射頻激勵等離子體織物改性處理裝置的製作方法

2023-05-20 19:44:26

專利名稱：射頻激勵等離子體織物改性處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及紡織物表面改性處理技術，特別是利用射頻等離子體對織物改性處理的裝置。
紡織物表面改性處理一直受到人們重視。化纖織物具有良好的強力、耐磨性、挺括性和尺寸穩定性，吸溼、透溼性差，染色困難，容易產生靜電和沾汙，穿著舒適程度遠不如天然纖維。人們希望通過表面改性，使化纖織物保持其原有優良性質的同時，又具有服用舒適性。而採用毛料製成的西服多要求通過改性技術提高其抗油性能和染色性能；對絲綢或棉紡織物則希望通過改性技術提高其抗皺性能。經過多年努力，人們開發出了多種多樣的材料改性處理方法和裝置，其中溼化學改性法一般是在一定溫度下將織物浸泡於處理液中，再經過烘焙等工藝流程的處理，使織物的特性得到改變。這種方法的缺點是工序繁雜，產生的廢氣、廢液汙染嚴重；光化學法是利用紫外燈發出的能量較高的短波長光子作用於織物表面，產生自由基，從而易於引入其它基團，這種方法的反應速度太慢，無法滿足紡織工業生產的要求。等離子體處理的方法是利用微波、射頻、高壓直流或交流電暈、或高頻(幾百kHz)放電等方面激勵的等離子體中的高能電子和亞穩態粒子的能量大於聚合物內的各種化學鍵的鍵能的原理，使其作用於織物表面的化學鍵導致其斷裂和重組，從而在表面產生自由基，易於引入其它功能基團，近年來這一方法引起了國內外紡織業工作者的廣泛注意，也取得了較好的實驗結果。但微波低溫等離子體使用中需要機械真空泵和擴散真空泵兩級真空系統，結構複雜，對真空條件高，而且難於產生大面積均勻的等離子體，其運行費用也非常昂貴，故其實用化存在著很大的困難；高壓直流或交流電暈、或高頻(幾百kHz)放電等離子體要求電壓高，既存在電極汙染，又容易產生局部放電不均勻，甚至因此而損壞織物；而且處理深度較大(幾微米)，織物損失嚴重。迄今為止，文獻上報導的射頻等離子體織物改性只局限於小範圍內的處理面積，通常有三種方式(1)先在石英玻璃管外表面繞上一組線圈，然後再在該繞組上加上射頻電壓，繞組所產生的電磁場就將在玻璃管內激勵出等離子體；(2)在石英玻璃管外表面相對放置一組電極，再在該電極上加上射頻電壓，電極間的電磁場將在玻璃管內激勵出等離子體，從而使置於其內的織物得到改性處理(玻璃管內部的低氣壓工作環境由真空泵維持)；(3)內、外電極型鐘罩式放電結構。這幾種方式的不足之處在於由於放電結構的限制，難以實現大面積的均勻等離子體；而且一般電極間距較大，加上玻璃管的散熱特性較差，導致等離子體的溫度較高，容易損壞織物。
本發明的目的是提出一種射頻等離子體織物改性處理裝置，通過改變電極結構、形狀，和織物通過等離子區的運動形態，實現等離子體溫度低、放電大面積均勻、處理速度快、無汙染的實用化要求。
本發明的射頻等離子體織物改性處理裝置，包括連接射頻的射頻電極對，具有工作氣體入口的密封室和通過管道連通密封室的真空泵，其特徵在於1)所述密封室內依託支架自上而下間隔裝有織物支撐滾筒、射頻電極對、織物傳動軸對，織物傳動軸對由主動軸和從動軸組成，2)所述射頻電極對由射頻高壓電極和射頻地電極組成，兩者均為大面積矩形板條電極，其內具有空腔可容納流動冷卻水，3)冷卻水進水管和出水管穿過密封室室壁連通所述大面積矩形板條電極空腔。
所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其進一步的特徵在於所述射頻源高壓輸出端串聯射頻功率匹配網絡再連接射頻高壓電極，射頻源接地端與射頻地電極連接，所述射頻電極對電極間距2-10mm，兩端跨接均壓電感，工作氣體可為空氣、氧氣、含氟氣體、氮氣、氦氣、二氧化碳、氬氣。
