專利名稱：射頻激勵等離子體織物改性處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紡織物表面改性處理技術(shù)，特別是利用射頻等離子體對織物改性處理的裝置。
紡織物表面改性處理一直受到人們重視?；w織物具有良好的強(qiáng)力、耐磨性、挺括性和尺寸穩(wěn)定性，吸濕、透濕性差，染色困難，容易產(chǎn)生靜電和沾污，穿著舒適程度遠(yuǎn)不如天然纖維。人們希望通過表面改性，使化纖織物保持其原有優(yōu)良性質(zhì)的同時(shí)，又具有服用舒適性。而采用毛料制成的西服多要求通過改性技術(shù)提高其抗油性能和染色性能；對絲綢或棉紡織物則希望通過改性技術(shù)提高其抗皺性能。經(jīng)過多年努力，人們開發(fā)出了多種多樣的材料改性處理方法和裝置，其中濕化學(xué)改性法一般是在一定溫度下將織物浸泡于處理液中，再經(jīng)過烘焙等工藝流程的處理，使織物的特性得到改變。這種方法的缺點(diǎn)是工序繁雜，產(chǎn)生的廢氣、廢液污染嚴(yán)重；光化學(xué)法是利用紫外燈發(fā)出的能量較高的短波長光子作用于織物表面，產(chǎn)生自由基，從而易于引入其它基團(tuán)，這種方法的反應(yīng)速度太慢，無法滿足紡織工業(yè)生產(chǎn)的要求。等離子體處理的方法是利用微波、射頻、高壓直流或交流電暈、或高頻(幾百kHz)放電等方面激勵的等離子體中的高能電子和亞穩(wěn)態(tài)粒子的能量大于聚合物內(nèi)的各種化學(xué)鍵的鍵能的原理，使其作用于織物表面的化學(xué)鍵導(dǎo)致其斷裂和重組，從而在表面產(chǎn)生自由基，易于引入其它功能基團(tuán)，近年來這一方法引起了國內(nèi)外紡織業(yè)工作者的廣泛注意，也取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但微波低溫等離子體使用中需要機(jī)械真空泵和擴(kuò)散真空泵兩級真空系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對真空條件高，而且難于產(chǎn)生大面積均勻的等離子體，其運(yùn)行費(fèi)用也非常昂貴，故其實(shí)用化存在著很大的困難；高壓直流或交流電暈、或高頻(幾百kHz)放電等離子體要求電壓高，既存在電極污染，又容易產(chǎn)生局部放電不均勻，甚至因此而損壞織物；而且處理深度較大(幾微米)，織物損失嚴(yán)重。迄今為止，文獻(xiàn)上報(bào)道的射頻等離子體織物改性只局限于小范圍內(nèi)的處理面積，通常有三種方式(1)先在石英玻璃管外表面繞上一組線圈，然后再在該繞組上加上射頻電壓，繞組所產(chǎn)生的電磁場就將在玻璃管內(nèi)激勵出等離子體；(2)在石英玻璃管外表面相對放置一組電極，再在該電極上加上射頻電壓，電極間的電磁場將在玻璃管內(nèi)激勵出等離子體，從而使置于其內(nèi)的織物得到改性處理(玻璃管內(nèi)部的低氣壓工作環(huán)境由真空泵維持)；(3)內(nèi)、外電極型鐘罩式放電結(jié)構(gòu)。這幾種方式的不足之處在于由于放電結(jié)構(gòu)的限制，難以實(shí)現(xiàn)大面積的均勻等離子體；而且一般電極間距較大，加上玻璃管的散熱特性較差，導(dǎo)致等離子體的溫度較高，容易損壞織物。
本實(shí)用新型的目的是提出一種射頻等離子體織物改性處理裝置，通過改變電極結(jié)構(gòu)、形狀，和織物通過等離子區(qū)的運(yùn)動形態(tài)，實(shí)現(xiàn)等離子體溫度低、放電大面積均勻、處理速度快、無污染的實(shí)用化要求。
本實(shí)用新型的射頻等離子體織物改性處理裝置，包括連接射頻的射頻電極對，具有工作氣體入口的密封室和通過管道連通密封室的真空泵，其特征在于1)所述密封室內(nèi)依托支架自上而下間隔裝有織物支撐滾筒、射頻電極對、織物傳動軸對，織物傳動軸對由主動軸和從動軸組成，2)所述射頻電極對由射頻高壓電極和射頻地電極組成，兩者均為大面積矩形板條電極，其內(nèi)具有空腔可容納流動冷卻水，3)冷卻水進(jìn)水管和出水管穿過密封室室壁連通所述大面積矩形板條電極空腔。
