圍是0～20mm。

所述等離子體發(fā)生裝置設(shè)有差分輸出高頻高壓電源，兩只放電電極分別與所述差分輸出高頻高壓電源的輸出端連接，連接兩放電電極的電源輸出端電壓相等、相位相反，使得兩只放電電極之間的電壓為兩個(gè)差分電壓絕對(duì)值之和，約為每路電壓的兩倍，而在兩只放電電極的中間位置，兩個(gè)差分電壓的矢量之和為零。

所述絲束纖維經(jīng)過(guò)放電區(qū)域時(shí)，位于兩電極的中間位置，放電電極中間位置的電位于地電位接近或相等，這樣在處理導(dǎo)電材料，如碳纖維時(shí)，使材料上的感應(yīng)電壓將至最低甚至為零。

一種用于如上所述低溫等離子體絲線材料處理設(shè)備的處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

在低溫等離子體發(fā)生裝置進(jìn)料口一側(cè)和出料口一側(cè)分別設(shè)有上下兩排導(dǎo)輪安裝桿，且每排包括一個(gè)以上的導(dǎo)輪安裝桿，每個(gè)導(dǎo)輪安裝桿上串有兩個(gè)以上的輔助導(dǎo)輪，位于同一排導(dǎo)輪安裝桿上的輔助導(dǎo)輪在走料方向上交錯(cuò)布置，上排導(dǎo)輪安裝桿位于靠近所述集風(fēng)罩進(jìn)料口或出料口的位置，下排導(dǎo)輪安裝桿位于所述集風(fēng)罩下方的位置；

將絲束纖維從放料裝置放出，來(lái)到低溫等離體子發(fā)生裝置進(jìn)料口，從所述進(jìn)料口一側(cè)上排的一輔助導(dǎo)輪上繞過(guò)，從所述進(jìn)料口進(jìn)入，從低溫等離體子發(fā)生裝置出料口穿出后，再依次繞過(guò)出料口一側(cè)的一上排輔助導(dǎo)輪、出料口一側(cè)一下排輔助導(dǎo)輪、集風(fēng)罩下方、進(jìn)料口一側(cè)一下排輔助導(dǎo)輪和進(jìn)料口一側(cè)一上排輔助導(dǎo)輪，回到低溫等離體子發(fā)生裝置進(jìn)料口的位置，且每個(gè)輔助導(dǎo)輪被繞過(guò)數(shù)量不超過(guò)一次，通過(guò)交錯(cuò)的輔助導(dǎo)輪，使絲束纖維循環(huán)往復(fù)多次通過(guò)放電區(qū)域后，再傳到卷收裝置處。

有益效果：

1）在本發(fā)明大氣常壓低溫等離子體連續(xù)絲束纖維處理設(shè)備及處理方法中，待處理的絲束纖維經(jīng)過(guò)兩放電電極之間，使得絲束纖維四周得到同樣的低溫等離子體處理。通過(guò)錯(cuò)位排列的輔助導(dǎo)輪，使絲束纖維在一次放料和卷收過(guò)程中多次通過(guò)放電區(qū)域，使低溫等離子體發(fā)生裝置在電極不延長(zhǎng)的前提下，放電區(qū)域處理材料的長(zhǎng)度倍增，避免了長(zhǎng)電極在持續(xù)工作時(shí)易因溫度而產(chǎn)生微小變形，使得放電不均勻和經(jīng)過(guò)放電區(qū)絲束過(guò)長(zhǎng)時(shí)易顫絲的情況。同時(shí)使與絲束纖維滑動(dòng)接觸的導(dǎo)輪接地，使材料接地不帶電。本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)便，且安全可靠。

2）在進(jìn)一步的方案設(shè)計(jì)中，低溫等離子體發(fā)生裝置放電區(qū)域通過(guò)抽風(fēng)的方式將外部空氣通過(guò)集風(fēng)罩前側(cè)的進(jìn)風(fēng)口吸入集風(fēng)罩并集中吹向電極，散熱效率高，且進(jìn)風(fēng)口可同時(shí)用做觀察窗。所述擋板的設(shè)計(jì)可降低氣流對(duì)絲線的影響，避免絲線因過(guò)于靠近電極而吸附在電極上。

