高压直流电源在材料表面改性中的应用可行性分析

平高集团有限公司 刘晓焱 刘伸展 蒋焕英

1.引言

传统的化纤纺织品的改性措施是采用湿法工艺，该方法的特点是污染大、耗水多且耗能大。目前对于解决化纤织物的一些天然的缺陷依然存在较多的技术难题，这也导致了化纤织物由于其染色效果差、吸湿性不好等缺点而在服装市场大力推广受到较多的阻力。如果能够解决化纤织物所存在的这些问题，将之推向市场可以创造较大的经济价值。利用等离子体法对化纤织物表面进行一些改性措施属于一种气固想干法工艺，这种方法可以使化纤织物的表面的物理性质及化学性质发生改变，从而可以改变化纤织物表面的染色性及吸湿性。由于该方法具有操作快捷方便、绿色环保且利于工业化生产的要求，因此被各国的研究者所认可。

2.高压直流电源的工作原理及其应用

高压直流电源是由工频电网中德电能转变而成的一种高压电源而形成的一种电子仪器，在我国被应用于各种行业中。而传统的高压电源则是将工频电压由高压变压器经过升压处理后再整流滤波得到的，或者是升压处理后又加倍施电压后整流而得到高压。高压电流电源的工作原理如图1所示。

图1中参与升压工作的变压器即为工频变压器，它是由市场中民用电压经可控硅将电压调到工频变压器后升压，然后利用高压硅整流并输出直流高压，它的控制原理就是采用工频移相交流调压的方式进行的。这种工作原理具有如下几点优势：该控制原理理论成熟，易于被人们所接受，且能提供比较齐全的控制方式功能；设备已经在市场中应用广泛且积累了多年的工程经验，经过多年的反复修正，目前绝大多数采用计算机进行控制，具有较高的可靠度，稳定性较好。任何事物都有其两面性，由于控制原理依然存在一定的局限性，高压直流电源具有一定的缺陷：由于其工作频率达到50Hz，从而导致变压器的体积较大、自重大；倍压电路输出电压时会由于其低频而产生较多的波纹，这在一定程度上导致稳定输出电压的可靠性受到损害；交流移相控制，使得电网测谐波严重；由于采用交流移相调压，使得输出高压波形比较单一，不能随着应用要求的改变而及时得以调整；也就是说传统的高压直流电源存在设备重量大、所占空间大、工作效率较低、精度较低等缺陷，市场急需高频化的大功率高压电源。

3.材料表面改性技术概述

目前，符合表面工程技术的研究和应用已取得了重大进展，如热喷涂与激光重熔的复合、化学热处理与电镀的复合、表面强化与固体润滑膜的复合、多层薄膜技术的复合、金属材料基体与非金属材料涂层的复合等，复合表面工程技术使本体材料的表面薄层具有了更加卓越的性能。表面处理技术主要包括三个方面，分别是表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面技术。

(l)表面覆盖技术

利用外加涂层或镀层的性能使基材表面性能优化，基材不参与或者很少参与涂层的反应，对涂层的成分贡献很小。它是在零件表面涂覆一层强化层，厚度大约在件μm-mm数量级。

(2)表面改性技术

目前大致可分为以下几类:喷丸强化；表面热处理；化学热处理；等离子扩渗处理；激光表面处理；电子束表面处理；高密度太阳能表面处理；离子注入表面改性；低温等离子体表面改性等。

(3)复合表面处理技术

表面技术种类繁杂，今后还会有一系列新技术涌现出来。表面技术的另一个重要趋向是综合运用两种或更多种表面技术的复合表面处理将获得迅速发展。随着材料使用要求的不断提高，单一的表面技术因有一定的局限性而往往不能满足需要。目前己开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化学热处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合、化学热处理与气相沉积复合等，己经取得良好效果，有的还收到意想不到的效果。

图1 传统高压直流电压工作原理是以图

化学纤维的改性一直是人们研究的热门课题。纤维的改性方法很多，大体可分为两类：化学方法和物理方法。化学方法有共聚法，即在大分子链中引入第三组分；共混法，也就是在聚合物制造过程中加入改性添加剂；化学表面改性法，在表面发生化学反应的浸，涂等；目前有些化学方法己经实现了工业化(如碱减量法用于涤纶)，但化学改性能耗大，易污染环境，且改性效果差。物理改性主要用高能电子、紫外线、Y射线和等离子体等作为引发手段，使纤维表面产生自由基等活性粒子，然后再接枝，这是一种干式方法。同化学方法相比，物理改性最大的好处是节水节能，有利于环境保护，是目前研究的热点，也是极具应用前景的一类方法。

4.高压直流电源在材料表面改性中应用的分析

为了实现对化纤织物的表面改性的研究目的，通过利用改进的等离子体发生装置为核心部件的高压直流电源。这种电源有调频调压的功能，且其电极间距也是可以通过手动实现调节，操作相当的简便，通过应用这种高压直流电源装置对化纤织物的表面改性进行了一系列的研究分析。将研究的结果与同行业中的同类研究进行比较后，总结了一些基于高压直流电源的化纤织物表面改性研究的相关规律：采用两极变压器的策略解决了电源高压和低压部分的绝缘问题，采用双向倍加器技术，减少了倍压级数，提高了电源的稳定度和精度。在实现高频化的重要部分逆变电路中，对利用变压器漏感和开关管结电容来实现的软开关技术进行了详细的分析和试验，并应用于实际电路中，.使变压器的分布参数得到了合理的利用，减小了高频变压器分布参数所带来的不利影响，取得了较好的效果。利用通过多次调试匹配合适的放电电路对化纤织物进行改性试验时，样品的FTR测试结果反映了改性后的化纤织物表面被引入了极性基团，使其染色性及吸湿性极大地提高了，匹配后的高压直流电源装置基本可以满足对化纤织物表面改性的要求。

5.结语

通过对高压直流电源工作原理的分析，以及根据等离子体对材料表面改性的原理，通过改进以等离子体发生装置为核心的高压直流电源，并以此进行化纤织物表面改性的试验，结果表面化纤织物的染色性和吸湿性大大提高，应用高压直流电源对化纤材料表面改性是可靠的。将高压直流电源对化纤织物表面进行改性，具有操作简便、成本较低和绿色环保等优点，具有一定的推广价值，有利于推动化纤织物广泛应用于服装设计中，能创造巨大的经济效益。

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