紙、複合布及無紡布透氣度處理設備的製作方法
2023-04-28 18:59:46 3
專利名稱：紙、複合布及無紡布透氣度處理設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子打孔設備製造領域。
本發明現有技術領域中的已有技術是目前國內在捲菸紙生產行業，如何提高煙紙透氣度方面，採用原料配方增加透氣度，其不足之處影響紙的抗張力強度，而且配方提高透氣度只能在很低的範圍內。對於複合布、無紡布及太空棉的打孔處理則採用的是機械打孔方式。
本發明的發明目的是利用空間游離電子在雪崩前期擊穿打孔，並且透氣度任意可調，對捲菸紙來說可增加成口煙的燃燒度，從而減少焦油含量。對複合布來說可增加其透氣性。
本發明的設計方案是一、設計思想捲菸紙、複合布、無紡布及太空棉的電子打孔實際上是利用氣體的放電效應，將捲菸紙或複合布或無紡布或太空棉置於電場中，當兩極間的電壓升到某一臨界值時，電場中載流子濃度增大，電流迅速上升，氣體從弱電導階段轉入到強電導階段，若再升高電壓，當du/di→0時，氣體發生放電，最終導致間介質被擊穿，從而達到了捲菸紙或複合布或無紡布或太空棉打孔的目的。
1、強電場下氣體載流子的產生機理強電場下氣體載流子首先發生碰撞電離，碰撞時就會出現能量的轉移其加速度 a＝qE/m其速度 V＝adt＝qET/mT為自由行程時間q為粒子的電量m為粒子的質量E為電場強度那麼動能 T=mv2= (82E2T2)/(2m)由於粒子的質量很小，所以粒子在電場中獲得的動能是很大的，如果發生了碰撞，能量損失則比較小，若發生非彈性碰撞，電子把全部動能轉移給中心分子的內能，使其粒子內部的狀態發生了變化，最集中表現在電離過程中，顯然碰撞電離是電子產生並且倍增的過程。
電場中的載流子在其電場力作用下發生運動V＝kE其中k為粒的遷移率，其意義是離子在單位電場中獲得的速度，這個量與媒質的阻力有關。單位時間內氣體中形成的離子愈多，它們在這個電場中獲得的速度愈大，則氣體的電導係數愈大。
2、氣體放電的基本過程氣體放電時碰撞電離是電流倍增的過程，而游離劑作用產生電子則是維持放電的必要條件。設氣體分子電離時電離係數為a，則從陰極發射的一個電子，走過單位距離後就增加為2a個，電子如增長，形成電子雪崩。
設由於外電離因素的作用，在氣隙陰極表面單位面積每秒中產生n0個電子，那麼單位時間通過陰極×距離處單位面積的電子數為n(x)則dn(x)＝an(x)dxx＝0時，n(x)＝n0得n(x)＝n0eaxnd＝n0ead故電流密度j＝j0eax設a→∝du/dI→0氣體擊穿，但這不可能而當j0＝0時，ja＝0則說明碰撞電離過程一但除去，放電立即停止，所以這樣的放電依賴著外界條件，稱為非自持性放電。
設γ為湯遜第二電離係數則可設出電流密度j(X)= (j0eax)/(1-n(eax-1))當γ(ead-1)＝1時j(x)→∝這就是放電過程中的基本條件它說明一個從陰極出發的初始電子至陽極時，通過碰撞電離產生ead個電子、正離子對，其中除第一個初始電子外的(ead-1)個正離子回到陰極，又通過γ作用產生γ(ead-1)個二次電子，當二次電子數最少為一個時，即γ(ead-1)＝1時，這些二次電子便可以代替初始電子的作用，連續不斷地造成從陰極出發的電子崩。這就是氣體的自持性放電。
3、氣體中離子的遷移率處在電場中的氣體，其離子的運動，由於碰撞作用，大小和方向隨時發生變化，只有平均速度而言，V＝x/t，其中x是時間t內離子在電場方向的平均位移，t較兩次碰撞之間的時間大得多。
碰撞時離子運動服從下式a＝d2x/dt2F＝qEV＝V0+ (8ET)/(m)當為n個離子時V＝ 1/(n) ∑V0+ 1/2 (8E)/(mn) ∑T其中∑V0＝0故V＝ 1/2 (8E)/(mn) ∑T其中 1/(n) ∑T就是離子自由奔跑平均速度設自由奔跑長度為L離子熱運動速度為V則 1/(n) ∑T＝L/V而遷移率k＝V/E
