等離子體技術(shù)

等離子體技術(shù)在紡織上的應(yīng)用ppt講解：歐陽標(biāo)林福義ppt制作：邱佳祥汪存鼎黃志彬曾金耀前言目前，紡織染整工業(yè)生產(chǎn)仍以濕加工為主，不但需耗用大量的水，而且?guī)砦鬯栴}。而作為染整清潔工藝生產(chǎn)的新技術(shù)——等離子體技術(shù)，是干式反響體系(氣體體系處理)，節(jié)水節(jié)能、環(huán)境污染和公害少，操作簡單且易控制。而且處理僅涉及纖維的外表，不破壞纖維自身的性質(zhì)，理論上可應(yīng)用于各種紡織品基質(zhì)物。因此，可以說等離子體技術(shù)迎合了生態(tài)紡織品開展的呼聲，正越來越受到人們的重視。等離子體技術(shù)在紡織上的應(yīng)用始于上世紀(jì)50年代，我國從上世紀(jì)80年代開始對等離子體處理紡織品進(jìn)行研究。在印染工業(yè)中，等離子體技術(shù)可用于織物的上漿、退漿和麻的脫膠、羊毛的防氈縮、織物的軋光、合成纖維的親水化外理等諸多領(lǐng)域。等離子體處理也可以改進(jìn)纖維的染色和印花工藝。近年來，也有人將等離子體處理用于織物的阻燃、防皺和衛(wèi)生等功能性整理。概念簡述等離子體技術(shù)隨當(dāng)代高技術(shù)的開展應(yīng)運(yùn)而生，作為一個(gè)學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，自興起以來的短短20多年中，已在化學(xué)合成、新材料的研制、外表處理等領(lǐng)域開拓出一系列新技術(shù)、新工藝。等離子體這一新的存在形式是經(jīng)氣體電離產(chǎn)生的由大量帶電粒子和中性粒子所組成的體系，是含有離子、電子、自由基、激發(fā)態(tài)分子和原子，總的正負(fù)電荷取相等，不發(fā)生靜電中和反響，并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性電離氣體，繼固、液、氣三態(tài)之后列為物質(zhì)的第四態(tài)-等離子態(tài)。等離子體的特性在紡織加工過程中，等離子體可作用于織前的上漿過程，使紗線上漿均勻；在印染前處理過程中，等離子體技術(shù)能夠優(yōu)化織物的退漿、精練，提高前處理效率，還可以改進(jìn)染色和印花工藝，使工藝高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保；在后整理過程中，等離子體處理對織物抗靜電性、抗起毛起球性、易去污性、拒水拒油性等有顯著的效果。同時(shí)等離子體處理與其它整理劑結(jié)合使用，可以提高整理劑的成效及功能整理的效果。低溫等離子體處理可用于各種纖維、紗線、織物的外表改性，對纖維基體的內(nèi)部影響小，不損傷纖維原有性能。清潔、快捷、無污染、本錢低,在當(dāng)今倡導(dǎo)清潔和綠色生產(chǎn)、節(jié)約資源的形勢下,低溫等離子體處理技術(shù)以其無需化學(xué)品、無需耗用大量水和能源、無需進(jìn)行高本錢廢水處理和對環(huán)境友好的優(yōu)勢，在紡織工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景和市場。近年來國內(nèi)外都在努力加強(qiáng)等離子體技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用研究。分類等離子體可按其壓力、帶電荷粒子密度和溫度等進(jìn)行分類。在一般情況下，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。