高性能有机纤维表面改性方法与流程

1.本发明属于有机纤维表面改性技术领域，尤其涉及一种高性能有机纤维表面改性方法。


背景技术：

2.高性能纤维常用的表面改性技术有辐照接枝改性、化学试剂改性、电晕放电改性和涂层改性。其中，涂层改性方法为：将纤维浸渍于含有表面改性剂的容器中，通过超声或者机械搅拌的方式来促进表面改性剂在纤维表面上的沉积。上述的处理方法虽然能实现有机纤维表面改性的效果，但是仅通过单一改性处理方法(涂层改性方法)来改性有机纤维表面，导致有机纤维表面改性效果不佳且效率较低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高性能有机纤维表面改性方法，旨在解决现有技术中仅通过单一改性处理方法(涂层改性方法)来改性有机纤维表面，导致有机纤维表面改性效果不佳且效率较低的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供的一种高性能有机纤维表面改性方法，包括以下步骤：
5.s10：将有机纤维穿过等离子体发生器，通过等离子体发生器对有机纤维表面进行等离子体处理，对有机纤维表面进行活化，得到活化后的有机纤维；
6.s20：电泳沉积槽中盛装有表面改性溶剂；将有机纤维通过第一导辊引导入电泳沉积槽中，然后将有机纤维通过第二导辊经过电泳沉积槽的槽底，接着通过第三导辊将有机纤维引出电泳沉积槽；电泳沉积槽在表面改性溶剂中设有至少一金属电极，金属电极贴近有机纤维；以有机纤维接入正极，以金属电极接入负极，有机纤维在表面改性溶剂中进行电泳沉积；
7.s30：经过电泳沉积的有机纤维从第三导辊引出电泳沉积槽，得到改性后有机纤维；
8.s40：将改性后有机纤维通过烘干设备进行烘干。
9.可选地，在步骤s20中，电泳沉积槽的两侧对称设有金属电极，电泳沉积槽的槽底两侧对称设有第二导辊对称；有机纤维通过第一导辊和一侧的第二导辊竖直向电泳沉积槽内引导并贴近一侧的金属电极，有机纤维通过另一的第二导辊和第三导辊竖直向电泳沉积槽外引导并贴近另一侧的金属电极。
10.可选地，在步骤s20中，电泳沉积槽的槽底还设有一金属电极，两第二导辊引导有机纤维平行穿过电泳沉积槽的槽底并贴近槽底的金属电极。
11.可选地，在步骤s10中，等离子体发生器具有低温等离子体腔室，低温等离子体腔室的上方和下方分别设有高压电极和低压电极，等离子体发生器相对的两侧分别设有连通低温等离子体腔室的第一入口和第一出口，将有机纤维依次穿过第一入口、低温等离子体
腔室和第一出口。
12.可选地，在步骤s10中，等离子体发生器还设有连通低温等离子体腔室的混合气入口，混合气入口连接有调节阀。
13.可选地，在步骤s20中，有机纤维通过导辊接入正极，导辊和金属电极通过电缆分别连接直流电源的正极和负极，电缆电连接有电流调节器。
14.可选地，在步骤s40中，烘干设备具有烘干腔室，烘干腔室的中部依次设有加热组件和第四导辊，烘干设备的一侧设有连通烘干腔室的第二入口和第二出口，将有机纤维穿入第二入口并绕过第四导辊从第二出口穿出，加热组件位于上侧有机纤维和下侧有机纤维之间。
15.可选地，在步骤s40中，经过烘干后的有机纤维通过收卷机进行收卷。
16.可选地，所述金属电极为铜板或铜棒。
17.可选地，所述表面改性溶剂为聚多巴胺溶剂、硅烷偶联溶剂、或其它含活性官能团的溶剂。
18.与现有技术相比，本发明实施例提供的高性能有机纤维表面改性方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：
19.先通过等离子体发生器产生等离子体对有机纤维的表面或极薄表层的进行活化，在有机纤维的表面产生自由基；然后活化后的有机纤维引入电泳沉积槽中，通过有机纤维接入正极，金属电极接入负极，使有机纤维的表面的自由基带上正电荷，表面改性溶剂中的活性官能团带上负电荷，使得活性官能团快速沉淀于有机纤维的表面，提高了有机纤维表面改性效果和改性效率。
20.还有，利用等离子体对有机纤维表面进行活化，其仅对有机纤维表面进行改性，而不对有机纤维本体性能产生破坏，故能最大程度地保留有机纤维原有的物理机械性能。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明的高性能有机纤维表面改性方法的装置结构图。
23.图2为本发明的烘干设备的结构图。
24.图3为本发明的烘干组件的结构图。
25.图4为本发明的高性能有机纤维表面改性方法的流程图。
26.其中，图中各附图标记：