所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，所述織物支撐滾筒和射頻電極對之間還可以裝有第二織物傳動軸對。
所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，所述射頻電極對可以為兩對或兩對以上，射頻電極對可並行放置、串行放置或串並行放置。
本發明的優點在於1、工序相對比較簡單，無需象在化學處理方法中那樣使用很多種處理液對織物進行處理，由於其本質上是一種乾式改性方法，因此不會產生很多廢液，可以避免對環境的汙染；2、不需要微波等離子體所要求的超低氣壓反應環境(＜＜1託)，工作氣壓可上升至幾託--幾百託，真空要求低，只需一級機械真空泵即可，便於實用化；3、易於產生大面積均勻的低溫等離子體，這從根本上克服了微波激勵法難於實現大面積均勻低溫等離子體的固有缺點，使工業實用化變為可能；4、反應速度比化學方法和光化學法快得多，可以滿足紡織行業的生產要求；5、沒有直流或高頻(幾百kHz)電暈法中電子轟擊電極時產生的濺射汙染，而且處理深度大為降低，僅為50nm以內，因此既使織物界面物相顯著改善而材料本相卻不受影響；6、採用大面積小間距的擴散冷卻結構，保證了等離子體溫度較低，不會對織物造成損壞。本發明的設備如用於對化纖織物進行處理，則可在原來的結構中引入親水性的含氧極性基團，從而提高化纖織物的穿著舒適性、吸溼性和染色性。僅需改變不同的工作氣體，就可對其它面料如毛料、絲綢或棉織物等進行相應改性處理，提高織物的拒油性、抗皺性等，如採用含氟氣體，通過射頻等離子體處理即可在毛料織物中形成拒油性基團等。該技術可大大提高紡織面料的質量，將打破我國高檔紡織面料長期依賴進口的局面，並可進而參與國際競爭。本發明還可廣泛適用於高聚物塑料等高分子材料的大面積均勻改性處理，所產生的經濟效益和社會效益將是十分巨大的。


圖1為本發明橫截面示意圖。
圖2為本發明側剖面示意圖。
圖3為電極對排列方式示意圖。
現結合圖1和圖2說明本發明的實施狀態。
圖1和圖2中，大功率射頻源1為10kW、27.12MHz，通過射頻功率匹配網絡2和引線柱9分別連接射頻高壓電極3和射頻地電極4，該兩電極均為長1.6米的大面積矩形板條電極，具有容納冷卻水的空腔5，電極3和4兩端跨接均壓電感6，密封室7為2M×0.8M×0.6M，具有工作氣體入口8，並與真空泵9相通，真空泵抽速可為30升/秒以上。密封室7的支架10上裝有織物支撐筒11，由主動軸和從動軸構成的織物傳動軸對12和第二織物傳動軸對13。射頻源1接地端通過引線柱4-1連接射頻地電極4，射頻功率匹配網絡2通過引線柱3-1連接射頻高壓電極3，該引線柱3-1和密封室7的室壁間隔有絕緣套管14，射頻高壓電極3和射頻地電極4通過絕緣法蘭15裝於支架10上，冷卻水可通過進水口5-1進入電極空腔5內，經出水口5-2流出，電機16通過傳動皮帶17帶動織物傳動軸對12和第二織物傳動軸對13，密封室7內的工作過程可通過觀察窗口18監視。
對織物改性處理時，先將密封室抽成真空狀態，然後充入所要求的工作氣體，氣壓一般為幾託--幾百託，視具體織物材料而定，壓力由真空泵維持；再開啟射頻源，使得大面積矩形板條電極間產生均勻的低溫等離子體，電極內流動冷卻水通過大面積電極的熱傳導擴散作用，使得等離子體保持較低溫度，為保證良好的冷卻效果，電極間距較小，一般為2-10mm，等速同步轉動的織物傳動軸對12和第二織物傳動軸對13，以一定速度使置於織物支撐滾筒11上捲筒狀的成品紡織面料20通過電極間的等離子體區域19，成為改性處理後的織物21。對於寬度為1.6米的成品化纖織物，處理速度可達到60米/小時以上，完全滿足實用化要求。
