高壓直流電源在材料表面改性中的應(yīng)用可行性分析

平高集團(tuán)有限公司 劉曉焱 劉伸展 蔣煥英

1.引言

傳統(tǒng)的化纖紡織品的改性措施是采用濕法工藝，該方法的特點(diǎn)是污染大、耗水多且耗能大。目前對(duì)于解決化纖織物的一些天然的缺陷依然存在較多的技術(shù)難題，這也導(dǎo)致了化纖織物由于其染色效果差、吸濕性不好等缺點(diǎn)而在服裝市場(chǎng)大力推廣受到較多的阻力。如果能夠解決化纖織物所存在的這些問(wèn)題，將之推向市場(chǎng)可以創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。利用等離子體法對(duì)化纖織物表面進(jìn)行一些改性措施屬于一種氣固想干法工藝，這種方法可以使化纖織物的表面的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而可以改變化纖織物表面的染色性及吸濕性。由于該方法具有操作快捷方便、綠色環(huán)保且利于工業(yè)化生產(chǎn)的要求，因此被各國(guó)的研究者所認(rèn)可。

2.高壓直流電源的工作原理及其應(yīng)用

高壓直流電源是由工頻電網(wǎng)中德電能轉(zhuǎn)變而成的一種高壓電源而形成的一種電子儀器，在我國(guó)被應(yīng)用于各種行業(yè)中。而傳統(tǒng)的高壓電源則是將工頻電壓由高壓變壓器經(jīng)過(guò)升壓處理后再整流濾波得到的，或者是升壓處理后又加倍施電壓后整流而得到高壓。高壓電流電源的工作原理如圖1所示。

圖1中參與升壓工作的變壓器即為工頻變壓器，它是由市場(chǎng)中民用電壓經(jīng)可控硅將電壓調(diào)到工頻變壓器后升壓，然后利用高壓硅整流并輸出直流高壓，它的控制原理就是采用工頻移相交流調(diào)壓的方式進(jìn)行的。這種工作原理具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：該控制原理理論成熟，易于被人們所接受，且能提供比較齊全的控制方式功能；設(shè)備已經(jīng)在市場(chǎng)中應(yīng)用廣泛且積累了多年的工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多年的反復(fù)修正，目前絕大多數(shù)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，具有較高的可靠度，穩(wěn)定性較好。任何事物都有其兩面性，由于控制原理依然存在一定的局限性，高壓直流電源具有一定的缺陷：由于其工作頻率達(dá)到50Hz，從而導(dǎo)致變壓器的體積較大、自重大；倍壓電路輸出電壓時(shí)會(huì)由于其低頻而產(chǎn)生較多的波紋，這在一定程度上導(dǎo)致穩(wěn)定輸出電壓的可靠性受到損害；交流移相控制，使得電網(wǎng)測(cè)諧波嚴(yán)重；由于采用交流移相調(diào)壓，使得輸出高壓波形比較單一，不能隨著應(yīng)用要求的改變而及時(shí)得以調(diào)整；也就是說(shuō)傳統(tǒng)的高壓直流電源存在設(shè)備重量大、所占空間大、工作效率較低、精度較低等缺陷，市場(chǎng)急需高頻化的大功率高壓電源。

3.材料表面改性技術(shù)概述

目前，符合表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了重大進(jìn)展，如熱噴涂與激光重熔的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合、表面強(qiáng)化與固體潤(rùn)滑膜的復(fù)合、多層薄膜技術(shù)的復(fù)合、金屬材料基體與非金屬材料涂層的復(fù)合等，復(fù)合表面工程技術(shù)使本體材料的表面薄層具有了更加卓越的性能。表面處理技術(shù)主要包括三個(gè)方面，分別是表面覆蓋技術(shù)、表面改性技術(shù)和復(fù)合表面技術(shù)。

(l)表面覆蓋技術(shù)

利用外加涂層或鍍層的性能使基材表面性能優(yōu)化，基材不參與或者很少參與涂層的反應(yīng)，對(duì)涂層的成分貢獻(xiàn)很小。它是在零件表面涂覆一層強(qiáng)化層，厚度大約在件μm-mm數(shù)量級(jí)。

(2)表面改性技術(shù)

目前大致可分為以下幾類(lèi):噴丸強(qiáng)化；表面熱處理；化學(xué)熱處理；等離子擴(kuò)滲處理；激光表面處理；電子束表面處理；高密度太陽(yáng)能表面處理；離子注入表面改性；低溫等離子體表面改性等。