3）在進(jìn)一步的方案設(shè)計(jì)中，通過(guò)作為電極的剛玉或石英方形管的內(nèi)壁與空心銅管外壁之間的環(huán)形管腔中填充金屬和金屬氧化物的混合粉末，當(dāng)電極產(chǎn)生低溫等離子體進(jìn)行放電后，溫度過(guò)高的電極部分內(nèi)金屬粉末氣化，在剛玉或石英方形管內(nèi)壁形成均勻金屬膜，使得電極上的溫度得以均衡，放電均勻。

4）在進(jìn)一步的方案設(shè)計(jì)中，低溫等離子體發(fā)生裝置采用差分饋電，在大氣常壓下通過(guò)差分饋電輸出高頻高壓激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電極，如方形剛玉或石英介質(zhì)覆蓋的電極等，來(lái)產(chǎn)生均勻放電，均勻處理絲束纖維狀材料，如果處理金屬或者半導(dǎo)絲束狀材料，比如碳纖維，由于材料處于兩只放電電極的中間位置，金屬或者半導(dǎo)絲束狀材料上的感應(yīng)電壓為零。即使周圍物體或者人員觸碰到也不會(huì)因有感應(yīng)帶電而產(chǎn)生危險(xiǎn)。。

5）本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有操作簡(jiǎn)便、可控性強(qiáng)、處理成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可根據(jù)處理試件的幅面尺寸及處理效果要求，靈活調(diào)整設(shè)備處理區(qū)域的尺寸和工藝設(shè)置，且在常壓空氣中處理，處理成本低廉、效率高。

附圖說(shuō)明

圖1為低溫等離子體發(fā)生裝置差分饋電介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)的示意圖 ；

圖2為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為放電電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為低溫等離子體發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

上圖中，1差分輸出高頻高壓電源、2放電電極、3碳纖維或高分子纖維束、4放電區(qū)域、5輔助導(dǎo)輪、6卷收裝置、7放料裝置、8螺紋口、9進(jìn)氣口、10出氣口、11調(diào)節(jié)螺栓、12電極安裝座、13限位塊、14集風(fēng)罩、15擋板、16進(jìn)料口和出料口。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。

本實(shí)施例中以處理碳纖維或高分子纖維束3為例，如圖1至圖3所示的一種大氣常壓低溫等離子體連續(xù)絲束纖維處理設(shè)備，包括箱體、低溫等離子體發(fā)生裝置、放料裝置7、卷收裝置6、張力調(diào)整機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪等組成部件。

所述低溫等離子體發(fā)生裝置為差分高頻高壓饋電介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生裝置，設(shè)有差分輸出高頻高壓電源1，所述低溫等離子體發(fā)生裝置設(shè)有集風(fēng)罩14以及安裝在集風(fēng)罩14內(nèi)的上下兩只放電電極2，兩只放電電極2相互平行，分別與所述差分輸出高頻高壓電源1的輸出端連接，連接兩放電電極2的電源輸出端的電壓相等、相位相反，故兩放電電極2中間位置形成零電勢(shì)面，所述碳纖維或高分子纖維束3穿過(guò)放電區(qū)域時(shí)，應(yīng)盡量控制在所述零電勢(shì)面的位置。

所述放電電極2為條狀的方形電極，所述放電電極2以剛玉為阻擋介質(zhì)，設(shè)有外部剛玉方形管和設(shè)置在剛玉方形管內(nèi)的空心銅管，所述剛玉方形管的內(nèi)壁與空心銅管外壁之間的環(huán)形管腔中填充有金屬和金屬氧化物的混合粉末，如鋁粉及其氧化物粉末的混合物等，所述空心銅管的兩端（即電極內(nèi)腔進(jìn)氣口9與出氣口10）與通風(fēng)系統(tǒng)連接。

