【摘 要】
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辉光放电等离子体具有放电均匀性好、温度低、活性粒子丰富、功率密度适中等诸多优点,在材料表面改性、薄膜沉积、空气净化等领域具较高的应用价值。但是其生成条件极为苛刻,目前仍然无法实现大规模的工业化应用。为了将等离子体材料表面改性推进到实用领域,本文探究了在大气压空气中辉光等离子体的生成方法,并将生成的等离子体应用于芳纶材料的表面改性。首先,本研究基于微放电原理提出了极细导线双螺旋型电极结构。运用ANS
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辉光放电等离子体具有放电均匀性好、温度低、活性粒子丰富、功率密度适中等诸多优点,在材料表面改性、薄膜沉积、空气净化等领域具较高的应用价值。但是其生成条件极为苛刻,目前仍然无法实现大规模的工业化应用。为了将等离子体材料表面改性推进到实用领域,本文探究了在大气压空气中辉光等离子体的生成方法,并将生成的等离子体应用于芳纶材料的表面改性。首先,本研究基于微放电原理提出了极细导线双螺旋型电极结构。运用ANSYS Electronics仿真软件,分析了电极导线参数、被处理材料的材质及厚度对电场分布的影响。仿真发现,电极导线的直径越小,绝缘厚度越薄,越有利于形成面状的强电场区域。当电极导线外径为0.32mm时,可以在电极结构的上方形成面状的强电场区域。通过放电实验发现,在大气压空气环境中,极细导线双螺旋型电极结构在较低的放电电压下(1.1k V),形成了稳定弥散的辉光等离子体。而且,该电极结构生成的等离子,温度较低,活性粒子丰富,有利于对芳纶材料的改性处理。其次,利用极细导线双螺旋型电极结构对芳纶织物进行改性处理,并基于该电极结构设计了应用于芳纶帘线改性的处理装置。通过XPS检测发现,经过等离子体处理后,成功在芳纶纤维表面引入了C-O/C-N、C=O和O=C-O等极性官能团。利用SEM观察等离子体改性前后纤维表面的微观形貌变化,可以发现,纤维表面出现了明显的突起物和凹坑,比表面积明显增大。芳纶纤维的水接触角由89.5°减小到49.4°,表面自由能提高了64%。综合实验结果发现,改性效果与处理时间呈现一定的规律性,最佳处理时间为120s。利用本研究设计的处理装置对芳纶帘线改性后,显著增强了芳纶帘线与橡胶之间的粘合力。最后,本文针对极细导线双螺旋结构从两个方面进行了改进,提出了AB型双螺旋电极结构和多电位极细导线双螺旋型电极结构,并对两种新结构的放电特性进行了分析。AB型双螺旋电极结构缩短了活性粒子扩散距离,有利于实现在芳纶纤维下表面的直接沿面放电处理。该电极结构放电电压仅为760V,生成的辉光等离子体呈现柔和的淡蓝色。多电位极细导线双螺旋型电极结构增加了一个高电位,构造垂向的电场,来防止粒子扩散过程中损失能量。放电实验证明,当增加5k V的直流偏置电位以后,放电点及放电次数均会增加,更加有利于在材料表面形成放电。
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