常壓介質阻擋尖端放電對聚苯乙烯名義改性鉆研
鑒于介質阻擋尖端放電(DBD)是輕工業上無比有前景的解決資料名義的環保技能,此外采納常壓DBD產生的大氣高溫等離子體體對聚苯乙烯(PS)地膜繼續了名義改性。經過接觸須測量、原子團力顯微鏡(AFM)視察和X射線光電子能譜(XPS)綜合,鉆研了大氣等離子體體解決前后PS地膜的名義性能的變遷。后果表明,PS膜名義潤濕性隨解決工夫的延伸而普及,PS膜名義毛糙度增多,而且在名義10nm規模內引入了含氧和含氮的官能團。等離子體體解決后PS地膜潤濕性改善的重要起因是由名義毛糙化和引入含氧、含氮極性官能團的復競爭用造成的。
近年來,大氣壓大氣等離子體體名義改性技能因為存在條件友愛性、利潤低、效率低等劣勢而在輕工業中失去寬泛的利用。與低氣壓資料名義解決技能,如地膜沉積、名義改性等相比,存在利潤低,運行顛簸等特點。罕用的產生大氣壓大氣等離子體體的步驟有電暈尖端放電、介質阻擋尖端放電(DBD)和大氣壓輝光尖端放電(AtmosphericPressureGlowDischarge,APGD)。與其余兩種步驟相比,DBD尖端放電設施容易、能量高,且很輕易在輕工業條件下兌現,因而DBD放中技氣等離子體體已被用來解決聚丙烯、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚甲酯丙烯酸甲酯和聚酯等聚合生活資料料的名義改性中。
聚苯乙烯(PS)作為罕用的絕緣資料,存在通明、成型性好、剛性好、電絕緣性能好、易染色、低吸濕性、和價錢低廉等長處,因此被寬泛用來生物醫術、電工、化工和包裝等輕工業畛域。但PS地膜的名義能較低,招致其名義潤濕性、粘結性和可印花性等性能較差,這大大制約了其利用規模,因而鉆研人員采納相反的步驟對其繼續名義改性。英國Mitchell等采納異丙烯乙醇對PS繼續了名義改性,印度Guruven-ket等采納氬氣和氧氣等離子體體對PS繼續了名義改性,均獲得較好的動機。輕工業生年中采納大氣等離子體體的利潤更低,存在寬泛的輕工業利用前景。
為此,白文利用大氣壓DBD產生的大氣等離子體體對PS地膜繼續了名義改性,經過接觸須測量、原子團力顯微鏡(AFM)視察和X射線光電子能譜(XPS)等綜合目的,鉆研了等離子體體解決前后PS地膜名義特點的變遷,并對后果繼續了綜合。1、試驗全體1.1、試驗安裝及解決參數
為了與輕工業化生產條件盡可能統一,白文試驗是在敞開的大氣條件下繼續的,試驗時熱度為28℃,DBD試驗安裝及其電氣接報圖如圖1所示。整個試驗安裝重要囊括四個全體:高頻電源A、高頻變壓器B、尖端放電室C和測量全體D等組成。高頻低壓電源由單相市電、可控硅整組、庫容濾波和半橋逆變通路等組成,其功率調節可采納脈沖幅值調制(PulseAmplitudeModulation,PAM)和脈沖效率調制(PulseFrequencyModulation,PFM)形式;高頻變壓器的作業效率規模為10kHz到35kHz的鐵氧體磁芯變壓器;尖端放電室由低壓電極1、試樣2、阻擋介質3、下電極4和精細起落臺5等組成;測量全體囊括示波器、低壓探頭、一般探頭、測量庫容Cm和測量電阻Rm組成。尖端放電零碎的作業內中如次:單相市電經可控硅整組成脈動直流,經大定量電解庫容濾波后變為較為平滑的低壓直流,該低壓直流通過半橋逆變通路輸入低壓方波,該方波電壓經變壓器漏感和負載組成的串聯諧振通路諧振后,在尖端放電電極間產生無比高的正弦電壓,當該電壓勝于定然值時將導致陶瓷阻擋介質間的大氣擊穿,從而產生高溫大氣等離子體體,該等離子體體作用來資料名義可對名義繼續改性解決。