所述集風(fēng)罩14的左右兩側(cè)設(shè)有進(jìn)料口和出料口16，集風(fēng)罩的后側(cè)設(shè)有與抽風(fēng)系統(tǒng)連接的出風(fēng)口，集風(fēng)罩前側(cè)的蓋板（未圖示）在對(duì)準(zhǔn)放電電極2的位置設(shè)有與放電電極2形狀適應(yīng)的長(zhǎng)型進(jìn)風(fēng)口。集風(fēng)罩內(nèi)，兩放電電極2的上下方分別設(shè)有一個(gè)絕緣材料制作的擋板15。

所述低溫等離子體發(fā)生裝置的進(jìn)料口一側(cè)和出料口一側(cè)均設(shè)有上下兩排共四根導(dǎo)輪安裝桿，每根安裝桿上固定有兩個(gè)輔助導(dǎo)輪5，同一排的輔助導(dǎo)輪5在橫向方向前后交錯(cuò)，上排的四根安裝桿與集風(fēng)罩左右兩側(cè)的豁口16位于同一水平高度，下排安裝桿位于集風(fēng)罩14下方。碳纖維或高分子纖維束3從放料裝置7放出，經(jīng)過(guò)若干導(dǎo)向桿，從上排其一輔助導(dǎo)輪5上繞過(guò)，來(lái)到低溫等離子體發(fā)生裝置進(jìn)料口的位置，從低溫等離子體發(fā)生裝置進(jìn)料口進(jìn)入，從其出料口穿出后，從對(duì)應(yīng)的下排輔助導(dǎo)輪和所述集風(fēng)罩14的下方繞過(guò)，回到等離子體發(fā)生裝置進(jìn)料口。通過(guò)交錯(cuò)的輔助導(dǎo)輪5，碳纖維或高分子纖維束3循環(huán)往復(fù)四次通過(guò)放電區(qū)域4后，繞過(guò)導(dǎo)向桿傳到卷收裝置6的位置。本實(shí)施例中，所述輔助導(dǎo)輪5或其它安裝在導(dǎo)向桿上的導(dǎo)輪均采用金屬導(dǎo)輪，所述金屬導(dǎo)輪通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)接地，碳纖維或高分子纖維束3從導(dǎo)輪中間的限位凹槽中滑過(guò)，與導(dǎo)輪滑動(dòng)接觸，使得碳纖維或高分子纖維束3接地不帶電。

所述放料裝置7到等離子體發(fā)生裝置之間設(shè)有材料張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，使碳纖維或高分子纖維束3在處理過(guò)程中始終保持一定張力，不顫動(dòng)。

所述低溫等離子體發(fā)生裝置設(shè)有放電間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述放電電極2的兩端固定在絕緣材料制成的電極安裝座12上，優(yōu)選采用聚四氟乙烯，位于上方的放電電極2兩端通過(guò)可移動(dòng)的電極安裝座固定，所述集風(fēng)罩14的上部在對(duì)應(yīng)該電極安裝座的位置設(shè)有螺紋口8，該電極安裝座通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓11與所述集風(fēng)罩14的上蓋板連接，旋擰調(diào)節(jié)螺栓11，上方的放電電極可向遠(yuǎn)離或靠近下方放電電極的方向移動(dòng)，改變放電區(qū)域4間隙的高度，適應(yīng)一定范圍內(nèi)不同的材料規(guī)格。放電電極2兩端設(shè)有限位塊13，所述限位塊13固定在電極安裝座12上，放電電極2兩端卡在限位塊13的方形限位凹槽內(nèi)，避免電極傾斜，所述調(diào)節(jié)螺栓11的兩側(cè)也對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)用于輔助調(diào)節(jié)電極平衡的輔助調(diào)節(jié)螺栓，以保障放電電極2工作時(shí)處于水平狀態(tài)。

