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化學(xué)纖維的激光改性方法及其裝置的制作方法

文檔序號:3003306閱讀:196來源:國知局
專利名稱:化學(xué)纖維的激光改性方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明公開的是一種利用激光來改善化學(xué)纖維性能的方法,它屬于化學(xué)纖維改性的新技術(shù)范疇。本發(fā)明同時還公開了用于化學(xué)纖維的激光改性裝置。
改善化學(xué)纖維的服用性能,使其具有天然化的親水性、柔軟性、透氣性等,始終是化纖行業(yè)提高其產(chǎn)品國際競爭能力的重要手段。傳統(tǒng)的化纖生產(chǎn),多是從行業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)過程出發(fā),通過化學(xué)或物理的方法來提高化纖產(chǎn)品的質(zhì)量和改善化學(xué)纖維的使用性能,比如提倡化纖生產(chǎn)的差別化、功能化技術(shù),在化纖成分、添加微量元素、纖度、截面形狀、纖維長短、混纖比例等等方面開發(fā)新產(chǎn)品;鼓勵采用先進(jìn)的紡織設(shè)備與工藝,提高無結(jié)頭、無疵紗、精紗和無梭布的比重;推行先進(jìn)、高檔化的印染后整理技術(shù),增加面料的高檔化花色品種,改善面料的外觀風(fēng)格、手感性能、懸垂性、成型性,減少疵點等等。但在目前的化纖行業(yè)已有的改性技術(shù)中,尚沒有使用激光直接作用于化學(xué)纖維,來對化學(xué)纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改造,從而達(dá)到使化學(xué)纖維改性的目的。
眾所周知,同是化學(xué)制品,海綿的吸水性能、柔軟性、透氣性等都是普通的化學(xué)纖維織物所不能比的,其原因是海綿的結(jié)構(gòu)中充滿了氣孔,這些氣孔使海綿具有了良好的性能。如果將化學(xué)纖維的表面結(jié)構(gòu),也能改變成類似于海綿的布滿氣孔的結(jié)構(gòu),其使用性能將會有明顯的改善。
本發(fā)明的目的是提供一種利用激光來改善化學(xué)纖維性能的方法,并為實施這種方法提供一種裝置。
上述目的是這樣來實現(xiàn)的首先把激光器發(fā)射出的連續(xù)激光,經(jīng)過超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置的調(diào)制,產(chǎn)生出多路超高頻率的脈沖激光;該脈沖激光經(jīng)不同反射鏡組所組成的光路,從不同的方向通過透鏡聚焦后,照射到運動著的化學(xué)纖維(絲)上;每一個激光脈沖都在化學(xué)纖維的表面產(chǎn)生一個燒蝕的微孔,每兩個連續(xù)的脈沖都分別落在兩個不同的方向上,從而使化學(xué)纖維的表面形成排列有序、互不連通、分布在不同方向上的密集燒失的微孔,使得化學(xué)纖維的表面呈類似于線狀海綿體的結(jié)構(gòu),因此形成一種改變化學(xué)纖維的使用性能的新方法。
實現(xiàn)上述方法的裝置是由一臺能產(chǎn)生連續(xù)激光的激光器、一套超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置、數(shù)組反射鏡組、數(shù)個透鏡和化學(xué)纖維的定位裝置等組成。激光器的選用是根據(jù)所要改性的化學(xué)纖維的纖度來決定的??梢赃x用的連續(xù)出光的激光器有CO2激光器、YAG激光器等。超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置,是由一臺高速主軸電機(jī)和一個斬光盤組成。該斬光盤有許多的齒。在斬光盤轉(zhuǎn)動過程中,每個齒都高速地斬斷連續(xù)激光,從而形成激光脈沖。在每個齒的迎光面上,至少分布有兩個以上的不同法線方向的反光面,每個反光面在圓周方向的寬度相等,并相等于相鄰兩個齒間的齒間距。聚焦使用的數(shù)個透鏡的安放位置,必須確保從不同方向反射過來的激光,經(jīng)聚焦后所形成的焦點完全重合,并使焦點落在化學(xué)纖維運動軌跡的中心線上。
