[发明专利]大气压低温射频等离子体连续处理纤维表面的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维表面处理技术领域，特别是涉及一种大气压低温射频等离子体连续处理纤维表面的装置及方法。

背景技术

纤维增强复合材料是当今十分有意义和有广阔发展前景的一种材料，具有强度高和质量轻等特点，广泛应用于航空、航天和国防等高技术领域以及民用行业。作为增强材料的纤维具有高强度、高模量、高弹性等优点的高性能纤维，如碳纤维、高强高模聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶、聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维。然而，大多数的高性能纤维表面光滑，化学反应活性低，与树脂基体粘附性及浸润性不好，导致界面粘结很差，严重制约了其在高性能复合材料中的应用。因此，很有必要对这些高性能纤维进行表面改性，以改善其与基体材料的粘结性能。

对这些高性能纤维进行表面改性的方法有很多，其中等离子体纤维表面改性是一种高效和低成本的方法，它只作用于纤维表层，对纤维基体损伤小，具有高效、环保、操作简单等优点。传统的等离子体改性是在低压环境下进行的，需要复杂的真空系统，成本高，且不能连续处理，限制了该技术的推广和应用。大气压等离子体克服了低压等离子体的缺点，它不需要真空系统，能够在常压下工作，成本低，且能够实现连续处理，适用于在线生产，近年来受到国内外研究人员的广泛重视。目前，对纤维表明进行大气压等离子体处理的方法主要平板电极放电的形式，该方法可以实现大面积放电，但是在连续处理中存在以下问题：1)放电装置体积较大，占地空间较大，同时需要高流量的工作气体维持放电的稳定，增加了气体的消耗；2)放电区域长度较短，导致连续化处理时等离子体处理速度较慢，且能量利用不充分；3)为降低装置温度，大部分装置需要水冷装置，增加了装置的复杂性及使用成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大气压低温射频等离子体连续处理纤维表面的装置及方法，在维持放电稳定的前提下使得气体消耗降低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种大气压低温射频等离子体连续处理纤维表面的装置，包括管体和第一陶瓷管，所述第一陶瓷管通过设置在所述管体两端和管体中间的支撑连接块设置在所述管体中；所述管体两端的支撑连接块内设有第二陶瓷管，所述第二陶瓷管与第一陶瓷管相通；所述第一陶瓷管两侧各设有一根电极；所述管体两端的支撑连接块中的一个支撑连接块上设有与第二陶瓷管相通的进气管；所述两根电极中，一根电极接地，另一根电极接高压；所述管体的外壁接地。

所述管体内还设有变压器；所述管体的一个侧壁上安装有风扇；所述变压器与风扇相连。

所述变压器和电极之间设有隔离片。

所述管体的两个相对的侧壁上开有散热孔。

所述插有进气管的支撑连接块内设有一个活动块；所述活动块位于第二陶瓷管未与第一陶瓷管相通的另一端。

所述第一陶瓷管为截面为正方形的陶瓷管，尺寸为450mm×15mm×15mm，第一陶瓷管的壁厚为2.5mm；电极的宽度为5mm，长度为450mm；第二陶瓷管为截面为圆形的陶瓷管，内直径为3mm，壁厚为1mm。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种大气压低温射频等离子体连续处理纤维表面的方法，包括以下步骤：

(1)从纤维卷中拉出纤维束经过送丝装置，送入所述第一陶瓷管内并穿出，再由收丝装置卷绕；

(2)将单一气体或混合气体通过进气管送入第一陶瓷管内，气体流动方向与纤维束的运动方向相反；

(3)开启射频电源，使接高压的电极通电，从而使得第一陶瓷管内形成放电等离子体区域；

(4)开启收丝装置，进行收丝。

所述的纤维卷中间设有可转动的轴支撑，该轴在纤维连续处理过程中，给纤维束提供张力。

所述收丝装置为数字式卷绕机，以设定的1-100m/min的线速度进行收丝。

有益效果