一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，包括高压电极、高压侧绝缘介质、接地电极、接地侧绝缘介质和改性材料；所述高压侧绝缘介质的上表面与高压电极紧贴，所述高压侧绝缘介质的下表面上设置有若干平行紧密布置的凹槽；所述接地电极由多个导电丝组成，所述导电丝平行嵌入到接地侧绝缘介质中；所述改性材料置于高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质之间；所述高压侧绝缘介质与所述改性材料之间，所述改性材料和接地侧绝缘介质之间都保持紧密接触。本实用新型专利技术所述装置基于齿形电极结构，在大气压空气条件下生成高活性辉光放电等离子体，无需真空和密封设备，具备很高的等离子活性和弥散的放电形态，拥有十分优异的改性效果。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置
本技术属于气体放电和高分子材料表面改性
，主要涉及一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置。
技术介绍
芳纶全称为“聚苯二甲酰苯二胺”，作为一种新型高科技人工合成材料，与碳纤维、聚乙烯纤维并称为当今世界三大高性能纤维，是最具发展潜力的复合材料增强材料。其具有机械强度高、韧性好、重量轻、介电常数低、耐高温、耐磨性能好、化学性质稳定等诸多优点。其机械强度是钢丝的5-6倍，模量是钢丝或玻璃纤维的2-3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，能够在560℃的高温下正常工作。这些优异的本体性能使其不仅在汽车、造船、体育用品、建筑材料等诸多民用领域得到广泛应用，还在航空航天、军事等高端领域拥有巨大的应用潜力。例如，在航空航天领域，芳纶可作为增强材料应用于宇宙飞船等飞行器的驾驶舱、火箭发动机壳体、压力容器、整流罩、机翼前缘、方向舵、舱壁等；在军事领域，芳纶可作为坦克装甲、舰艇防弹装甲、防弹头盔、防弹衣、导弹壳体、航母拦阻索、舰载机用轮胎等高强度和高冲击力应用领域的增强材料。芳纶纤维分子结构属于苯基刚性分子，其结构如下：苯环对酞胺官能团上的氢原子有屏蔽作用，很难在界面上形成化学共价键，并且苯环存在位阻效应，很难形成氢键，导致芳纶黏性、润湿性等表面性能极差。这严重限制了其本体性能的发挥，从而对复合材料的整体性能造成重要影响。随着工业和各领域科学技术的不断进步，尤其是尖端应用领域的发展，人们对芳纶基增强复合材料的性能要求不断升高。芳纶表面黏性差的问题日益突出，已成为限制其进一步高性能应用的最大障碍。而解决这一问题的最直接、最经济、最有效的方法是对其表面进行改性。在现有对芳纶表面改性实例中取得较为理想改性效果的如表1-1所示。可以看出，现有改性方法对芳纶表面黏性的提升率平均在70％左右，最高为94％。这一改性效果可以基本满足常规应用领域对芳纶表面黏性的要求，但在军事、航空等高端领域的应用仍存较大提升缺口。现有表面改性方法难以从根本上解决芳纶表面黏性差的问题。探究适用于大规模工业化生产且具有突出改性效果的表面改性方法新型表面改性方法已变得日趋紧迫。表1-1芳纶表面改性实例Table1-1Examplesofsurfacemodificationofaramidfiber低温等离子体可以在不改变材料主体性能的基础上，赋予其表面新性能，与传统改性方法相比，具有清洁、高效、无污染等显著优点。在所有低温等离子体处理中，大气压空气等离子体改性不需要气体成本和真空设备，最有利于实现大规模工业化应用。大气压空气低温等离子体按放电形态主要分为电晕放电、丝状放电和辉光放电。目前，应用于芳纶纤维表面处理的大气压空气放电形态主要为丝状放电和电晕放电。丝状放电存在热不稳定效应，并可能灼烧材料表面。电晕放电又存在放电不均匀和改性效率低等问题。而大气压空气辉光放电具有活性粒子丰富、放电均匀、反应结构简单等特点，是用于材料处理的最佳放电形态。但是，欲利用辉光放电等离子体彻底解决芳纶表面黏性差的问题面临两大挑战：1)在大气压空气条件下生成均匀稳定的辉光放电等离子体异常困难。这是因为放电所需的击穿场强较高，导致电子崩发展过于剧烈，放电极易向丝状模式转化。目前，一种方法是采用介质阻挡放电形式，并使放电在微米级间隙中进行。但是，由于微米级间隙很难控制，难以适用于对材料大面积传动处理。另一种比较有效的方法是采用纳秒脉冲电源，缩短电子崩的发展时间。但是，纳秒脉冲电源又存在成本高、损耗大、难以大功率化等问题，同样难以实现大规模工业化。2)等离子体的活性仍相对较低，严重限制了其表面改性效果的进一步提升，难以满足芳纶在高端应用领域的要求。目前，包括辉光放电在内的几乎所用大气压空气低温等离子体均在106V/m级电场强度下生成，等离子体中活性粒子所具备的能量一般在0-20eV，且绝大多数处于0-5eV的低能级状态。这一能量分布虽然仍可以打开芳纶表面大部分的化学键，但打开比例较低，且无法打开空气中占绝大多数的氮气分子，从而使改性效果和效率极大受限。提升等离子体活性的直接手段是增加放电时的电场强度。但是，强电场会进一步增加电子崩发展的剧烈程度，从而使辉光放电的产生难度进一步增大。