經(jīng)過激光改性的化學(xué)纖維,其織物的服用性能會有明顯的改善。其原因是化學(xué)纖維的表面分布了密集的微孔,增加了化學(xué)纖維的儲氣能力,因而提高了其織物的保暖性;由于大量的微孔存在,而且微孔之間互不連通,微孔實際上是盲孔,當(dāng)化學(xué)纖維遇水時,微孔中吸入的水分不會輕易流出,致使其儲水的能力大大增強,因此使用激光改性的化學(xué)纖維生產(chǎn)的織物,其吸水能力也顯著的提高;由于微孔的形成,主要是被脈沖激光的瞬間高能量(可達(dá)103~106W/mm2)予以氣化,因此經(jīng)改性的化學(xué)纖維,其比重有所減輕,由此生產(chǎn)的織物顯得更輕盈;同時高密度的微孔顯著的增加了化學(xué)纖維的比表面積和空隙率,使纖維變得柔軟,所以其織物增加了穿著的舒適感。除此之外,由于化學(xué)纖維絕大多數(shù)都是數(shù)根更細(xì)的纖維絲捻成,在激光燒蝕的瞬間,接收光電子能量多的地方被汽化,接收光電子能量少的地方被熔化,被汽化的地方成為空隙(微孔),被熔化的地方因為汽化壓力的作用使纖維絲相互粘結(jié)在一起,因而,經(jīng)激光改性的化學(xué)纖維的強度不會降低,也不會產(chǎn)生斷頭,不會防礙紡織生產(chǎn)。
下面結(jié)合附圖
和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖一為本發(fā)明有三路光路的實施例的原理透視圖。
圖二為本發(fā)明圖一的俯視圖。
圖三為本發(fā)明中斬光盤齒形局部的透視圖。
圖一為本發(fā)明在分三路光路的實施例的透視圖。如圖所示由激光器(1)發(fā)射出的連續(xù)激光(2),經(jīng)過超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置(3)的調(diào)制,產(chǎn)生出三路超高頻率的脈沖激光(2-1、2-2、2-3)。該三路激光脈沖中,其中的兩路激光脈沖(2-1、2-3)經(jīng)過各自的反射鏡組(4-1a和4-1b、4-3a和4-3b),被反射到各自的透鏡(5-1、5-3)前,而另一路激光脈沖(2-2)直接對準(zhǔn)自己的透鏡(5-2),所以該三路激光脈沖便依次從三個方向經(jīng)過各自的透鏡(5-1、5-2、5-3)聚焦后,照射到運動中的化學(xué)纖維(6)上,從而在化學(xué)纖維上形成密集的、互不連通的、分布在不同方向上的燒蝕微孔(7)。
如圖一所示,連續(xù)激光(2)可以是激光器(1)發(fā)射出的全部激光,也可以是從其中分出的一部分。當(dāng)連續(xù)激光(2)是其中的一部分時,一臺激光器可以分出數(shù)路激光。因此一臺激光器可以為數(shù)臺化學(xué)纖維的激光改性裝置提供激光光源。激光器的選用是根據(jù)所要改性的化學(xué)纖維的纖度來決定的??梢赃x用的連續(xù)出光的激光器有CO2激光器、YAG激光器等。不同的激光器所形成的聚焦光斑的最小尺寸有所不同。激光的波長越小,可能形成的聚焦光斑的尺寸就越小,就越適合越細(xì)的化學(xué)纖維的改性需要。
如圖一所示,化學(xué)纖維(6)是被上下成對的定位裝置(8)所固定的。定位裝置(8)所確定的化學(xué)纖維運動軌跡的中心線,是與各個透鏡(5-1、5-2、5-3)聚焦的焦點中心連線重合。因此,分布在不同方向上的聚焦透鏡(5-1、5-2、5-3)在安裝時,要求很高的精度,必須確保各個透鏡(5-1、5-2、5-3)的聚焦焦點落在化學(xué)纖維運動的軌跡中心線上。各個透鏡(5-1、5-2、5-3)的聚焦焦點最好是完全重合,以使不同方向上的微孔(7)呈規(guī)則的螺旋線狀分布,保證化學(xué)纖維的強度保持到最大范圍。
