[發明專利]用于高分子材料表面改性的輝光等離子體生成裝置

有效

• 申請號: 201810738883.4
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108882493B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 劉文正;祝莉瑩;陳曉中;趙潞翔
• 申請（專利權）人: 北京睿昱達科技有限公司
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種用于高分子材料表面改性的輝光等離子體生成裝置。包括：高頻高壓電源、高壓電極、絕緣介質、金屬網電極和改性材料。高壓電極通過引線與高壓高頻電源相連接，金屬網電極通過引線與接地端相連，絕緣介質設置在高壓電極、金屬網電極之間，改性材料放置于金屬網電極的表面，高壓電極與絕緣介質之間、絕緣介質與金屬網電極之間、金屬網電極與改性材料之間都保持密封接觸，當高壓高頻電源施加的電壓達到放電電壓后，輝光放電等離子體在放電區域內生成，并作用于改性材料。本發明通過將改性材料與電極直接接觸構造了亞毫米級放電間隙，抑制了電子崩的發展程度，從而抑制絲狀放電的產生，有利于提高等離子體對材料表面改性的效果。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種用于高分子材料表面改性的輝光等離子體生成裝置。

背景技術

高分子材料是塑料、橡膠、纖維三者的統稱。近年來，高分子材料由于其密度較小、相比于金屬來說比強度和比模量較低、成本低廉且加工工藝簡單、同時具有良好的化學和熱穩定性等明顯優點，而被廣泛應用于建筑、醫療、印刷、農業、軍事、航天航空、復合材料等相關領域當中，已經成為國民經濟建設與日常生活當中必不可少的重要材料。但是，對于普遍的高分子材料來說，由于其特殊的分子結構，使得材料的結晶度較高且具有較低的表面能，導致其親水性、粘結性、抗收縮性、染色性、生物相容性等性能較差，從而限制了高分子材料的進一步應用。隨著人們對于高分子材料性能的要求越來越高，常規的高分子材料已經逐漸難以滿足使用需要。因此，為了進一步提高高分子材料的表面性能，需要對高分子材料進行改性處理。

目前，針對高分子材料的改性方法主要有化學方法和物理方法。其中，傳統化學方法處理一般只適用于處理少量的材料，處理效率較低；同時，化學反應易造成廢水污染以及大量的能量損耗。物理方法又包括電子光束、紫外線照射法以及等離子體法等。其中，與傳統的化學方法相比，等離子體產生的活性粒子具有更大的化學活性以及能量，在高分子材料表面改性效果上顯示出極大的優勢。同時，作為一種干式工藝，等離子體法具有高效、節能且無污染的優點；能夠在不影響材料主體性能的基礎上，僅對表面進行改性。等離子體可以通過刻蝕作用、交聯作用以及活性基團的引入等方式改善其表面的粗糙度以及表面自由能，能夠在改善表面性能的同時賦予其一些新的功能。

對于傳統的低氣壓等離子體來說需要使用真空設備，將會導致較高的生產投資以及成本，同時所產生的等離子體無法大面積擴展及對材料連續處理，從而限制了其大規模的工業化應用。因此，針對大氣壓條件下的等離子體研究目前得到了廣泛的關注。在大氣壓等離子體當中，電暈放電是在極不均勻電場當中產生的，其實際放電范圍較小；同時，當升高電壓時，由于局部電場過高很容易導致擊穿，進而可能轉化成電弧放電。絲狀放電存在熱不穩定性，十分容易造成改性材料的局部損傷。因此，大氣壓輝光放電等離子體因其放電均勻、功率密度適中且活性粒子種類豐富而被認為是材料表面改性的最佳選擇。目前，在大氣壓條件下實現輝光放電一般都需要使用惰性氣體，這就需要較高的氣體成本，難以推廣使用。在空氣中實現大氣壓輝光放電仍是目前的研究熱點和重點。但是，由于空氣較高的絕緣性能，使得大氣壓空氣輝光放電的生成十分困難，放電極易向絲狀轉化。

目前，存在一些對高分子材料進行等離子體表面處理的發明專利。其中，公開號為CN02151228.0，名稱為一種用于纖維物料表面改性的介質阻擋放電連續處理裝置的中國專利申請，公開了一種利用介質阻擋放電對纖維材料進行連續處理的裝置。該裝置采用的間隙式放電，在實際處理過程當中放電電壓會較高，所產生的放電形態極易轉化為絲狀放電，在對纖維進行處理時，很容易造成纖維表面的損傷。同時，還會出現處理不均勻的情況出現。

另外，公開號為CN107124812A、名稱為大氣壓輝光等離子體發生裝置及紡織材料處理裝置的中國專利申請，公開了一種采用輝光放電對紡織織物進行表面處理的裝置，該裝置采用的方式為在材料一側布置電極，在電極間產生的等離子體，通過擴散作用對材料進行改性處理。實際上，等離子體在擴散過程中會損失能量，從而降低等離子體中活性粒子的能量，導致等離子體對材料的作用強度和改性效果降低。

發明內容