上電極為直徑50mm的鋁電極,下電極為80mm×80mm×2mm的不銹鋼電極,薄厚為1mm、面積為100mm×100mm的氧化鐵陶瓷遮蓋鄙人電極名義作為阻擋介質,氣隙可調規模為0～13mm。改性解決時,解決資料放在介質上。尖端放電電壓采納LecroyPPE20kV型低壓探頭來測量,其衰減系數為1000。尖端放電直流電經過在尖端放電回路中串聯一個阻值為10Ω的無感電阻Rm失掉,尖端放電空間傳輸的電荷經過在尖端放電回路上串聯一個9.4nF的測量庫容Cm失掉。尖端放電Lissajous圖形經過把低壓探頭測得的激發電壓加在示波器的X軸,把傳輸電荷加在示波器的Y軸失掉。紀錄儀器采納TekTDS220(500MHz,1Gs-1)數字示波器。尖端放電功率經過劃算Lissajous圖形的面積失去。
圖1 大氣DBD名義改性試驗安裝
白文對PS地膜名義改性的解決參數如次:低壓電極強加峰值為10kV的正弦電壓,效率約為18.2kHz,上極板底部至介質上名義的大氣間隙間隔為1.76mm。圖2為上述試驗條件下測得的DBD的電壓直流電波形和Lissajous圖形。從圖2(a)中能夠看出,在正弦波電壓激發下,直流電波形在電壓的每半個周期內涌現一大批短時延續的直流電脈沖,每一個脈沖就是一個微尖端放電,這表明大氣DBD尖端放電為DBD尖端放電的絲狀尖端放電內容;從圖2(b)可看出,大氣DBD尖端放電的Lissajous圖形由激發電壓和傳輸電荷組成的開啟圖形,其形態相近為平行四邊形。其中,高低兩邊為未尖端放電階段,左右兩邊是尖端放電階段,尖端放電階段中曲線上的毛刺是因為多周期尖端放電煩瑣動機造成的。依據DBD尖端放電功率與李薩如圖形面積的關系可得尖端放電功率約為83W。
圖2 試驗電壓直流電波形(a)和Lissajous圖形(b)1.2、試驗資料及測試目的
試驗中采納的聚苯乙烯是從杭州塑料廠購買的輕工業級資料,其地膜薄厚為0.25mm。將大塊聚苯乙烯地膜裁成尺寸為20mm×20mm的小塊作為解決試樣,該署試樣在低聲波蕩滌器中經無水乙醇超聲蕩滌后,在大氣中晾干后即時放入尖端放電室繼續解決。接觸須采納JC2000C2型接觸須測量儀(上海中晨),測試液體采納二次去離子水。名義宏觀形貌測輪采納AFM2Ⅱ型接觸式原子團力顯微鏡(浙江大學光電系)。解決前后PS地膜名義化學成份采納5000CESCA型X射線光電子能譜(XPS)儀(美國PHI公司),數據綜合采納設施自帶的AugerScan3,21硬件(以C1s=284.6eV為基準繼續聯合能校對)。同聲采納該硬件和90%Gaussian+10%Lorentzian混合因變量繼續曲線擬合和解譜綜合。
3、論斷
采納常壓DBD產生的大氣等離子體體對PS地膜繼續了名義改性,等離子體體解決后PS膜試樣名義的水接觸須隨著解決工夫的增多而上升,使解決后名義的潤濕性大大普及。潤濕性改善的起因與解決后PS膜名義形貌和化學成份變遷無關。大氣等離子體體解決后,PS膜名義均勻毛糙度增多;同聲PS膜名義產生了氧化和氮化,其氧化和氮化是因為引入高能官能團所致。
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