前者又稱為平衡等離子體，其電子和分子或原子類粒子都具有非常高的溫度;后者又稱為非平衡等離子體，其電子和分子或原子類粒子具有的溫度是不同的，電子溫度仍然很高，而分子或原子類粒子的溫度卻較低，低溫等離子在紡織染整中的應(yīng)用最為廣泛。產(chǎn)生方法等離子體發(fā)生方法很多，歸納起來有3種發(fā)生方式：(1)氣體放電法。在電場作用下氣體被擊穿，發(fā)生氣體電離，等離子體即是電離的氣體;(2)光致電離法。利用各種射線或具有足夠能量的入射光子照射，使粒子獲得能量后碰撞，引起氣體電離;(3)熱致電離法。借加熱作用使粒子獲得足夠的能量，相互碰撞致電離。等離子體處理紡織品的方法通常來說主要有三種不同的等離子體處理紡織品的方法：(1)非聚合性等離子體如氧氣、氮?dú)?、氫氣、氨氣或水蒸氣等對纖維材料產(chǎn)生外表改性。(2)等離子聚合。用有機(jī)氟、有機(jī)硅的或有機(jī)金屬的等離子體作用于材料外表并在纖維材料外表產(chǎn)生一薄層沉積物。(3)先用等離子體使聚合物外表活化產(chǎn)生自由基，再用等離子體與己產(chǎn)生的自由基發(fā)生移植作用，從而使纖維材料外表改性。原理等離子體的能量可通過光輻射、中性分子流和離子流作用于聚合物外表，這些能量的消散過程就使聚合物外表發(fā)生改性。在等離子體系中的中性粒子將通過連續(xù)不斷地轟擊固體外表將能量轉(zhuǎn)移給聚合物。這些中性粒子的能量具有四種形式：動能、振動能、離解能和激化能。動能和振動能只對聚合物起加熱作用，而自由基離解能那么是通過引起聚合物外表的各種化學(xué)反響而得到消散的，激化分子和原子是以與固體外表碰撞而到達(dá)消散的。這些準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分子和原子的能量通常大于聚合物的離解能，9能的自由電子，能促使纖維表層產(chǎn)生腐蝕、交換、接枝和共聚反響。此外由于織物在處理過程中，等離子體中的分子、原子和離子滲入到紡織材料外表，材料外表的原子逸入等離子體中。這個(gè)過程使纖維外表大分子鏈斷裂，從而使纖維受到等離子體粒子的刻蝕，外表產(chǎn)生粗糙的凹坑，使織物外表的吸濕性和粘著性增加，纖維之間的摩擦力增加，伴隨著可能產(chǎn)生的化學(xué)反響，使織物外表產(chǎn)生化學(xué)和物理改性。研究概況等離子體的作用主要有3種：外表刻蝕、接枝改性與外表沉積。應(yīng)用時(shí)根據(jù)加工效果的要求，選擇適當(dāng)?shù)臍夥铡误w和加工工藝。等離子體技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用面十分廣泛，涉及電子、能源環(huán)保、材料等各個(gè)領(lǐng)域。以美國為例，經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)與等離子體相關(guān)的專利多達(dá)26000多個(gè)。等離子體在紡織印染行業(yè)的應(yīng)用已有廣泛的研究，幾乎在各個(gè)加工環(huán)節(jié)均有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。在一些熱點(diǎn)領(lǐng)域(如滌綸親水改性等)國內(nèi)外已有許多學(xué)者采用不同等離子體進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，積累了大量的數(shù)據(jù)，為等離子體在紡織印染行業(yè)的推廣提供了重要的理論根底和數(shù)據(jù)支撐。其中一些相關(guān)科研工程已獲得驗(yàn)收，取得了良好的效果。