一种基于电磁场调控的等离子体改性装置转让专利
申请号 : CN202110005967.9
文献号 : CN112853738B
文献日 : 2022-01-18
发明人 : 吴广宁 , 李杰 , 杨泽锋 , 魏文赋 , 阴国锋 , 李响 , 赵阳
申请人 : 西南交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于电磁场调控的等离子体改性装置,其特征在于,包括从左到右依次设置的电源组件一、等离子改性部件、电源组件二、等离子体发生器(18)、废气收集装置和储气装置;其中所述等离子改性部件包括密封罐(14)和穿过密封罐(14)中心的碳纤维(6),所述密封罐(14)外侧依次固定设置有导电圆管(8)和导电线圈(9),所述密封罐(14)上端固定设置有若干气体喷嘴(10),所述气体喷嘴(10)依次穿过导电圆管(8)和导电线圈(9),所述密封罐(14)下端设置有出气管道(4);
其中所述电源组件一包括第一直流电源(11)、分压可变电阻(12)和分压电阻(13),所述第一直流电源(11)负极接在导电圆管(8)上并接地,正极接在碳纤维(6)上,所述第一直流电源(11)与分压可变电阻(12)和分压电阻(13)串联,所述分压电阻(13)两端分别与碳纤维(6)和导电圆管(8)连接;
所述电源组件二包括串联连接的第二直流电源(3)、控制电流可变电阻(16)和保护电阻(17),所述第二直流电源(3)正负极分别与导电线圈(9)相连。
2.如权利要求1所述的基于电磁场调控的等离子体改性装置,其特征在于,所述出气管道(4)分别连接有气体加压泵(20)和废气储存罐(24),所述气体加压泵(20)与出气管道(4)之间设置有第一止回阀(1)和第一气体阀门开关(2);气体加压泵(20)与等离子体发生器(18)相连,气体加压泵(20)与等离子体发生器(18)之间设置有第二气体阀门开关(19)。
3.如权利要求1所述的基于电磁场调控的等离子体改性装置,其特征在于,储气装置包括两个高压储气罐(23),所述高压储气罐(23)与等离子体发生器(18)连接,所述高压储气罐(23)与等离子体发生器(18)之间设置有第二气体质量流量控制器(21)和第三气体阀门开关(22)。
4.如权利要求1所述的基于电磁场调控的等离子体改性装置,其特征在于,所述废气收集装置包括废气储存罐(24),所述废气储存罐(24)与出气管道(4)之间设置有第二止回阀(25)和第四气体阀门开关(26)。
5.如权利要求1所述的基于电磁场调控的等离子体改性装置,其特征在于,所述碳纤维(6)竖直通过密封罐(14)轴线方向,所述碳纤维(6)两端分别缠绕在两个纤维卷(7)上,所述纤维卷(7)连接有电动机。
6.如权利要求1所述的基于电磁场调控的等离子体改性装置,其特征在于,所述等离子体发生器(18)与气体喷嘴(10)相连,等离子体发生器(18)与气体喷嘴(10)之间设置有第一气体质量流量控制器(15)。
说明书 :
一种基于电磁场调控的等离子体改性装置
技术领域
背景技术
组成,所以碳纤维的浸润性较差,表面光滑,并且与大多数聚合物的化学键合较差。因此,碳
纤维与基体之间的界面结合力较差,使得复合材料难以发挥出碳纤维本身优良的机械性能
以及导电导热性能。对碳纤维进行适当的表面改性可以改变其浸润性,增强碳纤维与基体
之间的界面结合。为此,已经开发出多种表面处理技术,其中等离子体改性处理相对更加环
保、方便,对纤维的力学性能影响较小。
电等。而在对碳纤维进行表面改性时,常用的三类低温等离子体改性处理装置为:射频等离
子体处理装置、介质阻挡放电等离子体处理装置和滑动弧射流等离子体处理装置。滑动弧
射流等离子体处理装置的原理是在两个电极上施加高压,引起两极之间的气体被击穿产生
等离子体,气流带动等离子体从喷嘴喷出,作用于纤维表面进行改性处理。这种等离子体改
性处理装置相比与其他两种,结构简单易行,成本低廉,装配灵活,是一种极具有前景的可
大规模工业化应用的等离子体改性处理装置。