所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其進(jìn)一步的特征在于所述射頻源高壓輸出端串聯(lián)射頻功率匹配網(wǎng)絡(luò)再連接射頻高壓電極，射頻源接地端與射頻地電極連接，所述射頻電極對電極間距2—16mm，兩端跨接均壓電感，工作氣體可為空氣、氧氣、含氟氣體、氮?dú)?、氦氣、二氧化碳、氬氣?br> 所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，所述織物支撐滾筒和射頻電極對之間還可以裝有第二織物傳動軸對。
所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，所述射頻電極對可以為兩對或兩對以上，射頻電極對可并行放置、串行放置或串并行放置。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、工序相對比較簡單，無需象在化學(xué)處理方法中那樣使用很多種處理液對織物進(jìn)行處理，由于其本質(zhì)上是一種干式改性方法，因此不會產(chǎn)生很多廢液，可以避免對環(huán)境的污染；2、不需要微波等離子體所要求的超低氣壓反應(yīng)環(huán)境(＜＜1托)，工作氣壓可上升至幾托——幾百托，真空要求低，只需一級機(jī)械真空泵即可，便于實(shí)用化；3、易于產(chǎn)生大面積均勻的低溫等離子體，這從根本上克服了微波激勵法難于實(shí)現(xiàn)大面積均勻低溫等離子體的固有缺點(diǎn)，使工業(yè)實(shí)用化變?yōu)榭赡埽?、反應(yīng)速度比化學(xué)方法和光化學(xué)法快得多，可以滿足紡織行業(yè)的生產(chǎn)要求；5、沒有直流或高頻(幾百kHz)電暈法中電子轟擊電極時(shí)產(chǎn)生的濺射污染，而且處理深度大為降低，僅為50nm以內(nèi)，因此既使織物界面物相顯著改善而材料本相卻不受影響；6、采用大面積小間距的擴(kuò)散冷卻結(jié)構(gòu)，保證了等離子體溫度較低，不會對織物造成損壞。本實(shí)用新型的設(shè)備如用于對化纖織物進(jìn)行處理，則可在原來的結(jié)構(gòu)中引入親水性的含氧極性基團(tuán)，從而提高化纖織物的穿著舒適性、吸濕性和染色性。僅需改變不同的工作氣體，就可對其它面料如毛料、絲綢或棉織物等進(jìn)行相應(yīng)改性處理，提高織物的拒油性、抗皺性等，如采用含氟氣體，通過射頻等離子體處理即可在毛料織物中形成拒油性基團(tuán)等。該技術(shù)可大大提高紡織面料的質(zhì)量，將打破我國高檔紡織面料長期依賴進(jìn)口的局面，并可進(jìn)而參與國際競爭。本實(shí)用新型還可廣泛適用于高聚物塑料等高分子材料的大面積均勻改性處理，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益將是十分巨大的。


圖1為本實(shí)用新型橫截面示意圖。
圖2為本實(shí)用新型側(cè)剖面示意圖。
圖3為電極對排列方式示意圖。
現(xiàn)結(jié)合
圖1和圖2說明本實(shí)用新型的實(shí)施狀態(tài)。
圖1和圖2中，大功率射頻源1為10kW、27.12MHz，通過射頻功率匹配網(wǎng)絡(luò)2和引線柱9分別連接射頻高壓電極3和射頻地電極4，該兩電極均為長1.6米的大面積矩形板條電極，具有容納冷卻水的空腔5，電極3和4兩端跨接均壓電感6，密封室7為2M×0.8M×0.6M，具有工作氣體入口8，并與真空泵9相通，真空泵抽速可為30升/秒以上。密封室7的支架10上裝有織物支撐筒11，由主動軸和從動軸構(gòu)成的織物傳動軸對12和第二織物傳動軸對13。射頻源1接地端通過引線柱4-1連接射頻地電極4，射頻功率匹配網(wǎng)絡(luò)2通過引線柱3-1連接射頻高壓電極3，該引線柱3-1和密封室7的室壁間隔有絕緣套管14，射頻高壓電極3和射頻地電極4通過絕緣法蘭15裝于支架10上，冷卻水可通過進(jìn)水口5-1進(jìn)入電極空腔5內(nèi)，經(jīng)出水口5-2流出，電機(jī)16通過傳動皮帶17帶動織物傳動軸對12和第二織物傳動軸對13，密封室7內(nèi)的工作過程可通過觀察窗口18監(jiān)視。