國內(nèi)外研究狀況傳統(tǒng)的等離子體技術(shù)要求高度真空條件，對加工設(shè)備的要求很高，價(jià)格昂貴，連續(xù)化生產(chǎn)的難度大。這也是該技術(shù)在20世紀(jì)七八十年代就已經(jīng)成熟，但產(chǎn)業(yè)化遲遲未能實(shí)現(xiàn)的主要原因。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)型等離子體設(shè)備相繼問世。雖然目前等離子體技術(shù)已有很多應(yīng)用，擴(kuò)展到各個(gè)領(lǐng)域，取得了理想的效果。但是在紡織印染行業(yè)，涉及工業(yè)生產(chǎn)的報(bào)道較少，尤其在國內(nèi)，更是鳳毛嶙角。國外應(yīng)用狀況1973年，美國SAC(surfaceactivationcompany)公司與UnitedDyeWorks最先合作開發(fā)了_一條用于滌綸織物加工的等離子體生產(chǎn)線，處理織物幅寬1．8m，運(yùn)行速度45．7m／min。加工產(chǎn)品有舒適的吸濕眭，還有防污和耐洗滌劑等性能。比利時(shí)Europlasma公司自1994年開始生產(chǎn)紡織工業(yè)用低壓等離子體設(shè)備，工作幅寬40～180cm。上海某電子元件公司、東華大學(xué)國家染整工程技術(shù)中心、中國紡織科學(xué)研究院先后購置了該等離子體處理設(shè)備，取得了理想的成效。2001年，由愛爾蘭等離子公司、瑞典織物和聚合物技術(shù)研究院(IFP)等科研機(jī)構(gòu)與6家企業(yè)合作開發(fā)了對非織造布及織造布常壓等離子體處理的高速連續(xù)生產(chǎn)線，成功地研制出了低溫等離子體生產(chǎn)系統(tǒng)PI—AP100。目前已在瑞典、德國和西班牙安裝運(yùn)行。目前，德國Freudenberg公司采用兩臺常壓等離子體設(shè)備建立了一個(gè)裝配良好的中試車間，用以進(jìn)行大面積被處理物的連續(xù)整理，設(shè)計(jì)寬度1m。美國的Plasmatreat公司和德國Diener電子公司也分別研制了可用于紡織行業(yè)的低溫等離子體設(shè)備。其中Henniker的產(chǎn)品屬于低壓等離子體設(shè)備，至今已成功開發(fā)Pico、Tetra等4個(gè)系列產(chǎn)品，設(shè)備處理空間最高達(dá)12600L。等離子體化工技術(shù)等離子體化工技術(shù)在等離子體條件下的化學(xué)反響大致過程是這樣的，通過低氣壓的輝光放電、電暈放電或高頻放電產(chǎn)生稀薄的低溫等離子體。自由電子從電場獲得能量之后，跟氣體中的原子和分子碰撞，產(chǎn)生激發(fā)和電離現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的激發(fā)分子、激發(fā)原子、離子以及自由基都是極不穩(wěn)定的，具有較高的化學(xué)反響性，因而很容易發(fā)生在一般條件下無法產(chǎn)生的各種反響，生成新的化合物，或使被處理物體分解失重。由此可見低溫等離子體化學(xué)反響中氣體分子的激發(fā)和電離是關(guān)鍵的一步。而和染整加工有關(guān)的主要涉及高分子物〔包括纖維〕的外表改性和接枝聚合兩方面。等離子體接枝聚合有四種方法：??等離子體外表處理后，隔絕空氣，直接與氣相單體反響，并稱為氣相一氣相接枝處理；??經(jīng)等離子體外表處理后，隔絕空氣，直接與液相或溶液狀單體反響，并稱為氣相一脫氣液相接枝處理；??經(jīng)等離子體外表處理后，置于空氣中，使聚合物外表的自由基與氧反響生成過氧化物活性基，然后與液相或溶液狀單體反響，按氧化接枝聚合歷程開始接枝聚合，并稱為氣相一常壓液相接枝處理；??用低揮發(fā)性單體〔液體或溶液〕浸漬或浸軋聚合物〔例如纖維或織物〕后，再經(jīng)等離子體處理，引發(fā)單體與聚合物間的接枝聚合反響，即預(yù)處理接枝處理。等離子體外表處理、等離子體聚合和接枝聚合改性方法的特征比較