將其代入上式可得k＝A 可取A＝1由此可見離子的遷移率與電場無關，而與自由程成正比，實驗證明，正離子的k與E無關，見圖5，對於電子，遷移率強烈地隨電場改變。
我們設想離子可以吸引氣體分子，從而形成以整個運動為一體的復離子，正離子非常穩固，只有當壓力很小時，它的值才開始減小，負復離子較少形成，因為從分子中被游離劑拉出的電子有時可能附著於單個分子上，使這些分子周圍得到被吸引的中性分子層，這種現象只有在弱電場大壓力下可能發生。
如果電場強或壓力大時，則電子不可能附著於分子，尤其是復離子不可能形成，於是電子在氣體中運動，這電子就是負電荷的攜帶者，電子的遷移率很大。因此我們認為在空間狀態主要是以電子攜帶能量打孔，並且電子打孔在機理是符合實際的。
4、強電場下氣體擊穿時空間電荷的作用根據湯遜理論，擊穿時氣體中有恆定游離電流通過某一平衡狀態的極情形，電壓愈高，電流愈大，而當等於擊穿電壓時，電流就變得無限大。
假定我們將等於擊穿電壓的值加於電極，顯然電流不能立即變成無限大，因此擊穿過程的完成將需要一些時間。
根據嚴格地數學計算，可以求得擊穿時電流增長的速率，而且可以將擊穿過程分為許多階段。
①火花隙中的起始電子所形成的從陰極向陽極移動的第一次電子雪崩。
②游離時產生的正離子雪崩，此雪崩從陽極向陰極移動並在途中因游離而形成的一些新電子。
③因這些新電子游離而造成的第二次電子雪崩。
④正離子的第二次雪崩等等。
事實上，這些階段是部分的互相重疊的。我們假定突然將等於氣體擊穿值的電壓加於火花隙，電極間氣體中所具有電子開始從陰極向陽極移動，而由於游離的結果，每一個起始電子平均產生的新電子數等於(eab-1)/(αd) ～ (eab)/(αd) (A)因為ead通常比1大得多，所產生的正離子數也是這樣多，在陽極附近，電子雪崩達到最大的強度，游離也主要地在這裡發生，因此游離所形成的正離子也可以認為主要地集中在陽極附近。
因此，在電子雪崩以後發生的逆向正離子雪崩，將差不多經過電極間整個距離，而每個正離子平均產生的新離子和電子數就為eβd-1～βd (B)而βd 1由AB兩式可得每一起始電子經過負和正的雪崩後所產生的新電子數K= (eab)/(ad) βd=eab(β)/(a)k叫做游離步距，根據k的不同，我們得到的或者是衰減放電或者是穩定放電，最後是擊穿。
設k＞1，此時第二次電子雪崩開始時電子數比第一次時多，在擊穿發生以前，放電將隨第一次新的雪崩而變得愈來愈強，為了發生擊穿，游離步距應大於1。
總之空間擊穿打孔作功機理系統地講是一個動的過程，從電極的游離到空間撞擊游離出現雪崩到擊穿是一個與電極形態、外加電壓、空間溫度、壓力時間等因素有關的變量值。
對捲菸紙、複合布或無紡布或太空棉打孔來說，電極形態屬尖端與平面(尖端與尖端)的不均勻電場，放電是在針尖附近，將集中著空間電荷，好象是針尖向平板方向延伸，在充滿游離區域的空間電荷的頂端處，電場將大大的增強，游離在這裡開始，同時電子迅速地移向尖端，而正電荷因遷移率很小將留在原處，因此正空間電荷的頂端向平板移動，而頂端重又發生游離，接著形成新的電荷，游離區域又向平板移動，這樣下去，一直到放電增長到平板為止。
當捲菸紙、複合布或無紡布或太空棉處在電極之間被擊穿時，由於電場把能量轉移到介質中，介質吸收了能量，把它從電的形式轉變為熱的形式，最終將捲菸紙、複合布或無紡布或太空棉碳化發生化學變化因為此時溫度升高，將是其能量呈聚集狀態，盡而使捲菸紙、複合、無紡和太空棉被打成孔狀。
