一種采用大氣壓等離子體對(duì)管內(nèi)外壁進(jìn)行表面改性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大氣壓等離子體對(duì)管狀材料內(nèi)壁和外壁同時(shí)進(jìn)行表面改性的方法，屬于等離子體材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]潤(rùn)濕性是材料表面的重要性質(zhì)之一，很多材料因表面潤(rùn)濕性差而影響其生物相容性、粘附性等。已有多種方法被用來(lái)提高材料表面潤(rùn)濕性，如濕化學(xué)法、激光處理、紫外處理以及等離子體處理等，其中，等離子體表面處理技術(shù)因?qū)w材料影響小、環(huán)境友好等原因而受到廣泛關(guān)注。公開(kāi)號(hào)為CN 1526753 A、CN 1900408 A、CN 202318981 U的發(fā)明專利均提供了采用等離子體對(duì)材料進(jìn)行表面改性的裝置和方法。但這些裝置或方法均需要復(fù)雜昂貴的真空設(shè)備，且被處理材料的尺寸受真空腔的限制，因而大大降低處理效率，增加處理成本。因而無(wú)需真空、操作簡(jiǎn)單方便、成本低的大氣壓等離子體材料表面改性得到了廣大科研工作者的重視，如專利CN 102259364 A、CN 202907329 U、CN 102905455 A、CN 103194001A等。
[0003]管狀結(jié)構(gòu)材料在機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行表面改性可有效改善其應(yīng)用效果。文獻(xiàn)Appl.Phys.Lett.2009，94(11 )，111501中作者將一根不銹鋼針插入石英管中，通入氣體并在不銹鋼針上施加電壓，形成大氣壓?jiǎn)吾樂(lè)烹姷入x子體，進(jìn)而對(duì)該石英管內(nèi)壁表面形成改性。文獻(xiàn)Plasma Process.Polym.2015，12(3): 271-284.中介紹了一種將產(chǎn)生的大氣壓等離子體射流通入聚合物管的方式進(jìn)行管內(nèi)壁表面改性。但這兩種方法只能改性管內(nèi)壁表面，同時(shí)因等離子體放電強(qiáng)度或等離子體射流滲透長(zhǎng)度有限而導(dǎo)致可實(shí)現(xiàn)改性的管的長(zhǎng)度受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了大氣壓等離子體對(duì)管狀材料內(nèi)壁和外壁同時(shí)進(jìn)行表面改性的方法，可在大氣壓下通過(guò)介質(zhì)阻擋放電等離子體射流作用于待改性的管外壁，實(shí)現(xiàn)對(duì)外壁的表面改性;在待改性管中通入工作氣體時(shí)可在管內(nèi)形成等離子體，實(shí)現(xiàn)管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)壁表面改性；當(dāng)待處理管內(nèi)通入工作氣體且沿著軸向做旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度管的內(nèi)外壁表面改性。
[0005]—種采用大氣壓等離子體對(duì)管內(nèi)外壁進(jìn)行表面改性的方法，步驟如下:
[0006]本發(fā)明涉及一種大氣壓等離子體對(duì)管狀材料內(nèi)壁和外壁同時(shí)進(jìn)行表面改性的方法，主要通過(guò)介質(zhì)阻擋放電等離子體射流2對(duì)管3外壁進(jìn)行表面改性，同時(shí)提供電場(chǎng)在管3內(nèi)部形成等離子體實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)壁的改性。
[0007]大氣壓等離子體射流2生成系統(tǒng)包括介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置1、工作氣體源5、氣體質(zhì)量流量控制器6和高壓電源7;高壓電源7的高壓輸出端和低壓輸出端分別與介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I的電極相連，工作氣體由工作氣體源5經(jīng)過(guò)氣體質(zhì)量流量控制器6通入介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I;將介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I固定在支架上，將待處理管狀材料3置于射流出口正下方，垂直距離O?15mm，工作氣體由工作氣體源8經(jīng)過(guò)氣體質(zhì)量流量控制器6通入待處理管狀材料3;調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器6，使工作氣體以合適的流量進(jìn)入介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I和待處理管狀材料3中；開(kāi)啟高壓電源7，逐漸提高輸出電壓，形成穩(wěn)定的等離子體射流2;調(diào)整介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I和待處理管狀材料3之間的距離，使等離子體射流2和待處理管狀材料3充分接觸并在待處理管狀材料3內(nèi)誘導(dǎo)形成等離子體。在等離子體射流2和管內(nèi)等離子體4的共同作用下，待處理管狀材料3內(nèi)外壁表面即可實(shí)現(xiàn)改性。根據(jù)改性需求，可對(duì)待處理管狀材料3施加沿軸向的旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度的管內(nèi)外壁表面均勻改性。
