CN109235022A - 一种绝缘编织材料的表面改性方法 - Google Patents

一种绝缘编织材料的表面改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绝缘编织材料的表面改性方法，属于表面改性技术领域。所述方法步骤如下：向电解质溶液中放入阴极材料和阳极材料，向阴极和阳极间施加100～400V的电压，在阴极形成均匀稳定的阴极等离子弧区；将绝缘编织材料连续的穿过阴极等离子弧区，实现对绝缘编织材料的表面改性处理。所述方法采用液相等离子电解技术，实现对绝缘编织材料的大面积连续表面处理，达到清洁的效果，并在材料表面沉积涂层，以提高材料的力学性能。该方法操作简单、成本低、效率高、不受材料尺寸形状限制、且涂层均匀性好，为绝缘编织材料的表面处理提供了一种新思路，可实现对绝缘编织材料的大面积连续处理，易于实现产业化。

Description

一种绝缘编织材料的表面改性方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘编织材料的表面改性方法，属于表面改性技术领域。
背景技术
随着社会的发展与对新能源方面的深入探索与研究，绝缘材料的需求量越来越大，尤其是聚合物绝缘材料。绝缘材料是电工行业发展的基础与保证，是电工产品体现出先进技术性的关键所在，决定着产品能否长期安全高效的运行使用，凭借着轻质、高强度、耐热耐烧蚀等优点，绝缘材料在航空航天领域、军工方面中的应用也十分广泛。编织材料同单根纤维相比具有更加优良的力学性能与热结构性能，可制成符合需求的复杂结构件，适用性广。绝缘编织材料的表面特性在很大程度上影响着材料的性能，服役环境对材料表面损伤严重，因此，为适应行业需求，绝缘编织材料必须不断发展，对其表面进行优化处理，提高性能。
目前，湿法化学法、紫外光辐射法、离子束照射法和低温等离子体处理法是常用的对绝缘编织材料进行表面改性的方法，低温等离子体处理法与湿法化学法、紫外光辐射法和离子束照射法相比，具有高效、耗能少、对环境友好且对基体性能损伤小的优点，成为研究的热点。介质阻挡放电作为低温等离子处理法中的一种，处理条件简单，易于获得大量的高能量密度等离子体而具有广阔的应用市场，然而该方法在大气压下表现为丝状流注放电的形式，无法对材料表面实现均匀的处理，易造成材料表面的灼伤或穿孔，限制了其应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种绝缘编织材料的表面改性方法，经处理后的材料力学性能得到提升；所述方法高效低成本，对材料表面损伤小。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种绝缘编织材料的表面改性方法，所述方法步骤如下：
步骤一、向电解质溶液中放入阴极材料和阳极材料，向阴极和阳极间施加100～400V的电压，在阴极形成均匀稳定的阴极等离子弧区；
步骤二、将绝缘编织材料连续的穿过阴极等离子弧区，实现对绝缘编织材料的表面改性处理；
其中，电解质溶液为不与阴、阳极材料发生反应的酸溶液、碱溶液或盐溶液，电解质溶液浓度为30～80g/L；
阴极材料为铜或钨；
阳极材料为石墨或铂；
绝缘编织材料与阴极材料之间的距离为5～50mm。
优选的，电解质溶液为AlCl3溶液、NaAlO2溶液、氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液。
优选的，所述绝缘编织材料为高硅氧纤维编织材料、PE纤维柔性编织材料或石英纤维编织材料。
优选的，步骤一中向阴极和阳极之间通入高频直流电源。
优选的，步骤二中绝缘编织材料通过阴极等离子弧区的速度为0.01～1m/s。
优选的，重复步骤二2～7次。
有益效果：