等離子體在不同紡織材料上應(yīng)用等離子體在紡織材料改性中的應(yīng)用目前，應(yīng)用于紡織品的材料有棉、麻、絲、毛等天然纖維，滌綸、錦綸、腈綸等合成纖維，纖維的性能直接決定了紡織面料的性能。纖維外表改性是提高紡織面料服用性能的重要手段，具體方法可分為化學(xué)方法和物理方法。纖維的化學(xué)方法改性由于其自身開展的制約因素，在處理過程中過量能耗、污染等形成了開展的瓶頸。于是人們把目光投向了物理方法，在眾多纖維外表改性的物理方法中，等離子體技術(shù)是開展前景最廣闊的。等離子體對棉的反響棉纖維用低溫等離子體處理后，可改善其粘合性、接枝聚合性及染色性能。原棉纖維在經(jīng)低溫氧等離子體處理時(shí)，等離子體中大量基態(tài)氧和激發(fā)態(tài)氧原子等活性粒子將能量傳遞給棉纖維外表初生胞壁中的分子，使棉纖維外表的伴生物蠟脂、果膠在高能粒子轟擊下脫離外表，引起失重．并在棉纖維外表留下許多深淺不同的凹坑，引起棉纖維的外表刻蝕。同時(shí)，大量氧活性粒子能使棉纖維外表氧化、接枝，從而使棉纖維吸水性增強(qiáng)。尺寸穩(wěn)定性等許多方面能獲得不同程度的改善。低溫等離子體除去布匹外表的棉蠟及織物表層夾雜物，使得染料更易附著在布匹纖維上，使染色更加牢固的前處理方法。等離子體通過對布匹進(jìn)行30-300S左右的處理，可到達(dá)甚至超過濕法漂白棉纖維的精煉效果，從而使精煉的效果大大提高，同時(shí)干式精煉法具有節(jié)水無污染的突出優(yōu)點(diǎn)。低溫等離子體用于棉針織物的前處理加工，屬于非水干式加工，是通過物理濺蝕或化學(xué)改性提高天然雜質(zhì)水溶性的方式，到達(dá)去除棉纖維上果膠、蠟質(zhì)等天然雜質(zhì)的目的，符合當(dāng)今節(jié)能、降耗、清潔生產(chǎn)的開展方向﹒對棉織物的作用低溫等離子體對棉織物之誘發(fā)性好處

除能處理織物的雜質(zhì)，毛羽，死棉，令外表光潔，處理后局部三絲，尼龍草亦被除去。低溫等離子體處理后的織物，尺寸穩(wěn)定性好，尤以針織物，線圈排列整整齊齊。因纖維織物的外表改性，引發(fā)后工序得到更佳的效果，如吸色，功能等等。等離子體在紡織行業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域無窮，隨著第一階段研究，再進(jìn)入第二階段---染色后整，新產(chǎn)品等等。改善羊毛纖維的防氈縮性能羊毛纖維外表具有鱗片結(jié)構(gòu)，纖維的彈性也很好，因此在洗滌或濕加工時(shí)產(chǎn)生定向摩擦效應(yīng)，而使紗線和織物發(fā)生氈縮。為了改善羊毛紡織品的這種氈縮性能，通常是通過各種化學(xué)處理，破壞鱗片結(jié)構(gòu)或樹脂包覆鱗片來減少洗滌或濕處理過程中的定向摩擦作用，改善羊毛紡織品的防氈縮性能。不過化學(xué)處理方法存在不少問題。由于低溫等離子體處理的特點(diǎn)，不少科研人員研究用這種方法來改善羊毛的防氈縮性能。羊毛纖維等離子體改性羊毛紗線從一端的毛細(xì)管中進(jìn)入反響室中，并從另一端毛細(xì)管中出來，毛細(xì)管和反響室都保持一定的真空度。事實(shí)上羊毛在這種輝光放電等離子體處理時(shí)，發(fā)生了多種作用，但各種作用的效果是不同的，在這種處理時(shí)，等離子體作用的同時(shí)，還存在熱和紫外線的作用。它們的作用有以下特點(diǎn)：1，熱和紫外線照射不會或很少影響羊毛的氈縮性能及紗線強(qiáng)力；2，紫外線照射引發(fā)了聚合物對羊毛接枝聚合反響；3，輝光放電等離子體改善了羊毛紗線的防氈縮性，強(qiáng)力也有提高，而且引起了聚合物對羊毛接枝反響。