對織物改性處理時(shí)，先將密封室抽成真空狀態(tài)，然后充入所要求的工作氣體，氣壓一般為幾托——幾百托，視具體織物材料而定，壓力由真空泵維持；再開啟射頻源，使得大面積矩形板條電極間產(chǎn)生均勻的低溫等離子體，電極內(nèi)流動冷卻水通過大面積電極的熱傳導(dǎo)擴(kuò)散作用，使得等離子體保持較低溫度，為保證良好的冷卻效果，電極間距較小，一般為2-16mm，等速同步轉(zhuǎn)動的織物傳動軸對12和第二織物傳動軸對13，以一定速度使置于織物支撐滾筒11上卷筒狀的成品紡織面料20通過電極間的等離子體區(qū)域19，成為改性處理后的織物21。對于寬度為1.6米的成品化纖織物，處理速度可達(dá)到60米/小時(shí)以上，完全滿足實(shí)用化要求。
為提高處理速度，可設(shè)計(jì)多種形式的組合電極結(jié)構(gòu)如圖3-(1)所示的一對平行長電極的簡單形式；圖3-(2)所示的兩對串行放置的分段電極形式；圖3-(3)所示的兩對交叉放置的分段電極形式；圖3-(4)所示的兩對長電極并行放置的結(jié)構(gòu)形式；圖3-(5)所示的三條電極的層疊式放電結(jié)構(gòu)，其中22為織物變向傳動軸。如有必要圖3所示結(jié)構(gòu)形式的電極可按串、并聯(lián)排列方式成倍增加，以進(jìn)一步增加作用面積和減少處理時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到實(shí)用要求。
本裝置適用于化纖、毛料、絲綢或棉紡等織物。對于不同的織物，僅需改變不同的工作氣體，即可達(dá)到不同的改性要求。如對化纖織物，可用氧氣作為工作氣體，通過該法處理后即可提高親水性、染色性、吸濕性和穿著舒適性等；而對于毛料織物，可將工作氣體換為無毒含氟氣體，經(jīng)該法處理后即可提高毛料織物的拒油性能、抗污性能等。視不同類型的織物和不同的改性要求，工作氣體還可以是氮?dú)狻鍤?、空氣或二氧化碳等。該裝置還可廣泛適用于其它高聚物材料的射頻等離子體大面積均勻改性處理，如高聚物塑料等。
權(quán)利要求1.一種射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，包括連接射頻的射頻電極對，具有工作氣體入口的密封室和通過管道連通密封室的真空泵，其特征在于1)所述密封室內(nèi)依托支架自上而下間隔裝有織物支撐滾筒、射頻電極對、織物傳動軸對，織物傳動軸對由主動軸和從動軸組成，2)所述射頻電極對由射頻高壓電極和射頻地電極組成，兩者均為大面積矩形板條電極，其內(nèi)具有空腔可容納流動冷卻水，3)冷卻水進(jìn)水管和出水管穿過密封室室壁連通所述大面積矩形板條電極空腔。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特征在于所述射頻源高壓輸出端串聯(lián)射頻功率匹配網(wǎng)絡(luò)再連接射頻高壓電極，射頻源接地端與射頻地電極連接，所述射頻電極對電極間距2—16mm，兩端跨接均壓電感，工作氣體可為空氣、氧氣、含氟氣體、氮?dú)?、氦氣、二氧化碳、氬氣?br> 3.如權(quán)利要求1或2所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特征在于所述織物支撐滾筒和射頻電極對之間裝有第二織物傳動軸對。
4.如權(quán)利要求1或2所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特征在于所述射頻電極對為兩對或兩對以上，射頻電極對可并行放置、串行放置或串并行放置。
5.如權(quán)利要求3所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特征在于所述射頻電極對為兩對或兩對以上，射頻電極對可并行放置、串行放置或串并行放置。
專利摘要射頻激勵等離子體織物改性處理裝置,密封室內(nèi)依托支架裝有織物支撐滾筒、射頻電極對、織物傳動軸對,射頻電極對由大面積矩形板條電極構(gòu)成,其內(nèi)具有空腔可容納流動冷卻水,電極間距2－10mm,密封室連通真空泵,并具有工作氣體入口。處理溫度低、速度快、放電大面積均勻,無污染,僅需改變空氣、氧、含氟氣體、氮、氦、氬、二氧化碳等不同的工作氣體,既可對化纖、毛料、絲綢或棉紡織品實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的大面積均勻改性處理,并可適用于高聚物塑料等高分子材料改性處理。
文檔編號D06M10/00GK2471812SQ0123981
公開日2002年1月16日 申請日期2001年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月17日
發(fā)明者王又青 申請人:華中科技大學(xué)