本发明所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法中，阴极表面存在大量氢气泡，而电极之间的高电压导致电解质中存在的正离子集中在阴极附近，大部分集中在气泡的表面上，这导致阴极和正电荷之间产生高的局部电场强度，随着电压的升高，气泡内的气体空间被电离，开始等离子体放电。伴随着在阴极表面产生的各种物理化学效应，当绝缘编织材料连续通过阴极等离子弧区时，在绝缘编织材料表面沉积涂层。绝缘编织材料与阴极材料之间的距离为5～50mm，距离太近容易损伤材料，距离太远无法沉积涂层。
本发明所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法，采用液相等离子电解技术，实现对绝缘编织材料的大面积连续表面处理，达到清洁的效果，并在材料表面沉积涂层，以提高材料的力学性能。该方法操作简单、成本低、效率高、不受材料尺寸形状限制、且涂层均匀性好，为绝缘编织材料的表面处理提供了一种新思路，可实现对绝缘编织材料的大面积连续处理，易于实现产业化。
附图说明
图1为实施例1得到的材料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容作出进一步阐释说明。
以下实施例中：
(1)扫描电子显微镜测试：S-4800型冷场发射扫描电子显微镜，制造商日本高新技术株式会社。
(2)X射线光电子能谱分析：X射线光电子能谱仪，型号PHI QUANTERA-Ⅱ，制造商Ulvac-PHI，INC。
(3)傅里叶红外光谱分析：傅里叶红外光谱仪，型号Nicolet IS50，制造商Thermo公司。
实施例1
一种绝缘材料的表面改性方法，所述方法步骤如下：
步骤一、称取AlCl3，加入去离子水，配制成浓度为60g/L的AlCl3溶液，并将其倒入反应容器中。
步骤二、向反应容器中引入铜棒作为阴极、石墨板作为阳极，接通高频直流电源在阴、阳两电极间施加190V的电压，在阴极形成均匀稳定的阴极等离子弧区。
步骤三、将高硅氧纤维编织材料(A型石英纱编织的平纹布，湖北菲利华石英玻璃股份有限公司生产)以0.1m/s的速度连续的穿过步骤二所述的阴极等离子弧区，绝缘编织材料与阴极材料之间的距离约为40mm，实现对高硅氧纤维编织材料的表面改性处理，在其表面沉积氧化铝陶瓷涂层，得到表面改性后的高硅氧纤维编织材料。
将表面改性后的高氧硅纤维编织材料放在扫描电子显微镜下观察其表面形貌，结果如图1所示，可看出在每根高氧硅纤维表面都均匀沉积有涂层。
对表面改性的后的高氧硅纤维编织材料进行傅里叶红外光谱分析与X射线光电子能谱分析，可确定材料表面涂层成分为非晶态的Al2O3。
将表面改性后的高硅氧纤维编织材料干燥，与未经改性的高硅氧纤维编织材料一同进行热处理，温度为700℃保温30min，随后800℃保温10min，以进行强度测试，使用的拉伸试验机型号为AG-X(岛津)，测试标准根据GB/T 7689.5-2001。高硅氧纤维编织材料经热处理后的拉伸强度结果如表1所示。
表1
经液相等离子电解技术改性处理1次后的高硅氧纤维编织材料的拉伸强度较未进行表面处理的高硅氧纤维编织材料相比，提升了169.94％，表明利用该方法沉积氧化铝陶瓷涂层后可提高高硅氧纤维编织材料高温下的力学性能。
实施例2
一种绝缘编织材料的表面改性方法，所述方法步骤如下：
步骤一、称取AlCl3，加入去离子水，配制成浓度为30g/L的AlCl3溶液，并将其倒入反应容器中。
步骤二、向反应容器中引入钨丝作为阴极、铂作为阳极，接通高频直流电源在阴、阳两电极间施加240V的电压，在阴极形成均匀稳定的阴极等离子弧区。
步骤三、将PE纤维柔性编织材料(白色PE编织布，山东潍坊浩远塑编厂生产)以0.6m/s的速度连续的穿过步骤二所述的阴极等离子弧区，绝缘编织材料与阴极材料之间的距离约为15mm，实现对PE纤维柔性编织材料的表面改性处理，在其表面沉积氧化铝陶瓷涂层。
步骤四、重复步骤三的操作7次，得到表面改性后的PE纤维柔性纤维编织材料。
通过扫描电子显微镜观察到表面改性后的PE纤维柔性纤维编织材料表面均匀沉积有涂层，结合傅里叶红外光谱分析与X射线光电子能谱分析可确定涂层成分为非晶态的Al2O3。