2.由于气体从喷嘴喷射出来后,整体呈扇形分布,无法保证对纤维表面改性的均匀性,甚至
可能会使得纤维表面产生结构性缺陷;3.等离子体与纤维碰撞的作用力可控性较差,无法
较为准确地控制等离子体改性程度。
发明内容
装置和储气装置;其中等离子改性部件包括密封罐和穿过密封罐中心的碳纤维,密封罐外
侧依次固定设置有导电圆管和导电线圈,密封罐上端固定设置有若干气体喷嘴,气体喷嘴
依次穿过导电圆管和导电线圈,密封罐下端设置有出气管道。
气体喷嘴中喷射,进入密封罐内部,在导电线圈产生的竖直向上的磁场作用下,负离子受到
洛伦兹力的作用,同时在导电圆管与碳纤维之间产生的电场作用下,负离子受到了径向电
场力的作用,使得负离子呈螺旋状态向纤维表面运动。并且在洛伦兹力和电场力的作用下,
使得负离子在径向方向有较大的分力,使得负离子与碳纤维之间的碰撞更为强烈。通过储
气装置可以储存和输送不同的改性气体,废气收集装置可以收集废气进行统一处理。
电阻串联,分压电阻两端分别与碳纤维和导电圆管连接。
进行改性。通过改变分压可变电阻的阻值,改变碳纤维和导电管壁之间的电场强度,进而改
变负离子碰撞碳纤维时的动能,负离子动能过大,将会使得碳纤维的力学性能受损,负离子
动能过小,将会难以打破原有化学键,所以可调节的电场将有利于等离子体改性的有效进
行。
离子的喷射速度不同,使得不同离子受到的洛伦兹力也不同,路径也不同,最终作用在碳纤
维的位置也不同,使得等离子体对碳纤维的处理更加均匀化。
加压泵与等离子体发生器之间设置有第二气体阀门开关。
性的正常进行。
于对改性碳纤维的大规模工业化生产。
的改性程度。
而实现等离子体改性的均匀化,并可以调控等离子体与碳纤维的撞击强度,减小等离子体
改性对纤维力学性能的损伤,同时提高碳纤维表面的化学活性。
附图说明
压可变电阻;13、分压电阻;14、密封罐;15、第一气体质量流量控制器;16、控制电流可变电
阻;17、保护电阻;18、等离子体发生器;19、第二气体阀门开关;20、气体加压泵;21、第二气
体质量流量控制器;22、第三气体阀门开关;23、高压储气罐;24、废气储存罐;25、第二止回
阀;26、第四气体阀门开关。
具体实施方式
置;其中电源组件一包括第一直流电源、分压可变电阻和分压电阻,电源组件二包括第二直
流电源、控制电流可变电阻和保护电阻。
外侧,导电线圈9与导电圆管8之间绝缘;多个气体喷嘴10安装固定在密封罐14上方,气体喷
嘴10穿过导电线圈9和导电圆管8;出气管道4安装固定在密封罐14底部。
之间产生的电场作用下,负离子受到了径向电场力的作用,使得负离子呈螺旋状态向纤维
表面运动。并且在洛伦兹力和电场力的作用下,使得负离子在径向方向有较大的分力,使得
负离子与碳纤维之间的碰撞更为强烈。
碳纤维6匀速移动。
相连。
性碳纤维的大规模工业化生产。碳纤维6与导电圆管8管壁平行,从而在碳纤维6与导电圆管
8之间产生不均匀电场,使得负离子受到沿轴心方向的力,使得负离子加速碰撞碳纤维进行
改性。通过改变分压可变电阻的阻值,改变碳纤维6和导电圆管8管壁之间的电场强度,进而
改变负离子碰撞碳纤维时的动能,负离子动能过大,将会使得碳纤维6的力学性能受损,负
离子动能过小,将会难以打破原有化学键,所以可调节的电场将有利于等离子体改性的有
效进行。
射速度不同,使得不同离子受到的洛伦兹力也不同,路径也不同,最终作用在碳纤维6的位
置也不同,使得等离子体对碳纤维6的处理更加均匀化。
体阀门开关19。
度。高压储气罐23内可以储存纯净空气、氮气、氧气等改性气体,并且通过第二气体质量流
量控制器22来控制混合气体的比例,以达到不同的改性效果。出气管道4用来排放废气至废
气储存罐24内,或者直接进行处理排放,保证实验的安全;同时设置有第二止回阀25,用来
防止废气进入密封罐14内,影响改性的正常进行。通过气体加压泵20对改性后的气体进行
加压,再通往等离子体改性部件,使得某些气体可以循环使用,减少原料消耗。
可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。