二、結構方案紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，它包括紙輥16、導向輥10、主動輪18、皮帶8、電機9、壓緊配重7、捲紙輥6，皮帶5套在光孔盤4及主動輥18的帶輪上，光孔盤4的一側裝有光源，光孔盤4的另一側採用連接組件2裝有光電接收管3，光電接收管3將接收到的脈衝同步信號採用連接線接電子打孔控制器1中光控同步電路的光電脈衝同步信號輸入端，電子打孔控制器1中的功率輸出開關電路的作功輸出機構-上、下打孔電極12、13採用連線位於紙的上方和下方且其上、下打孔電極相對稱，打孔電極12、13採用電極升降機構19控制其上、下打孔電極間的間隙。打孔電極(12，13)分上端尖端打孔電極、下尖端打孔電極和上尖端打孔電極、下園輥面打孔電極，並且呈尖端打孔電極的鋼針的直徑為0.5mm～5mm，針距為0.5mm～4mm。打孔電極(12，13)呈上、下尖端打孔電極或上尖端打孔電極、下園輥打孔電極時，上、下尖端打孔電極由1排～100排構成，每排由1……10000個打孔電極構成。電子打孔控制器1由三相整流可調電路20、光控同步電路21、推動放大電路22、電源開關電路23、穩壓電源電路24、單穩態電路25、光電放大耦合電路26、功率輸出開關電路27及作功輸出機構28構成;穩壓電源電路24的電源輸出端分別接光控同步電路21、推動放大電路22、單穩態電路25、光電耦合放大電路26及功率輸出開關電路27的電源輸入端;三相整流可調電路20的電源輸出端接電源開關電路23的電源輸入端。透氣度的調定由三相整流可調電路20的輸出電壓V1的大小調定;光控同步電路21將接收到的光電脈衝同步信號由其輸出端經電容接單穩態電路25的信號輸入端，使單穩態電路由穩態進入暫穩態，然後自動回到穩態;單穩態電路25工作在常穩態下，由其輸出端經電容接推動放大電路22的信號輸入端且經推動放大電路22的功率放大接電源開關電路23的信號輸入端，作為電源開關電路23的推動信號工作在暫穩態下，由其輸出端輸出一個暫穩態脈衝信號接光電耦合放大電路26的信號輸入端且作為光電耦合放大電路26的推動信號。脈衝寬度的調定由單穩態電路26中的可調電容調定;光電耦合放大電路26將光電耦合放大後的脈衝信號接功率輸出開關電路27的信號輸入端;功率輸出開關電路27的高壓脈衝輸出端分別接作功輸出機構28的打孔電極12、13;電源開關電路23的供電輸出端接功率輸出開關電路28的單向供電輸入端。光電放大耦合電路26中的光電耦合電路30是由1…n個光電耦合電路構成;功率輸出開關電路27由1…n個功率輸出開關電路構成;作功輸出機構28由1…n個作功輸出機構構成，其1…n個光電耦合電路的脈衝信號輸入端均並接在光電放大耦合電路中的放大電路29的脈衝信號輸出端，1…n個光電耦合電路的脈衝信號的輸出端分別接1…n個功率輸出開關電路的脈衝信號輸入端，1…n個功率輸出開關電路的單向供電輸入端並接接電源開關電路23的供電輸出端，1…n個功率輸出開關電路高壓脈衝輸出端分別接1…n個作功輸出機構28的打孔電極(12，13)。1…n個光電耦合電路、1…n個功率輸出開關電路、1…n個作功輸出機構中的n為1、2、3…10000。光電放大耦合電路20中的光電耦合電路30是由光電管、電阻及電容構成;功率輸出開關電路27由三極體、脈衝變壓器、充電電容、二極體及電阻構成。
三、工作原理打孔機是由光電線路與紙機同步，在紙機(或切紙機)上取出主動輪的同步力矩，帶動升速機構和光電孔盤(按照捲菸紙透氣度的目數決定孔盤的線速度和孔數)。
當光源通過光孔照射到光電管後，光電管就輸出一個脈衝信號，脈衝信號輸入到單穩態線路，使單穩態從穩態轉入暫穩態，暫穩態輸出一個脈衝信號經放大後帶動功率輸出開關電路，功率管(開關狀)飽含導通，開關管的負載是一個限定功率的升壓變壓器(脈衝變壓器磁芯是鐵氧體)，當初級輸入一個低壓電流後，在次級就會輸出一個高電壓的脈衝信號，這個電壓剛好在擊穿這個空間的閥值點。不同空間距離，不同的電極形態作功的閥值都有一個與捲菸紙或複合布或無紡布或太空棉透氣度達標的最佳狀態，而且與打孔的目數有關。