将表面改性后的PE纤维柔性纤维编织材料冲净并干燥，与未经改性的PE纤维柔性纤维编织材料一同进行强度测试，使用的拉伸试验机型号为AG-X(岛津)，测试标准根据GB/T 14344-2008。PE纤维柔性编织材料物的拉伸强度结果如表2所示。
表2
经液相等离子电解技术改性处理7次后的PE纤维柔性编织材料的拉伸强度与未经改性的PE纤维柔性纤维编织材料相比，提升了18.58％，表明利用该方法沉积氧化铝陶瓷涂层后可提高PE纤维柔性编织材料的力学性能。
实施例3
一种绝缘编织材料的表面改性方法，所述方法步骤如下：
步骤一、称取NaAlO2，加入去离子水，配制成浓度为80g/L的NaAlO2溶液，并将其倒入反应容器中。
步骤二、向反应容器中引入铜棒作为阴极、石墨板作为阳极，接通高频直流电源在阴、阳两电极间施加400V的电压，在阴极形成均匀稳定的阴极等离子弧区。
步骤三、将石英纤维编织材料(5μm规格石英纤维布，河南神玖复合材料有限公司生产)以0.02m/s的速度连续的穿过步骤二所述的阴极等离子弧区，绝缘编织材料与阴极材料之间的距离约为10mm，实现对石英纤维编织材料的表面改性处理，在其表面沉积氧化铝涂层。
步骤四、重复步骤三的操作3次，得到表面改性后的石英纤维编织材料。
通过扫描电镜观察可看到表面改性后的石英纤维编织材料表面均匀沉积有涂层，结合傅里叶红外光谱分析与X射线光电子能谱分析可确定涂层成分为非晶态的Al2O3。
将表面改性后的石英纤维编织材料冲净并干燥，与未经改性的石英纤维编织材料一同进行热处理，温度为700℃保温30min，随后800℃保温10min，以进行强度测试，使用的拉伸试验机型号为AG-X(岛津)，测试标准根据GB/T 7689.5-2001。石英纤维编织材料经热处理后的拉伸强度结果如表3所示。
表3
经液相等离子电解技术改性处理3次后的石英纤维编织材料的拉伸强度与未经改性的石英纤维编织材料相比，提升了91.07％，表明利用该方法沉积氧化铝陶瓷涂层后可提高石英纤维编织材料的力学性能。
发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绝缘编织材料的表面改性方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一、向电解质溶液中放入阴极材料和阳极材料，向阴极和阳极间施加100～400V的电压，在阴极形成均匀稳定的阴极等离子弧区；
步骤二、将绝缘编织材料连续的穿过阴极等离子弧区，实现对绝缘编织材料的表面改性处理；
其中，电解质溶液为不与阴、阳极材料发生反应的酸溶液、碱溶液或盐溶液，电解质溶液浓度为30～80g/L；
阴极材料为铜或钨；阳极材料为石墨或铂；
绝缘编织材料与阴极材料之间的距离为5～50mm。
2.如权利要求1所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法，其特征在于：电解质溶液为AlCl3溶液、NaAlO2溶液、氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液。
3.如权利要求1所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法，其特征在于：所述绝缘编织材料为高硅氧纤维编织材料、PE纤维柔性编织材料或石英纤维编织材料。
4.如权利要求1所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法，其特征在于：步骤一中向阴极和阳极之间通入高频直流电源。
5.如权利要求1所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法，其特征在于：步骤二中绝缘编织材料通过阴极等离子弧区的速度为0.01～1m/s。
6.如权利要求1所述的一种绝缘编织材料的表面改性方法，其特征在于：重复步骤二2～7次。
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