圖二為本發(fā)明圖一的俯視圖。如圖所示,超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置(3)的調(diào)制與分光原理是構(gòu)成超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置(3)的斬光盤(3-1),其圓周上分布了上百個齒;當(dāng)斬光盤(3-1)的傳動裝置——高速主軸電機(jī)(3-2)轉(zhuǎn)動時,每個齒都能將連續(xù)激光(2)斬斷,使得透過斬光盤的部分激光(見圖三)成為具有確定重復(fù)周期的一路激光脈沖(2-2);而在斬光盤(3-1)的迎光側(cè)面,每一個齒上都分布了至少兩個(本例為兩個)不同法線方向的反射面(A面、B面),每個反射面(A面、B面)轉(zhuǎn)至切入(斷)連續(xù)激光(2)時,被不同反射面(A面或B面)遮擋的一部分激光,就被反射到不同的方向上,從而形成另外的各路激光脈沖(2-1、2-3);這些激光脈沖(2-1、2-2、2-3)具有相同的重復(fù)周期,該重復(fù)周期相等于高速主軸電機(jī)(3-2)的轉(zhuǎn)速和斬光盤(3-1)的齒數(shù)的乘積;當(dāng)各反射面(A面、B面)在圓周方向上的寬度相等,并等同于相鄰的兩齒間的齒間距時,所形成的各路激光脈沖(2-1、2-2、2-3)的時間間隔相等,因此在理論上各路激光脈沖(2-1、2-2、2-3)可分配的能量也相同;由于每一個重復(fù)周期內(nèi)的各個激光脈沖(2-1、2-2、2-3),是依次被斬光盤(3-1)分配到了不同方向上,因此,超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置(3)在發(fā)生激光脈沖的同時也實現(xiàn)了分光的目的。
本實施例中,斬光盤(3-1)的傳動裝置選用的是高速主軸電機(jī)(3-2),它可以產(chǎn)生高達(dá)104~105rpm的轉(zhuǎn)速。而斬光盤(3-1)的齒數(shù)多達(dá)上百個齒。每個齒至少有兩個以上的反射面(A面、B面),至少產(chǎn)生三路激光脈沖(2-1、2-2、2-3)。因此,超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置(3)可以產(chǎn)生的激光脈沖的頻率至少可達(dá)3*106~3*107Hz/min。即使在化學(xué)纖維(6)的表面分布的微孔數(shù)多達(dá)100個/mm,本發(fā)明的激光改性裝置,也至少可以滿足纖維運動速度在30m/min~300m/min的生產(chǎn)情況下的需要。當(dāng)減小激光器輸出的連續(xù)激光的光斑直徑,或者減小斬光盤上各反射面的寬度和齒間距,或者增加斬光盤的直徑時,激光脈沖的頻率還可以成倍的增加,從而可以滿足化學(xué)纖維的更高運動速度的要求。
圖三為本發(fā)明中斬光盤齒形局部的透視圖,以下就斬光盤轉(zhuǎn)動不同位置,分三種典型狀態(tài),對上述的調(diào)制與分光原理作更詳細(xì)的敘述狀態(tài)一當(dāng)連續(xù)激光(2)透過斬光盤(3-1)齒間間隙,所形成的一路脈沖激光(2-2),將直接入射到透鏡(5-2)后聚焦,爾后照射到處于紡線或織布過程中運動著的化學(xué)纖維(6)上;使化學(xué)纖維(6)的表面瞬間產(chǎn)生一個被燒蝕(被瞬間汽化)的微孔(7);狀態(tài)二當(dāng)激光(2)完全被斬光盤(3-1)的反射面A面遮擋時,被遮擋的部分激光被反射至反射鏡(4-1a),此時透鏡(5-2)的激光脈沖中斷,激光脈沖經(jīng)反射鏡(4-1a)反射至同一組的另一反射鏡(4-1b),從透鏡(5-1)的中心法線方向聚焦后,同樣照射到化學(xué)纖維(6)上;也使化學(xué)纖維的表面瞬間產(chǎn)生一個被燒蝕(被瞬間汽化)的微孔,該微孔與前一個微孔處在不同的方向上。
狀態(tài)三當(dāng)激光(2)完全被斬光盤(3-1)的反射面B面遮擋時,被遮擋的部分激光被反射至反射鏡(4-3a),此時透鏡(5-3)的激光脈沖中斷,激光脈沖經(jīng)反射鏡(4-3a)反射至同一組的另一反射鏡(4-3b),從透鏡(5-3)的中心法線方向聚焦后,也同樣照射到化學(xué)纖維(6)上;也使化學(xué)纖維的表面瞬間產(chǎn)生一個被燒蝕(被瞬間汽化)的微孔,該微孔與前面的第一個和第二個微孔都處在不同的方向上。
