способ обработки волокнистого субстрата в зоне коронного разряда и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обработки волокнистого субстрата в зоне коронного разряда, заключающийся в том, что волокнистый субстрат пропускают через межэлектродное пространство, образованное расположенными параллельно электродами устройства, и подвергают в зоне коронного разряда воздействию активных частиц газа и излучений, отличающийся тем, что сквозь волокнистый субстрат в направлении от катодной к анодной пластине осуществляют вытяжку потока воздуха, содержащего активные частицы, путем отсасывания его из межэлектродного пространства вытяжным вентилятором, при этом катодная пластина представляет собой пластину из диэлектрика, на которой в направлении к анодной пластине размещены иглы, причем ток на одну иглу составляет 9 - 15 мкА.

2. Устройство для обработки волокнистого субстрата в зоне коронного разряда, содержащее соединенные проводниками с высоким напряжением расположенные параллельно электроды, выполненные в виде катодной и анодной пластин, отличающееся тем, что оно снабжено вытяжным вентилятором, расположенным под анодной пластиной, при этом катодная пластина представляет собой пластину из диэлектрика, на которой в направлении к анодной пластине размещены иглы, ряды которых соединены проводниками, расположенными на катодной пластине со стороны, противоположной зоне коронного разряда, а анодная пластина представляет собой пластину из нержавеющей стали с отверстиями, размещенными как соосно с иглами, так и посередине между ними, при этом расстояние между электродами относится к диаметру иглы катодной пластины как (30^oC40) : 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано на различных технологических переходах, начиная от прядения и заканчивая заключительной отделкой.

Известен способ обработки движущегося волокнистого субстрата плазмой тлеющего разряда (RU 2016157 A, 15.07.94), заключающийся в том, что субстрат пропускают петлеобразно через участки плазмы, разделенные электростатическими полями. Недостатком известного способа является необходимость создавать достаточно глубокий вакуум - 80-90 Па (атмосферное давление 10⁵ Па) в очень больших объемах. На поддержание газового разряда необходима мощность около 30 кВт, а на создание вакуума - в два раза больше (RU 2016157 A; Максимова А. И. и др. Возможности и проблемы плазменной обработки тканей и полимерных материалов//Текстильная химия. - 1992, N 1, с. 101-117).

Известно устройство для обработки волокнистого субстрата в зоне электрического разряда (RU 2016157 A, 15.07.94), состоящее из реактора с системой вакуумирования, источника тока и системы трубчатых электродов. Недостатками известного устройства являются сложность, громоздкость, большая потребляемая энергия, необходимость вакуумирования для получения электрического разряда, недостаточная стабильность разряда.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ для поверхностной обработки волокнистого субстрата, заключающийся в воздействии на него активных частиц в зоне коронного разряда и излучений, сопровождающих процессы возбуждения компонентов газа, возникающих в межэлектродном пространстве (ЕР 0311198 A2, 12.04.89). Недостатком данного способа является низкая эффективность обработки, поскольку в пространстве между электродами кроме активных частиц, обусловленных коронным разрядом, находятся продукты взаимодействия активных частиц с волокнистым субстратом и примесями, которые располагаются на поверхности субстрата - эти продукты препятствуют взаимодействию активных частиц с волокнистым субстратом.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство, состоящее из параллельных электродов с изолирующей оболочкой, на которые подают напряжение в противофазе друг относительно друга (EP 0311198, A2, 12.04.89). Недостатки данного устройства: расположение и форма электродов в аппарате не позволяют использовать электрический ветер и не оптимизированы с точки зрения характеристик электрического поля; не обеспечено направленное движение активных компонентов среды через волокнистый субстрат; низка интенсивность разряда, так как электроды плоские.

Технический результат, обусловленный предлагаемым изобретением, состоит в повышении физико-механических свойств волокон, что позволяет улучшить характеристики волокнистых материалов, получаемых из волокон.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе для обработки волокнистого субстрата в зоне коронного разряда, заключающемся в том, что волокнистый субстрат пропускают через межэлектродное пространство, образованное расположенными параллельно электродами устройства, и подвергают в зоне коронного разряда воздействию активных частиц газа и излучений, согласно изобретению сквозь волокнистый субстрат в направлении от катодной к анодной пластине осуществляют вытяжку потока воздуха, содержащего активные частицы газа, путем отсасывания его из межэлектродного пространства вытяжным-вентилятором, при этом катодная пластина представляет собой пластину из диэлектрика, на которой в направлении к анодной пластине размещены иглы, причем ток на одну иглу составляет 9-15 мкА, а в устройстве для осуществления способа, содержащем соединенные проводниками с высоким напряжением расположенные параллельно электроды, выполненные в виде катодной и анодной пластин, согласно изобретению оно снабжено вытяжным вентилятором, расположенным под анодной пластиной, при этом катодная пластина представляет собой пластину из диэлектрика, на которой в направлении к анодной пластине размещены иглы, ряды которых соединены проводниками, расположенными на катодной пластине со стороны, противоположной зоне коронного разряда, а анодная пластина представляет собой пластину из нержавеющей стали с отверстиями, размещенными как соосно иглам, так и посередине между ними, при этом расстояние между электродами относится к диаметру иглы катодной пластины как (30-40):1.