27.100、有机纤维；
28.200、等离子体发生器；210、低温等离子体腔室；220、高压电极；230、低压电极；240、混合气入口；250、调节阀；
29.300、电泳沉积槽；301、表面改性溶剂；310、第一导辊；320、第二导辊；330、第三导辊；340、金属电极；350、直流电源；360、电流调节器；
30.400、烘干设备；410、烘干腔室；420、加热组件；421、热风机；422、进风管；422a、进
风口；423、出风管；424、热风口；430、第四导辊；440、风机；
31.500、收卷机；600、放卷架。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
36.在本发明的一个实施例中，参照图1-图4，提供一种高性能有机纤维表面改性方法，包括以下步骤：
37.参照图1和图4，s10：将有机纤维100穿过等离子体发生器200，通过等离子体发生器200对有机纤维100表面进行等离子体处理，对有机纤维100表面进行活化，得到活化后的有机纤维100。通过等离子体发生器200产生等离子体对有机纤维100的表面或极薄表层的进行活化和刻蚀处理，例如：用气体(如ar、he、o2、n2、h2、nh3、乙烯、丙烯、乙炔等气体的至少一种)的等离子体对有机纤维100的表面活化，在有机纤维100的表面产生自由基或离子，从而改变有机纤维100表面的亲水性、渗透性、导电性以及分子量等。
38.参照图1和图4，s20：电泳沉积槽300中盛装有表面改性溶剂301；将有机纤维100通过第一导辊310引导入电泳沉积槽300中，然后将有机纤维100通过第二导辊320经过电泳沉积槽300的槽底，接着通过第三导辊330将有机纤维100引出电泳沉积槽300。
39.其中，参照图1和图4，电泳沉积槽300在表面改性溶剂301中设有至少一金属电极340，金属电极340贴近有机纤维100。以有机纤维100接入正极，以金属电极340接入负极，有机纤维100在表面改性溶剂301中进行电泳沉积。具体地，通过表面改性溶剂301中的活性官能团沉淀于有机纤维100的表面，从而在有机纤维100的表面上形成许多支链，构成新的表层，而使有机纤维100的表面达到改性的目的。
40.其中，所述金属电极340为铜板或铜棒等，结构简单。
41.其中，所述表面改性溶剂301为聚多巴胺溶剂、硅烷偶联溶剂、或其它含活性官能团的溶剂，在此不进行限定。
42.参照图1和图4，s30：经过电泳沉积的有机纤维100从第三导辊330引出电泳沉积槽300，得到改性后有机纤维100。
43.参照图1和图4，s40：将改性后有机纤维100通过烘干设备400进行烘干。
44.与现有技术相比，本发明实施例提供的高性能有机纤维100表面改性方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：
45.参照图1和图4，先通过等离子体发生器200产生等离子体对有机纤维100的表面或极薄表层的进行活化，在有机纤维100的表面产生自由基；然后活化后的有机纤维100引入电泳沉积槽300中，通过有机纤维100接入正极，金属电极340接入负极，使有机纤维100的表面的自由基带上正电荷，表面改性溶剂301中的活性官能团带上负电荷，使得活性官能团快速沉淀于有机纤维100的表面，提高了有机纤维100表面改性效果和改性效率。
46.还有，利用等离子体对有机纤维100表面进行活化，其仅对有机纤维100表面进行改性，而不对有机纤维100本体性能产生破坏，故能最大程度地保留有机纤维100原有的物理机械性能。
47.在本发明的另一个实施例中，参照图1，在步骤s20中，电泳沉积槽300的两侧对称设有金属电极340，电泳沉积槽300的槽底两侧对称设有第二导辊320对称；有机纤维100通过第一导辊310和一侧的第二导辊320竖直向电泳沉积槽300内引导并贴近一侧的金属电极340，有机纤维100通过另一的第二导辊320和第三导辊330竖直向电泳沉积槽300外引导并贴近另一侧的金属电极340。通过设置两个金属电极340，使得有机纤维100在电泳沉积槽300中进行充分的电泳沉积，能提高有机纤维100表面改性效果和改性效率。
48.优选的，参照图1，在步骤s20中，电泳沉积槽300的槽底还设有一金属电极340，两第二导辊320引导有机纤维100平行穿过电泳沉积槽300的槽底并贴近槽底的金属电极340。通过在电泳沉积槽300两侧和槽底均设有金属电极340，充分利用了电泳沉积槽300的空间，使得有机纤维100依次经过三个金属电极340时均能进行电泳沉积，大大提高了有机纤维100表面改性效果和改性效率。