由此可見,隨超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置的斬光盤(3-1)的轉(zhuǎn)動,每一個重復(fù)周期內(nèi)的各個激光脈沖都分別落在各個不同的方向上,從而使化學(xué)纖維的表面形成排列有序、互不連通、分布在不同方向上的密集燒失的微孔,使得化學(xué)纖維表面呈類似于線狀海綿體的結(jié)構(gòu)。因此上述過程就形成了一種改變化學(xué)纖維的使用性能的新方法,可以實現(xiàn)對化學(xué)纖維進(jìn)行激光改性的目的。
上述的方法和裝置,在具體實施時還需要激光器的附屬裝置,比如激光器的冷水機(jī)組,和其它可選的常規(guī)裝置,比如放大攝像裝置、氣體保護(hù)裝置,以及構(gòu)成完整設(shè)備的其它附屬器件,比如機(jī)箱、機(jī)殼等,包含這些裝置的化學(xué)纖維激光改性裝置,均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
說明書摘要附圖是附圖一。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)纖維的激光改性方法,其特征在于它是利用激光器發(fā)射出的連續(xù)激光,經(jīng)過超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置的調(diào)制,產(chǎn)生出多路超高頻率的激光脈沖,由不同的反射鏡組組成的光路,將各路激光脈沖反射到不同法線方向的透鏡前,經(jīng)透鏡聚焦后照射到運動中的化學(xué)纖維上,從而使運動中的化學(xué)纖維的表面,形成排列有序、互不連通、分布在不同方向上的密集燒蝕的微孔,使得化學(xué)纖維的表面呈類似于線狀海綿體的結(jié)構(gòu),因而形成一種改變化學(xué)纖維的使用性能的新方法。
2.一種用于化學(xué)纖維的激光改性裝置,其特征在于它主要是由一臺能產(chǎn)生連續(xù)激光的激光器、一套超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置、數(shù)組反射鏡組、數(shù)個透鏡和化學(xué)纖維的定位裝置等組成。
3.上述權(quán)利要求2所述的超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置,其特征在于它主要是由一臺高速主軸電機(jī)和一個斬光盤組成。
4.上述權(quán)利要求3所述的斬光盤,其特征在于它有許多的齒,連續(xù)激光被每個齒斬斷,從而形成激光脈沖;在每個齒的迎光面上,至少分布有兩個以上的不同法線方向的反光面,每個反光面在圓周方向的寬度相等,并相等于相鄰兩個齒間的齒間距。
5.上述權(quán)利要求2所述的數(shù)個透鏡,其特征在于它們的位置必須確保從不同方向反射過來的激光經(jīng)聚焦形成的焦點完全重合,并使焦點落在化學(xué)纖維運動軌跡的中心線上。
全文摘要
本發(fā)明公開的是一種化學(xué)纖維的激光改性方法。它是利用連續(xù)激光調(diào)制成的超高頻率的多路激光脈沖,從不同方向聚焦對準(zhǔn)運動中的化學(xué)纖維進(jìn)行照射,從而在化學(xué)纖維的表面形成排列有序、互不連通的燒蝕微孔,致使化學(xué)纖維的表面呈線狀海綿體的結(jié)構(gòu),由此改變化學(xué)纖維的使用性能,比如:吸水性。本發(fā)明同時還公開了實現(xiàn)化學(xué)纖維的激光改性裝置。它是由激光器、超高頻脈沖發(fā)生與分光裝置、反射鏡、透鏡、以及化學(xué)纖維的定位裝置等組成。
文檔編號B23K26/00GK1386607SQ0111913
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者張昭貴 申請人:張昭貴
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