[0008]所述的等離子體射流2由介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生;產(chǎn)生等離子體射流2和等離子體4的工作氣體為惰性氣體、氮?dú)?、空氣或混合氣體，且二者工作氣體成分可相同也可不同。
[0009]所述的介質(zhì)阻擋放電由直流、脈沖、低頻、射頻或微波頻率的電源驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生。
[0010]本發(fā)明的有益效果:該大氣壓等離子體宏觀溫度低至室溫，不會(huì)對(duì)被處理的管產(chǎn)生熱損傷;其中富集大量的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基等活性粒子，化學(xué)活性很高，可以在等離子體-管壁接觸界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高管狀材料表面能；該方法無(wú)需復(fù)雜真空設(shè)備，可通過(guò)控制被處理管的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度管內(nèi)外壁的同時(shí)改性，且成本低，操作簡(jiǎn)單靈活，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是一種綠色表面改性方法。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是大氣壓等離子體對(duì)管狀材料內(nèi)外壁進(jìn)行表面改性的裝置示意圖。
[0012]圖2是介質(zhì)阻擋放電等離子體射流作用于管，并在管內(nèi)產(chǎn)生等離子體的照片。
[0013]圖3是直徑為3X2mm的聚四氟乙烯管經(jīng)改性前后水滴在上面的形貌照片。
[0014]圖中:1介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置;2等離子體射流；
[0015]3管狀材料;4等離子體;5工作氣體源;6氣體質(zhì)量流量控制器；
[0016]7高壓電源;8工作氣體源。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和和技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明涉及一種大氣壓等離子體對(duì)管狀材料內(nèi)壁和外壁同時(shí)進(jìn)行表面改性的方法，主要通過(guò)介質(zhì)阻擋放電等離子體射流2對(duì)待處理管狀材料3外壁進(jìn)行表面改性，同時(shí)提供電場(chǎng)在待處理管狀材料3內(nèi)部形成等離子體實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)壁的改性。
[0019]大氣壓等離子體射流2生成系統(tǒng)包括介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置1、工作氣體源5、氣體質(zhì)量流量控制器6和高壓電源7。
[0020]進(jìn)行管內(nèi)外壁表面改性前，按照附圖將這些設(shè)備分別連接:高壓電源5的高、低壓輸出端分別與介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I的電極相連;工作氣體由工作氣體源5經(jīng)過(guò)氣體質(zhì)量流量控制器6通入介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I;將介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I固定在支架上，將待處理管狀材料3放置在射流出口正下方，垂直距離O?15mm可調(diào)，工作氣體由工作氣體源8經(jīng)過(guò)氣體質(zhì)量流量控制器6通入待處理管。調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器6，使工作氣體以合適的流量進(jìn)入介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I和待處理管狀材料3中；開(kāi)啟高壓電源7，逐漸提高輸出電壓，形成穩(wěn)定的等離子體射流2;調(diào)整介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置I和待處理管狀材料3之間的距離，使等離子體射流2和待處理管狀材料3充分接觸并在待處理管狀材料3內(nèi)誘導(dǎo)形成等離子體。在等離子體射流2和管內(nèi)等離子體4的共同作用下，待處理管狀材料3內(nèi)外壁表面即可實(shí)現(xiàn)改性。根據(jù)改性需求，可對(duì)待處理管狀材料3施加沿軸向的旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度的管內(nèi)外壁表面均勻改性。
[0021 ]具體實(shí)施例:
[0022]如圖2和圖3所示，是本發(fā)明提供的實(shí)施例。選用的工作氣體源5為氬氣，工作氣體源8為氦氣，高壓電源7為交流電源，輸出頻率50?120kHz，輸出電壓O?10kV，最大功率150W，等離子體射流2和待處理管狀材料3之間的垂直距離為10mm。圖2所示是介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的等離子體射流2以及在待處理管狀材料3內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體4，改性時(shí)間為30秒，圖3所示是改性前后水滴在管內(nèi)外壁表面的形貌照片，表明改性后管內(nèi)外壁的潤(rùn)濕性大幅改善。由此可知，該方法可對(duì)管內(nèi)外壁表面進(jìn)行有效改性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用大氣壓等離子體對(duì)管內(nèi)外壁進(jìn)行表面改性的方法，其特征在于，步驟如下:大氣壓等離子體射流生成系統(tǒng)包括介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置、工作氣體源、氣體質(zhì)量流量控制器和高壓電源;高壓電源的高壓輸出端和低壓輸出端分別與介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置的電極相連，工作氣體由工作氣體源經(jīng)過(guò)氣體質(zhì)量流量控制器通入介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置;將介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置固定在支架上，將待處理管狀材料置于射流出口正下方，垂直距離O?15mm，工作氣體由工作氣體源經(jīng)過(guò)氣體質(zhì)量流量控制器通入待處理管狀材料;調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器，使工作氣體以合適的流量進(jìn)入介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置和待處理管狀材料中；開(kāi)啟高壓電源，逐漸提高輸出電壓，形成穩(wěn)定的等離子體射流;調(diào)整介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置和待處理管狀材料之間的距離，使等離子體射流和待處理管狀材料充分接觸并在待處理管狀材料內(nèi)誘導(dǎo)形成等離子體;在等離子體射流和待處理管狀材料管內(nèi)等離子體的共同作用下，待處理管狀材料內(nèi)外壁表面實(shí)現(xiàn)改性;根據(jù)改性需求，對(duì)待處理管狀材料施加沿軸向的旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度的管內(nèi)外壁表面均勻改性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的等離子體射流和等離子體由介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，所述的產(chǎn)生等離子體射流和等離子體的工作氣體為惰性氣體、氮?dú)狻⒖諝饣蚧旌蠚怏w，且二者工作氣體成分相同或不同。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的介質(zhì)阻擋放電由直流、脈沖、低頻、射頻或微波頻率的電源驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用大氣壓等離子體對(duì)管內(nèi)外壁進(jìn)行表面改性的方法，屬于等離子體材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。將產(chǎn)生的等離子體射流作用于待處理管狀材料表面，在待處理管狀材料內(nèi)通入工作氣體，在待處理管狀材料內(nèi)形成等離子體；等離子體射流對(duì)待處理管狀材料外壁進(jìn)行表面改性，同時(shí)提供了電離待處理管狀材料內(nèi)部工作氣體的電場(chǎng)以便在管內(nèi)生成等離子體，該等離子體實(shí)現(xiàn)對(duì)待處理管狀材料內(nèi)壁的表面改性；當(dāng)待處理管狀材料沿軸向做旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度管狀材料的內(nèi)外壁表面改性。該方法無(wú)需復(fù)雜真空設(shè)備，通過(guò)控制被處理管的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度管內(nèi)外壁的同時(shí)改性，且成本低，操作簡(jiǎn)單靈活，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是一種綠色表面改性方法。
【IPC分類】C08J7/12, H05H1/24, C08L27/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105670024
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610064999
【發(fā)明人】劉新, 陳發(fā)澤, 劉吉宇, 劉碩, 黃帥, 楊曉龍, 宋金龍
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日