紗線連續(xù)式輝光放電等離子體處理裝置滌綸纖維等離子體改性滌綸用等離子體處理后可以獲得持久的親水性、抗靜電性，染色性能、粘著性能等也可得到改善。加工目的和流程主要有以下幾種：??半制品織物先進(jìn)行等離子體處理，然后進(jìn)行染色或整理等加工，可以改善染色和整理加工性能。??染色織物進(jìn)行等離子體處理，主要進(jìn)行外表刻蝕，增加顏色深度，并提高整理時(shí)的反響性，還可以改善粘著性、抗靜電性和親水性等。??染色和整理后的織物進(jìn)行等離子體處理，改善顏色深度，提高抗靜電性、親水性等。滌綸和羊毛一樣，等離子體處理以后纖維的潤濕性大大改善，特別是用氦氣/氬氣等離子體處理后，水滲透時(shí)間大為縮短，這是由于纖維外表形成了較多的極性基團(tuán)，提高了纖維的外表能，所以容易被水潤濕，同理也容易被粘著。改善潤濕性、親水性、粘著性和抗靜電性滌綸經(jīng)等離子體處理后，在纖維外表會形成極性基團(tuán)，例如，在氧氣和空氣等離子體中處理，纖維外表可形成含氧的極性基〔纖維外表被氧化〕，在氮?dú)獾入x子體中處理，纖維外表可形成含氮的極性基。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，即使在非反響性氣體氬氣等離子體中處理后，纖維外表也會被氧化，形成含氧極性基，這是由于在等離子體中形成自由基后，隨后在和空氣接觸時(shí)與空氣中的氧氣反響的結(jié)果。這些基團(tuán)的形成都會改變滌綸的外表張力，不僅提高潤濕和吸水性，也會提高與粘合劑或涂層劑的粘著性〔粘著過程實(shí)際是粘合劑對纖維外表的潤濕、擴(kuò)散和建立分子間結(jié)合力的過程〕。曾有人將此作用來改善滌綸織物的涂料印花牢度，增強(qiáng)復(fù)合材料的粘結(jié)強(qiáng)度，以及提高與金屬鍍層的結(jié)合力，加工金屬化滌綸。在麻改性中的應(yīng)用麻纖維色澤潔白，有天然的抗蟲蛀及抗菌性能，是天然纖維中強(qiáng)力較高的纖維，穿著涼爽舒適，透氣性好，易洗快干，深受消費(fèi)者的青睞。但由于麻纖維分子結(jié)構(gòu)致密、纖維的結(jié)晶取向度較高，染色性能較差，在染整加工中需要較高的加工本錢。利用氧、氬等離子體處理，使亞麻、苧麻纖維的一些性能得到改變，使織物上的漿料、油蠟等雜質(zhì)對纖維的黏附性能降低，可以使退漿、煮練工藝簡化，吸濕性能提高，纖維與染料的結(jié)合速率和能力增強(qiáng)，進(jìn)而節(jié)約加工本錢。研究說明，經(jīng)過氧或氬等離子體工藝處理后亞麻纖維外表親水性、極性基團(tuán)(—COOH，＝C=O)增加。經(jīng)氧或氬等離子體工藝處理后，亞麻纖維的結(jié)晶度沒有明顯的改變，對纖維外表的刻蝕也只是發(fā)生在纖維的無定型區(qū)的外表。經(jīng)氧等離子體處理后纖維的失重和強(qiáng)力下降程度要稍稍高于經(jīng)氬等離子體處理后的纖維。在經(jīng)過100W，2.5min氧等離子體處理后，纖維的芯吸能力增強(qiáng)一倍,無論是氧或者氬等離子體處理，對纖維芯吸能力的提高具有耐久性，可以到達(dá)儲存1000小時(shí)以上無明顯下降的效果。