當捲菸紙或複合布或無紡布或太空棉從兩電極之間通過時，隨著同步信號的輸入，兩極之間就間歇的放電，達到打孔的目的，調節功率管的輸入電壓和單穩態的暫穩時限(脈衝寬度)都可達到調節透氣度的目的。
本發明設計的紙、複合布及無仿布透氣度處理設備，解決了現有技術中依靠配方增加透氣度的不足，使產品的質量產生了一個新的飛躍，並且可隨機用到造紙上的生產線上，煙廠捲菸的生產線末端、切紙機上及織布廠的生產線上等等。具有結構設計新穎簡單、造價紙、耗電少、自動化程度高、易於與流水線、機配套的優點，並適用於不同厚度、不同質量的紙或複合布或無仿布打孔。
圖1是紙、複合布及無紡布透氣度處理設備的結構示意圖。
圖2是紙、複合布及無紡布透氣度處理設備的電子打孔控制器1的電路框圖。
圖3是紙、複合布及無紡布透氣度處理設備的電子打孔控制器1的電路原理圖。
圖4是紙、複合布或無紡布透氣度處理設備的上尖端打孔電極、下園棍面打孔電極的示意圖。
圖5是K曲線、E示意圖。
實施例圖1～圖4是紙、複合布或無紡布透氣度處理設備的一種實施例。
結合附圖1～4對紙、複合布及無紡布透氣度處理設備作以敘述紙輥16、導向輥10、主動輥24、皮帶8、電機9、壓緊配重7、捲紙輥6按現有技術加工或購置後按現有技術安裝調試;光孔盤4及連接組件2採用現有技術製作;電子打孔控制器1首先參照附圖3製作印製板，然後外購電子器件將其焊接在印製板上調試即可;安裝皮帶5套在光孔盤4及主動輥24的帶輪上，光孔盤4的一側裝有光源，光孔盤4的另一側採用連接組件2裝有光電接收管3，光電接收管3將接收到脈衝同步信號採用連線接電子打孔控制器1中光控電路的光電脈衝同步信號輸入端，電子打孔控制器1中定量分配升壓電路的上、下打孔電極12、13採用連線位於紙的上方和下方且其上、下電極相對稱，打孔電極12、13採用電極升降螺杆17、齒輪14及升降電機15控制其上、下打孔電極間的間隙。
電子打孔器1由三相整流可調電路20、光控同步電路21、推動放大電路22、電源開關電路23、穩壓電壓電路24、單穩態電路25、光電放大耦合電路26、功率輸出開關電路27及作功輸出機構28構成。
光控同步電路21由光電接收管1D1、三極體1BG1、1G2、二極體1D2、電阻1R1～1R1及電位器1W1構成。1BG1的基極接1R1及1R2的一端，1R1的另一端接1D1的正極，1D1的負極接1R3的一端、1W1的一端、單穩態電路25中電阻2R1、2R4、2R6的一端及推動放大電路22中3BG1的集電極，1R3的另一端接1BG1的集電極、1BG2的基極、1D2的負極、1R4的一端，1R4的另一端接1R2的另一端，1D2的正極接1BG2的發射極及接地，1BG2的集電極接W1的另一端，W1的可調端接單穩態電路25中2C1的一端;單穩態電路25由三極體2BG1、2BG2、二極體2D1、2D2、電容2C1～2C3、可調電容2C4、電阻2R1～2R6構成。2C1的另一端接2D2的負極及2R3的一端，2R3的另一端接地，2D2的正極接2BG1的基極、2R4的另一端、2C4的一端，2C4的另一端接2R6的另一端、2BG2的集電極及光電放大耦合電路26中5C1的一端，2BG1的發射極接地，2BG1的集電極接2R1的另一端、2R2的一端、2C2的一端及2C3的一端，2R2的另一端接2C2的另一端、2BG2的基極及2R5的一端，2BG2的發射極接地，2C3的另一端接2D1的正極，2D1的負極接推動放大電路22中3C1、3R1的一端;推動放大電路22由三極體3BG1、電容3C1、電阻3R1、3R2構成，3C1及3R1的另一端接3BG1的基極、3R2的一端，3R2的另一端接電源開關電路23中4R1的一端及穩壓電源電路25的電源輸出端，3BG1的發射極接電源開關電路23中4R1及4C1的一端，4C1及4R1的另一端接4BG1的基極及4R2的另一端，4BG1的集電極接三相整流可調電路20中的電源輸出端，4BG1的發射極接功率輸出開關電路27中7D2～7Dn的正極;光電放大耦合電路26由放大電路29和光電耦合電路30構成，放大電路29由三極體5BG1、5BG2、二極體5D1、電阻5R1～5R5、電容5C1～5C3構成。