49.在本发明的另一个实施例中，参照图1，在步骤s10中，等离子体发生器200具有低温等离子体腔室210，低温等离子体腔室210的上方和下方分别设有高压电极220和低压电极230，即以高压电极220接入正极，低压电极230接入负极或接地，使高压电极220与低压电极230之间形成电压差，以电离高压电极220与低压电极230之间的气体。等离子体发生器200相对的两侧分别设有连通低温等离子体腔室210的第一入口和第一出口，将有机纤维100依次穿过第一入口、低温等离子体腔室210(高压电极220和低压电极230之间)和第一出口。有机纤维100经过高压电极220和低压电极230之间，以在有机纤维100的表面产生自由基或离子，从而活化有机纤维100的表面。
50.进一步地，参照图1，在步骤s10中，等离子体发生器200还设有连通低温等离子体腔室210的混合气入口240，混合气入口240连接有调节阀250，调节阀250通过气管连接混合气容器(图未示出)，通过混合气容器向低温等离子体腔室210提供混合气，通过调节阀250可控制输入低温等离子体腔室210的混合气的量，以达到控制低温等离子体腔室210内的混合气的能量密度来控制有机纤维100表面的活化处理效果。
51.其中，混合气可以是ar、he、o2、n2、h2、nh3、乙烯、丙烯、乙炔等气体中两种及两种以上的混合，在此不进行限定。
52.在本发明的另一个实施例中，参照图1，在步骤s20中，有机纤维100通过第一导辊310接入正极，第一导辊310和金属电极340通过电缆分别连接直流电源350的正极和负极，电缆电连接有电流调节器360。通过电流调节器360可调节第一导辊310和有机纤维100上电流的大小，从而调节电泳沉积槽300中电场强度，进而调控有机纤维100的电泳沉积速率和沉积层的厚度。其中，电流调节器360为成熟的现有装置。
53.在本发明的另一个实施例中，参照图1和图2，在步骤s40中，烘干设备400具有烘干腔室410，烘干腔室410的中部依次设有加热组件420和第四导辊430，第四导辊430转动连接于烘干腔室410的腔壁上，烘干设备400的一侧设有连通烘干腔室410的第二入口和第二出口，将有机纤维100穿入第二入口并绕过第四导辊430从第二出口穿出，加热组件420位于上侧有机纤维100和下侧有机纤维100之间。通过一加热组件420就可同时烘干上侧有机纤维100和下侧有机纤维100，不仅合理利用了加热组件420向上下两侧散发出的热量，更加节能，而且能大大缩短烘干设备400的长度，减小了空间占用，具有极高的实用性。
54.进一步地，参照图2和图3，加热组件420包括进风管422和热风机421。进风管422的一端固定于烘干腔室410的中部腔壁，进风管422的一端设有进风口422a，进风口422a通过管道连接热风机421。进风管422相对的两侧均向外延伸出多条出风管423，每一所述出风管423的上侧和下侧均开设有热风口424，上侧的热风口424朝向上侧有机纤维100，下侧的热风口424朝向下侧有机纤维100。热风机421产生的热风通过进风管422进入出风管423，再通过出风管423的热风口424流入烘干腔室410内，对烘干腔室410内的上侧有机纤维100和下侧有机纤维100进行烘干。通过多条出风管423通过多个热风口424均匀出热风，使得有机纤维100烘烤热量均匀，不会出现烘干过热的现象，保证了有机纤维100的质量。
55.进一步地，参照图2和图3，所述烘干腔室410相对的两侧壁均设有风机440，两风机440相对设置，带动所述烘干腔室410内热风流动，使得所述烘干腔室410内的温度分布均匀。
56.在本发明的另一个实施例中，参照图1，在步骤s40中，经过烘干后的有机纤维100通过收卷机500进行收卷。收卷机500包括收卷支架，转动连接于收卷支架的收卷辊，以及驱动收卷辊旋转的电机。通过电机带动收卷辊旋转，已将经过烘干后的有机纤维100绕于收卷辊上进行收卷，结构简单。
57.其中，参照图1，在步骤s10中，在有机纤维表面进行等离子体处理之前，将成卷的有机纤维100放置于放卷架600上。放卷架600包括放卷支架，以及转动连接于放卷支架的放卷辊，成卷的有机纤维100放置于放卷辊。
58.本实施例的其余部分与实施例一相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例一的解释，这里不再进行赘述。
