[发明专利]用于高分子材料表面改性的辉光等离子体生成装置

说明书

本发明提供了一种用于高分子材料表面改性的辉光等离子体生成装置。包括：高频高压电源、高压电极、绝缘介质、金属网电极和改性材料。高压电极通过引线与高压高频电源相连接，金属网电极通过引线与接地端相连，绝缘介质设置在高压电极、金属网电极之间，改性材料放置于金属网电极的表面，高压电极与绝缘介质之间、绝缘介质与金属网电极之间、金属网电极与改性材料之间都保持密封接触，当高压高频电源施加的电压达到放电电压后，辉光放电等离子体在放电区域内生成，并作用于改性材料。本发明通过将改性材料与电极直接接触构造了亚毫米级放电间隙，抑制了电子崩的发展程度，从而抑制丝状放电的产生，有利于提高等离子体对材料表面改性的效果。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种用于高分子材料表面改性的辉光等离子体生成装置。

背景技术

高分子材料是塑料、橡胶、纤维三者的统称。近年来，高分子材料由于其密度较小、相比于金属来说比强度和比模量较低、成本低廉且加工工艺简单、同时具有良好的化学和热稳定性等明显优点，而被广泛应用于建筑、医疗、印刷、农业、军事、航天航空、复合材料等相关领域当中，已经成为国民经济建设与日常生活当中必不可少的重要材料。但是，对于普遍的高分子材料来说，由于其特殊的分子结构，使得材料的结晶度较高且具有较低的表面能，导致其亲水性、粘结性、抗收缩性、染色性、生物相容性等性能较差，从而限制了高分子材料的进一步应用。随着人们对于高分子材料性能的要求越来越高，常规的高分子材料已经逐渐难以满足使用需要。因此，为了进一步提高高分子材料的表面性能，需要对高分子材料进行改性处理。

目前，针对高分子材料的改性方法主要有化学方法和物理方法。其中，传统化学方法处理一般只适用于处理少量的材料，处理效率较低；同时，化学反应易造成废水污染以及大量的能量损耗。物理方法又包括电子光束、紫外线照射法以及等离子体法等。其中，与传统的化学方法相比，等离子体产生的活性粒子具有更大的化学活性以及能量，在高分子材料表面改性效果上显示出极大的优势。同时，作为一种干式工艺，等离子体法具有高效、节能且无污染的优点；能够在不影响材料主体性能的基础上，仅对表面进行改性。等离子体可以通过刻蚀作用、交联作用以及活性基团的引入等方式改善其表面的粗糙度以及表面自由能，能够在改善表面性能的同时赋予其一些新的功能。

对于传统的低气压等离子体来说需要使用真空设备，将会导致较高的生产投资以及成本，同时所产生的等离子体无法大面积扩展及对材料连续处理，从而限制了其大规模的工业化应用。因此，针对大气压条件下的等离子体研究目前得到了广泛的关注。在大气压等离子体当中，电晕放电是在极不均匀电场当中产生的，其实际放电范围较小；同时，当升高电压时，由于局部电场过高很容易导致击穿，进而可能转化成电弧放电。丝状放电存在热不稳定性，十分容易造成改性材料的局部损伤。因此，大气压辉光放电等离子体因其放电均匀、功率密度适中且活性粒子种类丰富而被认为是材料表面改性的最佳选择。目前，在大气压条件下实现辉光放电一般都需要使用惰性气体，这就需要较高的气体成本，难以推广使用。在空气中实现大气压辉光放电仍是目前的研究热点和重点。但是，由于空气较高的绝缘性能，使得大气压空气辉光放电的生成十分困难，放电极易向丝状转化。

目前，存在一些对高分子材料进行等离子体表面处理的发明专利。其中，公开号为CN02151228.0，名称为一种用于纤维物料表面改性的介质阻挡放电连续处理装置的中国专利申请，公开了一种利用介质阻挡放电对纤维材料进行连续处理的装置。该装置采用的间隙式放电，在实际处理过程当中放电电压会较高，所产生的放电形态极易转化为丝状放电，在对纤维进行处理时，很容易造成纤维表面的损伤。同时，还会出现处理不均匀的情况出现。

另外，公开号为CN107124812A、名称为大气压辉光等离子体发生装置及纺织材料处理装置的中国专利申请，公开了一种采用辉光放电对纺织织物进行表面处理的装置，该装置采用的方式为在材料一侧布置电极，在电极间产生的等离子体，通过扩散作用对材料进行改性处理。实际上，等离子体在扩散过程中会损失能量，从而降低等离子体中活性粒子的能量，导致等离子体对材料的作用强度和改性效果降低。

发明内容