[发明专利]一种基于电磁场调控的等离子体改性装置

说明书

本发明公开了一种基于电磁场调控的等离子体改性装置，包括从左到右依次设置的电源组件一、等离子改性部件、电源组件二、等离子体发生器、废气收集装置和储气装置。本发明通过导电圆管和导电线圈，可以分别对喷射等离子改性区域的电场和磁场进行调控，利用电磁场对改性区域的等离子体进行偏转，实现对等离子体运动速度和路径的改变，从而实现等离子体改性的均匀化，并可以调控等离子体与碳纤维的撞击强度，减小等离子体改性对纤维力学性能的损伤，同时提高碳纤维表面的化学活性。

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，具体涉及到一种基于电磁场调控的等离子体改性装置。

背景技术

由碳纤维增强的复合材料已经广泛地应用于航天航空以及国防军工等领域。但是，作为制造高性能复合材料的增强体，由于碳纤维表面是非极性的，由高度结晶的基本面组成，所以碳纤维的浸润性较差，表面光滑，并且与大多数聚合物的化学键合较差。因此，碳纤维与基体之间的界面结合力较差，使得复合材料难以发挥出碳纤维本身优良的机械性能以及导电导热性能。对碳纤维进行适当的表面改性可以改变其浸润性，增强碳纤维与基体之间的界面结合。为此，已经开发出多种表面处理技术，其中等离子体改性处理相对更加环保、方便，对纤维的力学性能影响较小。

目前，工业上常用气体放电来产生等离子体进行纤维表面的改性处理，根据放电形式的不同，主要的放电方式有：辉光放电、电晕放电、射频放电、介质阻挡放电和滑动弧放电等。而在对碳纤维进行表面改性时，常用的三类低温等离子体改性处理装置为：射频等离子体处理装置、介质阻挡放电等离子体处理装置和滑动弧射流等离子体处理装置。滑动弧射流等离子体处理装置的原理是在两个电极上施加高压，引起两极之间的气体被击穿产生等离子体，气流带动等离子体从喷嘴喷出，作用于纤维表面进行改性处理。这种等离子体改性处理装置相比与其他两种，结构简单易行，成本低廉，装配灵活，是一种极具有前景的可大规模工业化应用的等离子体改性处理装置。

现有的滑动弧射流等离子体处理装置中，利用喷嘴直接对纤维表面进行喷涂改性，存在以下问题：1.等离子体只能作用于纤维的一侧，无法对纤维进行全方位改性喷涂；2.由于气体从喷嘴喷射出来后，整体呈扇形分布，无法保证对纤维表面改性的均匀性，甚至可能会使得纤维表面产生结构性缺陷；3.等离子体与纤维碰撞的作用力可控性较差，无法较为准确地控制等离子体改性程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电磁场调控的等离子体改性装置，以解决现有滑动弧射流等离子体处理装置对碳纤维表面改性处理效果差的问题。

为达上述目的，本发明提供了一种基于电磁场调控的等离子体改性装置，包括从左到右依次设置的电源组件一、等离子改性部件、电源组件二、等离子体发生器、废气收集装置和储气装置；其中等离子改性部件包括密封罐和穿过密封罐中心的碳纤维，密封罐外侧依次固定设置有导电圆管和导电线圈，密封罐上端固定设置有若干气体喷嘴，气体喷嘴依次穿过导电圆管和导电线圈，密封罐下端设置有出气管道。

采用上述方案的有益效果是：通过电源组件一和电源组件二可以改变电场强度，进而改变负离子碰撞碳纤维时的动能，有利于等离子体改性的有效进行；等离子体气流从气体喷嘴中喷射，进入密封罐内部，在导电线圈产生的竖直向上的磁场作用下，负离子受到洛伦兹力的作用，同时在导电圆管与碳纤维之间产生的电场作用下，负离子受到了径向电场力的作用，使得负离子呈螺旋状态向纤维表面运动。并且在洛伦兹力和电场力的作用下，使得负离子在径向方向有较大的分力，使得负离子与碳纤维之间的碰撞更为强烈。通过储气装置可以储存和输送不同的改性气体，废气收集装置可以收集废气进行统一处理。

进一步地，电源组件一包括第一直流电源、分压可变电阻和分压电阻，第一直流电源负极接在导电圆管上并接地，正极接在碳纤维上，第一直流电源与分压可变电阻和分压电阻串联，分压电阻两端分别与碳纤维和导电圆管连接。