Технический результат изобретения, заключающийся в улучшении физико-механических свойств волокнистого субстрата, достигается за счет обеспечения направленного движения электрического ветра коронного разряда, что позволяет увеличить интенсивность воздействия активных частиц газа на волокнистый субстрат, в результате чего улучшаются такие физико-механические свойства волокнистого субстрата, как удельная поверхностная проводимость, прочность при растяжении, гигроскопичность, коэффициент тангенциального сдвига пары "ткань по ткани", прочность ткани по основе (см. таблицу).

На фиг. 1 изображен общий вид заявляемого устройства; на фиг. 2 - катодная пластина, горизонтальная проекция; на фиг. 3 - анод, то же.

Устройство содержит катодную пластину 1, выполненную из диэлектрика, на которой размещены иглы 2 с шагом, равным 15-17 мм. Горизонтальные ряды игл 2 соединены одним проводником 3 аналогично тому, как это делается на печатной плате. Проводники 3 расположены на катодной пластине 1 со стороны, противоположной зоне коронного разряда. Ряды игл 2 соединены параллельно и к ним подключен отрицательный потенциал относительно анода 4, расположенного под катодной пластиной 1. Последний представляет собой пластину из нержавеющей стали с рядами отверстий 5 диаметром 3-5 мм с шагом 7-9 мм. Ряды отверстий 5 в аноде 4 расположены как соосно иглам катода 2, так и посередине между рядами игл. Расстояние между электродами относится к диаметру иглы катода как (30-40):1. Между анодом 4 и катодными иглами 2 расположен волокнистый субстрат 6. Под анодом 4 размещен вытяжной вентилятор 7, обеспечивающий направленное движение газовой среды от катодных игл 2 к аноду 4 и из межэлектродного пространства через волокнистый субстрат 6 и отверстия 5 в аноде 4. На входе в устройство установлены питающие валики 8. Отношение межэлектродного расстояния к диаметру кончика иглы 2 выбрано равным (30-40):1 с целью уменьшения напряжения зажигания короны, а значит, и увеличения интенсивности коронного разряда, - это с одной стороны, а с другой - с целью снижения трудоемкости изготовления игл 2 и обеспечения их эксплуатационной надежности. Кроме того, такое межэлектродное расстояние достаточно для пропускания практически всех волокнистых полуфабрикатов, и при этом поток активных частиц от коронирующего катода 2 до анода 4 существенно не изменяется. Расстояние между иглами 2 взято равным 15-17 мм, потому что при таком расстоянии потоки активных частиц от соседних игл, накладываясь друг на друга, образуют интенсивный и достаточно однородный общий поток. При увеличении расстояния от иглы до иглы свыше 17 мм скорость движения частиц среды существенно уменьшается. Более плотное расположение игл экономически нецелесообразно и технически затруднительно. Отверстия 5 в аноде 4 диаметром 3-5 мм с шагом 7-9 мм позволяют решить несколько задач: обеспечить откачку газовой среды с нужной скоростью, не допустить всасывания в отверстия 5 волокнистого субстрата 6 и обеспечить механическую прочность анода 4. Один ряд отверстий 5 расположен непосредственно под иглами 2, потому что под острием иглы 2 скорость движения частиц газовой среды максимальна, и расположение отверстий 5 на противоположном электроде именно в этом месте позволяет более эффективно использовать энергию активных частиц газовой среды для модификации волокон, предотвратить завихрения движущихся частиц при соприкосновении с субстратом. Второй ряд отверстий 5 в аноде 4 выполнен симметрично относительно игл 2 из соображений механической прочности. Катодная пластина 1 выполнена из диэлектрика, потому что необходима электрическая изоляция отдельных игл 2, без которой невозможно создать оптимальные условия для возникновения коронного разряда. Анод 4 изготовлен из нержавеющей стали, так как поток активных частиц может обусловить коррозию материала анода. Коррозия также может возникнуть, поскольку волокнистый субстрат 6, движущийся по поверхности анода 4, обычно влажный или даже мокрый, а в некоторых случаях содержит агрессивные компоненты.