所述低溫等離體子發(fā)生裝置的集風(fēng)罩14和放電電極2安裝在設(shè)備箱體上部外側(cè)，所述低溫等離體子發(fā)生裝置的電源部分、抽風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、放料裝置7和卷收裝置6的電機(jī)部分安裝在設(shè)備箱體內(nèi)。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，抽風(fēng)系統(tǒng)工作，使外部的空氣從集風(fēng)罩14前蓋板進(jìn)風(fēng)口處進(jìn)入，集中吹向電極，熱氣從電極后側(cè)的出風(fēng)口排出，同時(shí)可使通風(fēng)系統(tǒng)工作，對(duì)電極內(nèi)腔通入壓縮氣體，從內(nèi)部冷卻放電電極2，保障電極在連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中正常運(yùn)行，不會(huì)因高溫變形，導(dǎo)致電極間產(chǎn)生的等離子體不均勻影響處理效果的情況。

本實(shí)施例中，所述放電電極2的長(zhǎng)度不大于250mm，兩只放電電極的間距可調(diào)整的放電范圍是0～20mm,從等離子體發(fā)生裝置進(jìn)料口輔助導(dǎo)輪到出料口輔助導(dǎo)輪的距離也應(yīng)盡可能的短，絲線長(zhǎng)時(shí)容易產(chǎn)生顫絲。本實(shí)施例中，將兩個(gè)放電電極作為一個(gè)電極組，在需要的情況下，可以行進(jìn)多組串聯(lián)、并聯(lián)的增加，在電源功率足夠大的情況下，電極組數(shù)量可以是1～幾百組。

上述的低溫等離子體絲線材料處理設(shè)備的處理方法，包括以下步驟：

在低溫等離子體發(fā)生裝置進(jìn)料口一側(cè)和出料口一側(cè)分別設(shè)有上下兩排導(dǎo)輪安裝桿，且每排包括兩個(gè)以上的導(dǎo)輪安裝桿，每個(gè)導(dǎo)輪安裝桿上串有兩個(gè)以上的輔助導(dǎo)輪5，位于同一排導(dǎo)輪安裝桿上的輔助導(dǎo)輪5在走料方向上前后交錯(cuò)布置，上排導(dǎo)輪安裝桿位于靠近所述集風(fēng)罩14進(jìn)料口或出料口16的位置，下排導(dǎo)輪安裝桿位于所述集風(fēng)罩14下方的位置。

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程如下：

步驟一、根據(jù)絲束纖維的直徑，調(diào)整兩低溫等離子體放電電極的間距；

步驟二、將絲束纖維依次從放料裝置7放出，經(jīng)過(guò)若干導(dǎo)向桿，來(lái)到低溫等離體子發(fā)生裝置進(jìn)料口，從所述進(jìn)料口一側(cè)上排的一輔助導(dǎo)輪5上繞過(guò)，從所述進(jìn)料口進(jìn)入，從低溫等離體子發(fā)生裝置出料口穿出后，再依次繞過(guò)出料口一側(cè)的一上排輔助導(dǎo)輪5、出料口一側(cè)一下排輔助導(dǎo)輪5、集風(fēng)罩14下方、進(jìn)料口一側(cè)一下排輔助導(dǎo)輪5和進(jìn)料口一側(cè)一上排輔助導(dǎo)輪5，回到低溫等離體子發(fā)生裝置進(jìn)料口的位置，且每個(gè)輔助導(dǎo)輪5被繞過(guò)數(shù)量不超過(guò)一次，使放電區(qū)域內(nèi)的絲束纖維段相互不接觸，通過(guò)交錯(cuò)的輔助導(dǎo)輪5，使絲束纖維循環(huán)往復(fù)多次通過(guò)放電區(qū)域后，再傳到卷收裝置6處；

步驟三、開(kāi)啟設(shè)備總電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟低溫等離子體發(fā)生裝置電源，通過(guò)操控按鍵設(shè)置放料裝置、卷收裝置轉(zhuǎn)速、開(kāi)合停輥?lái)憫?yīng)時(shí)間等參數(shù)，開(kāi)啟設(shè)備啟動(dòng)開(kāi)關(guān)；

步驟四、電機(jī)輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)放料裝置、卷收裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，低溫等離子體放電區(qū)域放電；

步驟五、按下停止按鈕，設(shè)備停止工作，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的臭氧和熱能經(jīng)金屬集風(fēng)罩排到室外。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)、說(shuō)明書(shū)及其等效物界定。