為提高處理速度，可設計多種形式的組合電極結構如圖3-(1)所示的一對平行長電極的簡單形式；圖3-(2)所示的兩對串行放置的分段電極形式；圖3-(3)所示的兩對交叉放置的分段電極形式；圖3-(4)所示的兩對長電極並行放置的結構形式；圖3-(5)所示的三條電極的層疊式放電結構，其中22為織物變向傳動軸。如有必要圖3所示結構形式的電極可按串、並聯排列方式成倍增加，以進一步增加作用面積和減少處理時間，進而達到實用要求。
本裝置適用於化纖、毛料、絲綢或棉紡等織物。對於不同的織物，僅需改變不同的工作氣體，即可達到不同的改性要求。如對化纖織物，可用氧氣作為工作氣體，通過該法處理後即可提高親水性、染色性、吸溼性和穿著舒適性等；而對於毛料織物，可將工作氣體換為無毒含氟氣體，經該法處理後即可提高毛料織物的拒油性能、抗汙性能等。視不同類型的織物和不同的改性要求，工作氣體還可以是氮氣、氬氣、空氣或二氧化碳等。該裝置還可廣泛適用於其它高聚物材料的射頻等離子體大面積均勻改性處理，如高聚物塑料等。
權利要求
1．一種射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，包括連接射頻的射頻電極對，具有工作氣體入口的密封室和通過管道連通密封室的真空泵，其特徵在於1)所述密封室內依託支架自上而下間隔裝有織物支撐滾筒、射頻電極對、織物傳動軸對，織物傳動軸對由主動軸和從動軸組成，2)所述射頻電極對由射頻高壓電極和射頻地電極組成，兩者均為大面積矩形板條電極，其內具有空腔可容納流動冷卻水，3)冷卻水進水管和出水管穿過密封室室壁連通所述大面積矩形板條電極空腔。
2．如權利要求1所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特徵在於所述射頻源高壓輸出端串聯射頻功率匹配網絡再連接射頻高壓電極，射頻源接地端與射頻地電極連接，所述射頻電極對電極間距2-10mm，兩端跨接均壓電感，工作氣體可為空氣、氧氣、含氟氣體、氮氣、氦氣、二氧化碳、氬氣。
3．如權利要求1或2所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特徵在於所述織物支撐滾筒和射頻電極對之間裝有第二織物傳動軸對。
4．如權利要求1或2所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特徵在於所述射頻電極對為兩對或兩對以上，射頻電極對可並行放置、串行放置或串並行放置。
5．如權利要求3所述的射頻激勵等離子體織物改性處理裝置，其特徵在於所述射頻電極對為兩對或兩對以上，射頻電極對可並行放置、串行放置或串並行放置。
全文摘要
射頻激勵等離子體織物改性處理裝置,密封室內依託支架裝有織物支撐滾筒、射頻電極對、織物傳動軸對,射頻電極對由大面積矩形板條電極構成,其內具有空腔可容納流動冷卻水,電極間距2－10mm,密封室連通真空泵,並具有工作氣體入口。處理溫度低、速度快、放電大面積均勻,無汙染,僅需改變空氣、氧、含氟氣體、氮、氦、氬、二氧化碳等不同的工作氣體,即可對化纖、毛料、絲綢或棉紡織品實現實用化的大面積均勻改性處理,並可適用於高聚物塑料等高分子材料改性處理。
文檔編號D06M10/02GK1318664SQ0110663
公開日2001年10月24日 申請日期2001年4月17日 優先權日2001年4月17日
發明者王又青 申請人:華中科技大學