Устройство работает следующим образом. На анод 4 и катодные иглы 2 подают высокое напряжение, равное 25-50 кВ. В межэлектродном пространстве возникает коронный разряд, активная зона которого расположена в узком пространстве вокруг острия игл 2. При этом величина тока на одну иглу составляет 9-15 мкА. Из активной зоны разряда по направлению к аноду 4 распространяются потоки заряженных и активных частиц, возникает электрический ветер. Затем включают вентилятор 7, отсасывающий воздух со скоростью, соответствующей скорости электрического ветра и равной 4-10 м/с, из межэлектродного пространства по направлению от катода 2 к аноду 4 через отверстия 5 в аноде, после чего с помощью питающих валиков 8 в межэлектродное пространство подают волокнистый субстрат 6. Последний подают с помощью питающих валиков 8 через межэлектродное пространство по поверхности анода 4. За время нахождения волокнистого субстрата 6 в межэлектродном пространстве сквозь него проходит поток воздуха, формируемый электрическим ветром и вентилятором 7, содержащий активные частицы газа, образовавшиеся в коронном разряде. Активные частицы газа - ионы, радикалы, возбужденные атомы и молекулы, а также излучения, сопровождающие процессы возбуждения компонентов газа, производят обработку поверхности волокнистого субстрата 6. Скорость движения волокнистого субстрата 6, а также количество рядов игл 2 на катодной пластине 1 и соответственно отверстий 5 на аноде 4 определяются временем выдержки субстрата в зоне коронного разряда. Время пребывания волокнистого субстрата 6 в зоне коронного разряда можно варьировать в широких пределах. Если волокнистый субстрат обладает низкой линейной плотностью и при этом требуется незначительная модификация поверхности волокон, например для повышения их поверхностной электрической проводимости, то время пребывания волокон в зоне коронного разряда может составлять десятки секунд. Если же нужна существенная обработка поверхности, например для удаления текстильных вспомогательных веществ, и волокнистый субстрат довольно плотный и толстый, например бархат, то время обработки в коронном разряде может достигать получаса. Указанные выше факторы (плотность волокнистого субстрата и решаемые технологические задачи) определяют также величину тока на одну иглу. Минимальный ток - 9 мкА - используют при незначительной плотности субстрата и при необходимости несущественной его модификации. Ток 15 мкА используют при плотном субстрате и необходимости существенного изменения состава и свойств поверхности. Вытяжка воздуха из межэлектродного пространства сквозь волокнистый субстрат 6 интенсифицирует прохождение активных частиц через него и позволяет удалять продукты взаимодействия активных частиц с субстратом, что исключает отрицательное влияние субстрата и продуктов взаимодействия на стабильность электрического разряда и равномерность обработки. Скорость отсоса газовой среды выбрана равной скорости электрического ветра, которая зависит от параметров коронного разряда: величины приложенного напряжения и силы тока, и составляет 4-10 м/с, чтобы поток, обуславливаемый электрическим ветром, не завихрялся, а непрерывно переходил в поток, отсасываемый вентилятором.

Примеры конкретного осуществления способа.

В качестве образцов взяты хлопчатобумажная лента линейной плотности 3,45 текс и хлопчатобумажный бархат арт. 27 линейной плотностью 0,504 кг/м. Образец ленты пропускали через межэлектродное пространство с такой скоростью, чтобы время пребывания каждого участка ленты в зоне коронного разряда составляло 30 с, ток в межэлектродном пространстве составлял 9 мкА/иглу, а скорость потока, обусловленная вентилятором, равнялась 4 м/с. Образец бархата после отбелки выдерживали в зоне коронного разряда 30 мин, ток на одну иглу составлял 15 мкА, а скорость потока, обусловленная вентилятором, - 10 м/с. Из ленты и образцов ткани брали волокна и испытывали в соответствии с ГОСТами. В ткани брали только волокна ворсовой основы, так как эти волокна определяют основные свойства тканей данного вида. Значения характеристик исходных волокон и ткани, прошедших переработку в соответствии с принятой на предприятиях технологией, взято за единицу. Частное от деления характеристики волокон и ткани, прошедших дополнительную обработку в зоне коронного разряда в соответствии с прототипом и предлагаемым изобретением к аналогичным характеристикам исходных волокон и тканей, представлено в таблице. Как видно из таблицы, обработка волокнистых образцов коронным разрядом позволяет существенно повысить такие характеристики, как удельная поверхностная проводимость, гигроскопичность, прочность, фрикционные характеристики. Все перечисленные характеристики существенно зависят от состояния поверхности волокон, которое изменяется под действием коронного разряда. Из данных таблицы также видно, что обработка по предложенному способу с использованием предлагаемого устройства позволяет повысить свойства волокон на 5 - 17% больше, чем при обработке по прототипу. Кроме того, в таблице приведено несколько характеристик бархата арт. 27. Эти данные позволяют утверждать, что изменение свойств волокон сопровождается изменением свойств ткани.