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，該方法的特點是污染大、耗水多且耗能大。目前對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、吸濕性不好等缺點而在服裝市場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題，將之推向市場可以創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)價值。利用等離子體法對化纖織物表面進(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優(yōu)勢：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)在市場中應(yīng)用廣泛且積累了多年的工程經(jīng)驗，經(jīng)過多年的反復(fù)修正，目前絕大多數(shù)采用計算機進(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會由于其低頻而產(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得以調(diào)整；也就是說傳統(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、表面強化與固體潤滑膜的復(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)，對涂層的成分貢獻(xiàn)很小。它是在零件表面涂覆一層強化層，厚度大約在件μm-mm數(shù)量級。

(2)表面改性技術(shù)

目前大致可分為以下幾類:噴丸強化；表面熱處理；化學(xué)熱處理；等離子擴滲處理；激光表面處理；電子束表面處理；高密度太陽能表面處理；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)種類繁雜，今后還會有一系列新技術(shù)涌現(xiàn)出來。表面技術(shù)的另一個重要趨向是綜合運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足需要。目前己開發(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課題。纖維的改性方法很多，大體可分為兩類：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、Y射線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，也是極具應(yīng)用前景的一類方法。

4.高壓直流電源在材料表面改性中應(yīng)用的分析

為了實現(xiàn)對化纖織物的表面改性的研究目的，通過利用改進(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手動實現(xiàn)調(diào)節(jié)，操作相當(dāng)?shù)暮啽?，通過應(yīng)用這種高壓直流電源裝置對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題，采用雙向倍加器技術(shù)，減少了倍壓級數(shù)，提高了電源的穩(wěn)定度和精度。在實現(xiàn)高頻化的重要部分逆變電路中，對利用變壓器漏感和開關(guān)管結(jié)電容來實現(xiàn)的軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和試驗，并應(yīng)用于實際電路中，.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)所帶來的不利影響，取得了較好的效果。利用通過多次調(diào)試匹配合適的放電電路對化纖織物進(jìn)行改性試驗時，樣品的FTR測試結(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足對化纖織物表面改性的要求。

5.結(jié)語

通過對高壓直流電源工作原理的分析，以及根據(jù)等離子體對材料表面改性的原理，通過改進(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，結(jié)果表面化纖織物的染色性和吸濕性大大提高，應(yīng)用高壓直流電源對化纖材料表面改性是可靠的。將高壓直流電源對化纖織物表面進(jìn)行改性，具有操作簡便、成本較低和綠色環(huán)保等優(yōu)點，具有一定的推廣價值，有利于推動化纖織物廣泛應(yīng)用于服裝設(shè)計中，能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]于偉東,葛麗波.等離子體在紡織材料上應(yīng)用現(xiàn)狀的探析(下)[J].高分子材料科學(xué)與工程,2000(04).

[2]張燕,顧彪,王文春,王德真.常壓輝光放電等離子體研究進(jìn)展及聚合物表面改性[J].合成纖維工業(yè),2006(03).

[3]金杰,劉學(xué)恕,姚耀廣,張瑞峰.聚丙烯纖維的等離子體改性研究[J].合成纖維,1993(01).

[4]郭清泉,陳煥欽.金屬腐蝕與涂層防護(hù)[J].合成材料老化與應(yīng)用,2003(04).

[5]殷燕芳.表面技術(shù)在金屬包裝上的應(yīng)用[J].機械研究與應(yīng)用,2007(04).