59.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

技术特征：
1.一种高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：s10：将有机纤维穿过等离子体发生器，通过等离子体发生器对有机纤维表面进行等离子体处理，对有机纤维表面进行活化，得到活化后的有机纤维；s20：电泳沉积槽中盛装有表面改性溶剂；将有机纤维通过第一导辊引导入电泳沉积槽中，然后将有机纤维通过第二导辊经过电泳沉积槽的槽底，接着通过第三导辊将有机纤维引出电泳沉积槽；电泳沉积槽在表面改性溶剂中设有至少一金属电极，金属电极贴近有机纤维；以有机纤维接入正极，以金属电极接入负极，有机纤维在表面改性溶剂中进行电泳沉积；s30：经过电泳沉积的有机纤维从第三导辊引出电泳沉积槽，得到改性后有机纤维；s40：将改性后有机纤维通过烘干设备进行烘干。2.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s20中，电泳沉积槽的两侧对称设有金属电极，电泳沉积槽的槽底两侧对称设有第二导辊对称；有机纤维通过第一导辊和一侧的第二导辊竖直向电泳沉积槽内引导并贴近一侧的金属电极，有机纤维通过另一的第二导辊和第三导辊竖直向电泳沉积槽外引导并贴近另一侧的金属电极。3.根据权利要求2所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s20中，电泳沉积槽的槽底还设有一金属电极，两第二导辊引导有机纤维平行穿过电泳沉积槽的槽底并贴近槽底的金属电极。4.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s10中，等离子体发生器具有低温等离子体腔室，低温等离子体腔室的上方和下方分别设有高压电极和低压电极，等离子体发生器相对的两侧分别设有连通低温等离子体腔室的第一入口和第一出口，将有机纤维依次穿过第一入口、低温等离子体腔室和第一出口。5.根据权利要求4所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s10中，等离子体发生器还设有连通低温等离子体腔室的混合气入口，混合气入口连接有调节阀。6.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s20中，有机纤维通过第一导辊接入正极，第一导辊和金属电极通过电缆分别连接直流电源的正极和负极，电缆电连接有电流调节器。7.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s40中，烘干设备具有烘干腔室，烘干腔室的中部依次设有加热组件和第四导辊，烘干设备的一侧设有连通烘干腔室的第二入口和第二出口，将有机纤维穿入第二入口并绕过第四导辊从第二出口穿出，加热组件位于上侧有机纤维和下侧有机纤维之间。8.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：在步骤s40中，经过烘干后的有机纤维通过收卷机进行收卷。9.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：所述金属电极为铜板或铜棒。10.根据权利要求1所述的高性能有机纤维表面改性方法，其特征在于：所述表面改性溶剂为聚多巴胺溶剂、硅烷偶联溶剂、或其它含活性官能团的溶剂。

技术总结
本发明属于有机纤维表面改性技术领域，尤其涉及一种高性能有机纤维表面改性方法，包括以下步骤：将有机纤维穿过等离子体发生器，通过等离子体发生器对有机纤维表面进行活化，得到活化后的有机纤维；电泳沉积槽中盛装有表面改性溶剂；将有机纤维通过第一导辊引导入电泳沉积槽中，然后将有机纤维通过第二导辊经过电泳沉积槽的槽底，接着第三导辊将有机纤维引出电泳沉积槽；电泳沉积槽在表面改性溶剂中设有至少一金属电极，金属电极贴近有机纤维；有机纤维接入正极，金属电极接入负极，有机纤维的表面的自由基带上正电荷，表面改性溶剂中的活性官能团带上负电荷，使活性官能团快速沉淀于有机纤维的表面，提高了有机纤维表面改性效果和改性效率。和改性效率。和改性效率。


技术研发人员：邓寅虎 余涛 刘志斌 田占元
受保护的技术使用者：深圳陕煤高新技术研究院有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/18