5C1的另一端接5D1的負極，5D1的正極接5R1的一端，5R1的另一端接5BG1的基極、5R2的一端，5R2的另一端接穩壓電源電路25的電源輸出端，5BG1的集電極接5R3的一端，5R3的另一端接5BG2的集電極及穩壓電源電路25的電源輸出端，5BG1的發射極接5C2及5R4的一端，5C2及5R4的另一端接5BG2的基極，5BG2的發射極接5R5的一端及光電耦合電路30中光電管6V1～6Vn中發光二極體的負極，6V1～6Vn中發光二極體的正極接5R5的另一端及穩壓電源電路25的電源輸出端，5R3並接在5R1的兩端;光電耦合電路30是由1…n個光電耦合電路構成，每個光電耦合電路均由光電二極體6V、電阻6R1～6R3、電容6C1構成，光電管6V1中光電接收管的發射極接6R1的一端，6R1的另一端接穩壓電源電路25的電源輸出端及功率輸出開關電路27中7R1的一端，光電接收管的發射極接6C1及6R2的一端，6C1及6R2的另一端接6R3的一端及功率輸出開關電路27中7BG1的基極，6R3的另一端接穩壓電源電路25的電源輸出端;功率輸出開關電路27由1…n個功率輸出開關電路構成，每個功率輸出開關電路均由三極體7BG1、7BG2、二極體7D1、7D2、電阻7R1、電容7C1及脈衝變壓器B1構成，7BG1的集電極接7R1的另一端，7BG1的發射極接7BG2的基極，7BG2的集電極接7D1的正極、B1初級線圈的一端，7D1的負極接7D2的負極、7C1的一端及B1初級線圈的另一端，7C1的另一端接地，B1的次級線圈接作功輸出機構25中的打孔電極，功率輸出開關電路利用電容C(7C1…7Cn)作定量分配，保證打孔孔徑的一致性。
權利要求
1.一種紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，它包括紙輥16、導向輥10、主動輪18、皮帶8、電機9、壓緊配重7、捲紙輥6，其特徵是皮帶5套在光孔盤4及主動輥18的帶輪上，光孔盤4的一側裝有光源，光孔盤4的另一側採用連接組件2裝有光電接收管3，光電接收管3將接收到的脈衝同步信號採用連接線接電子打孔控制器1中光控同步電路的光電脈衝同步信號輸入端，電子打孔控制器1中的功率輸出開關電路的作功輸出機構-上、下打孔電極12、13採用連線位於紙的上方和下方且其上、下打孔電極相對稱，打孔電極12、13採用電極升降機構19控制其上、下打孔電極間的間隙。
2.根據權利要求1所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是電子打孔控制器1由三相整流可調電路20、光控同步電路21、推動放大電路22、電源開關電路23、穩壓電源電路24、單穩態電路25、光電放大耦合電路26、功率輸出開關電路27及作功輸出機構28構成;穩壓電源電路24的電源輸出端分別接光控同步電路21、推動放大電路22、單穩態電路25、光電耦合放大電路26及功率輸出開關電路27的電源輸入端;三相整流可調電路20的電源輸出端接電源開關電路23的電源輸入端;光控同步電路21將接收到的光電脈衝同步信號由其輸出端經電容接單穩態電路25的信號輸入端，使單穩態電路由穩態進入暫穩態，然後自動回到穩態;單穩態電路25工作在常穩態下，由其輸出端經電容接推動放大電路22的信號輸入端且經推動放大電路22的功率放大接電源開關電路23的信號輸入端，作為電源開關電路23的推動信號、工作在暫穩態下，由其輸出端輸出一個暫穩態脈衝信號接光電耦合放大電路26的信號輸入端且作用為電耦合放大電路26的推動信號;光電耦合放大電路26將光電耦合放大後的脈衝信號接功率輸出開關電路27的信號輸入端;功率輸出開關電路27的高壓脈衝輸出端分別接作功輸出機構28的打孔電極12、13;電源開關電路23的供電輸出端接功率輸出開關電路28的單向供電輸入端。