(3)復(fù)合表面處理技術(shù)

表面技術(shù)種類(lèi)繁雜，今后還會(huì)有一系列新技術(shù)涌現(xiàn)出來(lái)。表面技術(shù)的另一個(gè)重要趨向是綜合運(yùn)用兩種或更多種表面技術(shù)的復(fù)合表面處理將獲得迅速發(fā)展。隨著材料使用要求的不斷提高，單一的表面技術(shù)因有一定的局限性而往往不能滿(mǎn)足需要。目前己開(kāi)發(fā)的一些復(fù)合表面處理如等離子噴涂與激光輻照復(fù)合、熱噴涂與噴丸復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍復(fù)合、激光淬火與化學(xué)熱處理復(fù)合、化學(xué)熱處理與氣相沉積復(fù)合等，己經(jīng)取得良好效果，有的還收到意想不到的效果。

圖1 傳統(tǒng)高壓直流電壓工作原理是以圖

化學(xué)纖維的改性一直是人們研究的熱門(mén)課題。纖維的改性方法很多，大體可分為兩類(lèi)：化學(xué)方法和物理方法?；瘜W(xué)方法有共聚法，即在大分子鏈中引入第三組分；共混法，也就是在聚合物制造過(guò)程中加入改性添加劑；化學(xué)表面改性法，在表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的浸，涂等；目前有些化學(xué)方法己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化(如堿減量法用于滌綸)，但化學(xué)改性能耗大，易污染環(huán)境，且改性效果差。物理改性主要用高能電子、紫外線(xiàn)、Y射線(xiàn)和等離子體等作為引發(fā)手段，使纖維表面產(chǎn)生自由基等活性粒子，然后再接枝，這是一種干式方法。同化學(xué)方法相比，物理改性最大的好處是節(jié)水節(jié)能，有利于環(huán)境保護(hù)，是目前研究的熱點(diǎn)，也是極具應(yīng)用前景的一類(lèi)方法。

4.高壓直流電源在材料表面改性中應(yīng)用的分析

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)化纖織物的表面改性的研究目的，通過(guò)利用改進(jìn)的等離子體發(fā)生裝置為核心部件的高壓直流電源。這種電源有調(diào)頻調(diào)壓的功能，且其電極間距也是可以通過(guò)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，操作相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)便，通過(guò)應(yīng)用這種高壓直流電源裝置對(duì)化纖織物的表面改性進(jìn)行了一系列的研究分析。將研究的結(jié)果與同行業(yè)中的同類(lèi)研究進(jìn)行比較后，總結(jié)了一些基于高壓直流電源的化纖織物表面改性研究的相關(guān)規(guī)律：采用兩極變壓器的策略解決了電源高壓和低壓部分的絕緣問(wèn)題，采用雙向倍加器技術(shù)，減少了倍壓級(jí)數(shù)，提高了電源的穩(wěn)定度和精度。在實(shí)現(xiàn)高頻化的重要部分逆變電路中，對(duì)利用變壓器漏感和開(kāi)關(guān)管結(jié)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和試驗(yàn)，并應(yīng)用于實(shí)際電路中，.使變壓器的分布參數(shù)得到了合理的利用，減小了高頻變壓器分布參數(shù)所帶來(lái)的不利影響，取得了較好的效果。利用通過(guò)多次調(diào)試匹配合適的放電電路對(duì)化纖織物進(jìn)行改性試驗(yàn)時(shí)，樣品的FTR測(cè)試結(jié)果反映了改性后的化纖織物表面被引入了極性基團(tuán)，使其染色性及吸濕性極大地提高了，匹配后的高壓直流電源裝置基本可以滿(mǎn)足對(duì)化纖織物表面改性的要求。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高壓直流電源工作原理的分析，以及根據(jù)等離子體對(duì)材料表面改性的原理，通過(guò)改進(jìn)以等離子體發(fā)生裝置為核心的高壓直流電源，并以此進(jìn)行化纖織物表面改性的試驗(yàn)，結(jié)果表面化纖織物的染色性和吸濕性大大提高，應(yīng)用高壓直流電源對(duì)化纖材料表面改性是可靠的。將高壓直流電源對(duì)化纖織物表面進(jìn)行改性，具有操作簡(jiǎn)便、成本較低和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值，有利于推動(dòng)化纖織物廣泛應(yīng)用于服裝設(shè)計(jì)中，能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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