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m 级常压等离子体中试装置及其在纺织材料连续表面改性中的应用

m 级常压等离子体中试装置及其在纺织材料连续表面改性中的应用. 李驰 1 唐晓亮 1 ，邱高 1,* (1 、东华大学 ) 2007 年 8 月 20 日. 低温等离子体的产生. 用于材料表面改性的低温等离子体大都采用放电方式产生。 根据放电产生的机理，气体的压强范围、电源性质以及电极的几何形状、气体放电等离子体主要分为以下几种形式： 辉光放电 射频放电 微波放电 电晕放电 介质阻挡放电. 等离子体的工业应用价值. 对等离子体发生设备的研究从 20 世纪 70 年代开始，美国日本等国陆续研制出用于纺织品处理的等离子体设备。.

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  1. m级常压等离子体中试装置及其在纺织材料连续表面改性中的应用m级常压等离子体中试装置及其在纺织材料连续表面改性中的应用 李驰1 唐晓亮1，邱高1,* (1、东华大学) 2007 年 8 月 20日

  2. 低温等离子体的产生 • 用于材料表面改性的低温等离子体大都采用放电方式产生。 • 根据放电产生的机理，气体的压强范围、电源性质以及电极的几何形状、气体放电等离子体主要分为以下几种形式： • 辉光放电 • 射频放电 • 微波放电 • 电晕放电 • 介质阻挡放电

  3. 等离子体的工业应用价值 • 对等离子体发生设备的研究从20 世纪70 年代开始，美国日本等国陆续研制出用于纺织品处理的等离子体设备。 • 对于大规模的工业生产而言，低气压等离子体真空系统是必不可少的。

  4. 而长期实验室研究表明，用DBD在大气压下产生的高能高浓度均匀等离子体处理化纤非织物和织物，能有效地使纤维获得表面改性，使得连续化的工业应用有可能得以实现。而长期实验室研究表明，用DBD在大气压下产生的高能高浓度均匀等离子体处理化纤非织物和织物，能有效地使纤维获得表面改性，使得连续化的工业应用有可能得以实现。

  5. Ar gas electrode Dielectric of PTFE • Textile Transfer motion system HV 改进后的电极结构（侧面图） 实验装置如图所示，将长1m的两圆柱形铜质电极平行正对放置，其中一个电极被厚度为0.5mm的聚四氟乙烯膜的介质所覆盖。

  6. 1 几种常用的介质阻挡放电的电极结构

  7. 2 导流装置的设计 导流装置是由有机玻璃制成的气室。气体由钢瓶流出，经过导流片分流向各个方向扩散，再经由三层纱网，使得各个方向的气体流速减缓逐渐均匀，最后经由装置下面宽为2mm，长为1m的长方形气槽均匀吹入电极之间，

  8. 4 8 2 1 6 5 3 7 • The experimental arrangement of voltage and charge transfer measurements • 1.Power; 2,3.Resistance(R2/R1=1000); 4.Digtial oscilloscope; 5.Capacitor(C=4.5nf); 6.Flowmeter; 7.Gas bottle; 8.Discharge chamber Corresponding Q-U Lissajous figure 3.1 Q-U李萨如图形法诊断介质阻挡放电功率

  9. The relationship between discharge power and discharge gap • 由图可见，放电功率与放电间隙并非呈线性关系，大约在1mm～1.5mm处存在一个“临界间隙”，在这个临界间隙，放电功率最大。

  10. 4 10 6 7 9 2 1 8 3 5 11 • 介质阻挡放电等离子体光谱诊断的实验装置图 • 1.Power; 2,3.Resistance(=1000); 4.Digtial oscilloscope; 5.Current-sampling resistance (R=100Ω); 6. Electrodes; 7.Optical fiber; 8.Flowmeter;9.Gas pump; 10.PC; 11.Gas bottle 3.2、常压DBD等离子体发射光谱初步诊断 常压下研究等离子体的方法比较少，光谱诊断算是一种重要的方法

  11. 假设在局域热动平衡（LTE）条件下，能级分布遵循Boltzmann关系，因此同一元素的两条谱线的强度比可表示为：假设在局域热动平衡（LTE）条件下，能级分布遵循Boltzmann关系，因此同一元素的两条谱线的强度比可表示为： 式中g1、A1和g2、A2分别是能级E1和E2的统计权重与跃迁几率，k是玻尔兹曼常数，λ1与λ2分别为谱线1与谱线2的波长。对上式取自然对数可得： 3.3 常压DBD等离子体发射光谱定量分析

  12. 常压DBD等离子体发射光谱定性分析 右图是空气常压等离子体和氩气常等离子体的发射光谱。

  13. 初步测得电子温度在零点几个电子伏特，但具体的常压介质阻挡放电发射光谱定量分析工作还有待进一步的深入。

  14. Contact angles of the water drops placed on the PBT treated by plasma at different time Contact angle of PBT nonwoven and wool gabardine with different DBD treatment periods T=0s T=20s T=60s T=40s 3.4 PBT合羊毛布处理后的接触角变化

  15. 3.5 PBT处理后的电镜观察 • 非织造布材料分别经空气、氩气等离子体处理1分钟后用扫描电子显微镜拍照。 • 从上图可见经等离子体处理后，PBT纤维表面变的粗糙不平，出现了沟槽和凸起等刻蚀的痕迹。由于这些沟槽和凹凸的产生，增加了材料的表面粗糙程度和比表面积，因此材料的润湿性提高。

  16. 羊毛处理后的电镜观察 • 羊毛纤维表面的鳞片结构，顺鳞片和逆鳞片方向的摩擦系数不同，当无规律的外力作用到毛纤维上时，使得顺向和逆向滑动时摩擦力存在差别(定向摩擦效应)，容易产生毡缩现象。羊毛的耐热性能很差，处理时放置极板中间极易烧蚀，而用本装置处理，温度较低，就不会产生烧蚀。在工业应用上有很高的价值。

  17. Ar Ar Ar 展望 • 通过本中试装置对材料初步处理的结果可以看出本装置有一定的工业应用价值，对于工具体的工业应用还有待于进一步的研究。

  18. Thank you!

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