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述问题，本技术的目的在于提出一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子生成装置。所述装置基于齿形电极结构，在大气压空气条件下生成高活性辉光放电等离子体，无需真空和密封设备，具备很高的等离子活性和弥散的放电形态，拥有十分优异的改性效果。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，包括高压电极、高压侧绝缘介质、接地电极、接地侧绝缘介质和改性材料；所述高压侧绝缘介质的上表面与高压电极紧贴，所述高压侧绝缘介质的下表面上设置有若干平行紧密布置的凹槽；所述接地电极由多个导电丝组成，所述导电丝平行嵌入到接地侧绝缘介质中；所述改性材料置于高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质之间；所述高压侧绝缘介质下表面与所述改性材料上表面之间，所述改性材料下表面和接地侧绝缘介质之间都保持紧密接触。在高压侧绝缘介质下表面设置平行紧密布置的凹槽，改性材料与高压侧绝缘介质下表面紧密接触，在凹槽内构成放电气隙，当达到放电电压后，辉光放电等离子在高压侧绝缘介质的凹槽内生成，并有效作用于改性材料表面，对所述改性材料表面进行改性处理。如此设置，可以有效避免辉光放电向丝状模式转变。同时，通过调整凹槽和接地电极导电丝的数量还可以有效改变等离子体的生成面积。进一步的，所述高压电极为金属平板电极、金属辊轴电极或者导电履带型电极。进一步的，所述高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质的材料相同。进一步的，所述高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质的材料为四氟乙烯、聚乙烯、石英玻璃或者氧化铝陶瓷。进一步的，所述凹槽的槽深小于1mm。进一步的，所述凹槽的槽面为内弯槽面、平面或者外弯槽面。进一步的，所述接地电极导电丝为钢丝、铁丝或者铜丝。进一步的，所述接地电极导电丝的横截面为圆形、椭圆形、三角形或者矩形。进一步的，所述高压侧绝缘介质下表面凹槽与接地电极导电丝呈交叉布置。进一步的，所述高压侧绝缘介质下表面凹槽与接地电极导电丝的交叉角度为90°本技术的有益效果为：本技术所提出的辉光放电等离子体生成装置利用不均匀厚度绝缘介质和放电电极，成功构造出特殊的三维度不均匀电场分布特征。这种电场分布特征有利于改性性能最优的高活性大气压空气辉光放电等离子体的大面积生成。具体反映在以下三个方面：(1)电场分布在空间中三个维度的不均匀性决定了气隙空间各位置放电在时间上存在先后顺序。这种放电先后顺序能够有效增加各位置电子崩发展的扩散通量，有利于降低电子崩中的带电粒子浓度，避免等离子体收缩为放电细丝。(2)电场在垂直于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，其特征在于，包括高压电极、高压侧绝缘介质、接地电极、接地侧绝缘介质和改性材料；所述高压侧绝缘介质的上表面与高压电极紧贴，所述高压侧绝缘介质的下表面上设置有若干平行紧密布置的凹槽；所述接地电极由多个导电丝组成，所述导电丝平行嵌入到接地侧绝缘介质中；所述改性材料置于高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质之间；所述高压侧绝缘介质下表面与所述改性材料上表面之间，所述改性材料下表面和接地侧绝缘介质之间都保持紧密接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，其特征在于，包括高压电极、高压侧绝缘介质、接地电极、接地侧绝缘介质和改性材料；所述高压侧绝缘介质的上表面与高压电极紧贴，所述高压侧绝缘介质的下表面上设置有若干平行紧密布置的凹槽；所述接地电极由多个导电丝组成，所述导电丝平行嵌入到接地侧绝缘介质中；所述改性材料置于高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质之间；所述高压侧绝缘介质下表面与所述改性材料上表面之间，所述改性材料下表面和接地侧绝缘介质之间都保持紧密接触。


2.如权利要求1所述的应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，其特征在于，所述高压电极为金属平板电极、金属辊轴电极或者导电履带型电极。


3.如权利要求1所述的应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，其特征在于，所述高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质的材料相同。


4.如权利要求3所述的应用于高分子材料表面改性的辉光放电等离子体生成装置，其特征在于，所述高压侧绝缘介质和接地侧绝缘介质的材料为四氟乙烯、聚乙烯、石英玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文正，陈晓中，
申请(专利权)人：重庆中涪科瑞工业技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆;50