通過掃描電鏡對處理后的亞麻纖維形態(tài)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)纖維表層從麻結(jié)處開始形成微孔和裂縫，這樣就為纖維提供了傳輸水分和染料的空間，增加了纖維與染料的結(jié)合點(diǎn)，從而可以提高吸濕能力和上染能力。但是處理時(shí)間過長并不能繼續(xù)提高纖維的芯吸能力，反到會使得纖維的失重增加、輕微彎曲、泛黃，但這都不會影響纖維整體的服用性能。在錦綸改性中的應(yīng)用錦綸織物強(qiáng)度高、耐磨性好、外表較光亮、富有彈性，但其吸濕性較差。等離子體技術(shù)應(yīng)用于錦綸主要是改善其潤濕性、染色性、抗靜電性，或者賦予其拒水性、拒油性等。用He、He/O2、O2、Ar等離子體處理錦綸后，發(fā)現(xiàn)纖維外表的含氧基團(tuán)含量增加，由于刻蝕的作用，纖維變粗糙，用SEM觀察發(fā)現(xiàn)纖維的外表出現(xiàn)少量的微孔和狹縫，使得織物的潤濕性能提高；織物的導(dǎo)電能力也有極大的增強(qiáng)，經(jīng)氧等粒子體處理后導(dǎo)電能力提高最大，但是如果He等離子體處理時(shí)間過長會導(dǎo)致纖維的抗拉強(qiáng)度下降。氧等離子體處理錦綸后，發(fā)現(xiàn)由于纖維外表的電負(fù)性基團(tuán)含量增大，加上對纖維的刻蝕作用，織物染深色性能增強(qiáng)。用氟碳化合物等離子體處理錦綸后，錦綸織物的外表張力大大降低，接近四氟乙烯的外表張力，織物具有良好的拒水性，但是由于這些氟原子僅僅是接在纖維的外表，對織物進(jìn)行洗滌、烘干后拒水性能會逐漸消失，要到達(dá)耐久的拒水性必須結(jié)合其他方法作進(jìn)一步處理。等離子體處理設(shè)備的開展隨著等離子體技術(shù)的日趨成熟，等離子體設(shè)備的開展也備受人們關(guān)注，使其從實(shí)驗(yàn)室裝置慢慢走向工業(yè)化設(shè)備。對等離子體發(fā)生設(shè)備的研究從20世紀(jì)70年代開始，美國的外表活化公司(SAC)與聯(lián)合染色廠(UPDW)合作開發(fā)了一條生產(chǎn)線，出用于滌綸織物加工的連續(xù)化等離子體設(shè)備，并逐漸投入市場。隨后德國的LEYBOLDHERAEUS公司，日本有信越化學(xué)公司，龍尼契加和日本山東鐵工公司也合作開發(fā)了同類的設(shè)備，并相繼投放市場。俄羅斯伊萬諾夫的Niekmi研究院也研制出工業(yè)化的等離子體設(shè)備，于1986年開發(fā)出供織物用的連續(xù)化加工設(shè)備，主要用于純棉織物或者滌棉織物的前處理加工。意大利的LooptexSA與In.TesS.p.公司以及俄羅斯的Niekmi研究院在米蘭舉行的Itma’95上展出一臺輝光放電等離子體處理機(jī)，日產(chǎn)可以到達(dá)3-4萬米，并在俄羅斯以及意大利的紡織業(yè)中投入使用。德國展出了可以在常壓下工作的等離子體設(shè)備，并迅速投入使用；瑞士也展出了專用于紡織加工的持續(xù)真空等離子體裝置，明顯減少本錢，隨后進(jìn)入市場[39]。比利時(shí)的Europlasma公司從20世紀(jì)80年代就開始低溫等離子體設(shè)備的開發(fā)研制，90年代已經(jīng)生產(chǎn)工業(yè)用的等離子體設(shè)備并投入使用。應(yīng)用于紡織工業(yè)中的等離子體設(shè)備，以輝光放電設(shè)備為主，該類設(shè)備有以下幾個(gè)局部組成：真空室；等離子體發(fā)生器；布匹傳送裝置；反響氣體混合輸入口；冷卻和密封裝置。加工過程在低真空中進(jìn)行，所以設(shè)備應(yīng)具備一些根本的條件：低的真空度；等離子體發(fā)生要均勻；設(shè)備的性能要