3.根據權利要求2所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是光電放大耦合電路26中的光電耦合電路30是由1…n個光電耦合電路構成;功率輸出開關電路27由1…n個功率輸出開關電路構成;作功輸出機構28由1…n個作功輸出機構構成，其1…n個光電耦合電路的脈衝信號輸入端均並接在光電放大耦合電路中的放大電路29的脈衝信號輸出端，1…n個光電耦合電路的脈衝信號的輸出端分別接1…n個功率輸出開關電路的脈衝信號輸入端，1…n個功率輸出開關電路的單向供電輸入端並接接電源開關電路23的供電輸出端，1…n個功率輸出開關電路的高壓脈衝輸出端分別接1…n個作功輸出機構28的打孔電極(12，13)。
4.根據權利要求3所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是1…n個光電耦合電路、1…n個功率輸出開關電路、1…n個作功輸出機構中的n為1、2、3…10000。
5.根據權利要求2所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是脈衝寬度的調定由單穩態電路26中(的可調電容)調定。
6.根據權利要求2所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是透氣度的調定由三相整流可調電路20的輸出電壓V1的電壓幅值大、小調定。
7.根據權利要求1或2所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是打孔電極(12，13)分上端尖端打孔電極、下尖端打孔電極和上尖端打孔電極、下園輥面打孔電極，並且呈尖端打孔電極的鋼針的直徑為0.5mm～5mm，針距為0.5mm～4mm。
8.根據權利要求7所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是打孔電極(12，13)呈上、下尖端打孔電極或上尖端打孔電極、下園輥打孔電極時，上、下尖端打孔電極由1排～100排構成，每排由1……10000個打孔電極構成。
9.根據權利要求1所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是光電放大耦合電路20中的光電耦合電路30是由光電管、電阻及電容構成;功率輸出開關電路27由三極體、脈衝變壓器、充電電容、二極體及電阻構成。
10.根據權利要求2所述的紙、複合布及無紡布透氣度處理設備，其特徵是功率輸出開關電路27利用電容C作定量分配，保證打孔孔徑的一致性。
全文摘要
紙、複合布及無紡布透氣度處理設備是利用空間游離電子在雪崩前期擊穿打孔，並且其透氣度可任意調節，對抗張力強度有增強作用。其電子打孔控制器由三相整流可調電路、光控同步電路、推動放大電路、電源開關電路、穩壓電源電路、單穩態電路、光電耦合放大電路、功率輸出開關電路及作功輸出機構構成。其結構設計新穎簡單、造價低、耗電少、自動化程度高、易於與流水線微機配套的優點，並可隨機用到造紙生產線上，煙廠捲菸生產線的末端、切紙機上、織布廠生產線上等。並適用於不同厚度、不同質量的紙或布或太空棉等打孔。
文檔編號B26F1/28GK1073623SQ9111271
公開日1993年6月30日 申請日期1991年12月27日 優先權日1991年12月27日
發明者張靖, 藺康計 申請人:寶雞縣電子技術研究所, 寶雞縣秦興純鹼廠