CN109647801B - 用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法，本清洗装置包括：激光清洗模块；所述激光清洗模块适于将激光束辐照至待清洗织物的表面，以进行清洗；本发明通过控制激光辐照能量密度对待清洗织物进行清洗，完成了非接触式无污染化清洁的功能，充分利用激光能量清除污染物，使得清洗速度更快、清洁度更高。

Description

用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种激光清洗领域，尤其涉及一种用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法。
背景技术
目前主流的纤维纺织物清洗方法主要分为两类。依据所使用溶剂的不同，分别是湿法（以水为溶剂，并添加以表面活性剂为基础的洗涤剂实现清洁的目的）和干法（使用四氯乙烯、1,1,2-三氟-1,2,2-三氯乙烷、乙二醇醚等溶剂实现清洁的目的）。湿法清洗消耗了大量的水，同时大量使用洗涤剂也对水体造成污染。干法清洗适用于不宜水洗和易褪色的织物。但是大量有机溶剂的使用存在巨大的健康隐患。目前已知四氯乙烯是一种致癌物质和神经毒素，对环境有着很强的破坏力。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，干洗（职业暴露）在2B类致癌物清单中。
目前主流的激光清洗技术可以分为以下三类：激光烧蚀清洗：激光直接辐照在待去除物上，基于激光产生的瞬态高温将待去除物气化或者分解去除；液膜辅助式激光清洗：在待清洗物表面预先涂敷一层液膜（水、酒精或其它液体），然后用激光进行照射，液膜吸收激光能量后发生***，***沸腾的液体高速运动，去除表面污物，由于使用了液膜，清洗完毕后基材表面化学成分容易改变，生成新物质；激光冲击波式清洗：激光以平行于基材表面的方向射出，激光束聚焦在待去除微粒附件，激光在聚焦点处电离空气产生冲击波，冲击波向四周迅速扩张，将微粒去除。该方法主要适用于平面上微颗粒的去除。该方法对工艺要求非常严格，既要保证能够电离空气，又要控制激光与基材之间保持合适的距离，确保作用在微粒上的冲击力足够大。
目前激光清洗仅应用于金属、半导体、玻璃等硬质材料表面的有机物、氧化层、微颗粒等污染物的去除，由于织物的清洗和目前的激光清洗技术区别很大，织物纤维的耐热性和对光子辐照的稳定性远低于金属、半导体和玻璃等材料，因此传统认为织物不便采用激光清洗方式。
因此，亟需开发一种用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种清洗装置，其包括：激光清洗模块；所述激光清洗模块适于将激光束辐照至待清洗织物的表面，以进行清洗。
进一步，所述清洗装置还包括：除尘设备；
所述除尘设备适于在待清洗织物清洗过程中，对清洗织物的表面进行除尘处理；和/或
在待清洗织物清洗完毕后，对清洗织物的表面进行除尘处理。
进一步，所述激光清洗模块还与一主控模块相连，以设定激光清洗模块对待清洗织物清洗所涉及的损伤阈值、清洗阈值；其中所述损伤阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物被损坏的最低能量密度；所述清洗阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物中污染物被移除的最低能量密度；以及所述辐照能量密度不大于所述损伤阈值，且不小于所述清洗阈值。
进一步，所述清洗装置还包括：织物平整装置；
所述织物平整装置适于将待清洗织物铺开，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
进一步，所述织物平整装置为卷对卷装置；
所述卷对卷装置适于将待清洗织物铺开，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
进一步，所述织物平整装置为人形模特夹具装置；
所述人形模特夹具装置适于套装待清洗织物，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
进一步，所述待清洗织物为棉纺材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.4 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2；所述待清洗织物为羊毛材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.0 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2；所述待清洗织物为丝绸材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于0.4J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.25J/cm2；以及所述待清洗织物为亚麻布材质，则激光束的波长为248-532nm，损伤阈值不小于1.0J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2。
另一方面，本发明提供一种清洗设备的工作方法，其包括：预设激光清洗数据库；从激光清洗数据库中调用相应待清洗织物对应的激光清洗方式，对织物进行清洗。
进一步，所述激光清洗数据库包括：棉纺材质、和/或羊毛材质、和/或丝绸材质、和/或亚麻布材质的激光辐照控制参数；其中所述激光辐照控制参数包括：待清洗织物的损伤阈值、清洗阈值，以及激光束对应的辐照能量密度；其中所述损伤阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物被损坏的最低能量密度；所述清洗阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物中污染物被移除的最低能量密度；以及所述辐照能量密度不大于所述损伤阈值，且不小于所述清洗阈值。
进一步，所述待清洗织物为棉纺材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.4 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2；所述待清洗织物为羊毛材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.0 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2；所述待清洗织物为丝绸材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于0.4J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.25J/cm2；所述待清洗织物为亚麻布材质，则激光束的波长为248-532nm，损伤阈值不小于1.0J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2。
进一步，所述工作方法还包括：在待清洗织物清洗过程中，对清洗织物的表面进行除尘处理；和/或
在待清洗织物清洗完毕后，再对清洗织物的表面进行除尘处理。
本发明的有益效果是，本发明的用于激光清洗织物的清洗装置及其工作方法通过控制激光辐照能量密度对待清洗织物进行清洗，完成了非接触式无污染化清洁的功能，充分利用激光能量清除污染物，使得清洗速度更快、清洁度更高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明清洗装置的原理框图；
图2是本发明对污染物为碳黑墨水清洗前后的效果对比图；
图3是本发明对污染物为碳粉清洗前后的效果对比图；
图4是本发明对污染物为粉尘清洗前后的效果对比图；
图5是本发明对污染物为土壤清洗前后的效果对比图；
图6是本发明清洗设备的工作方法的流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
图1是本发明清洗装置的原理框图。
在实施例1的基础上，如图1所示，本实施例提供一种清洗装置，其包括：激光清洗模块；所述激光清洗模块适于将激光束辐照至待清洗织物的表面，以进行清洗。
激光束可以采用线状，也可以采用点状；线状光斑可以是采用水平或者竖直的扫描方式对待清洗织物的表面进行清洗；点状光斑可以采用逐行扫描方式对待清洗织物的表面进行清洗。
在本实施例中，本实施例通过控制激光辐照能量密度对待清洗织物进行清洗，完成了非接触式无污染化清洁的功能，充分利用激光能量清除污染物，使得清洗速度更快、清洁度更高。
在本实施例中，激光清洗模块包括：激光器、光路整形传输模块以及光束扫描模块；激光器发出激光束经光路整形传输模块扩束准直后，由光束扫描模块控制激光束进行对待清洗织物扫描。
为了避免污染物二次污染，所述清洗装置还包括：除尘设备；所述除尘设备适于在待清洗织物清洗完毕后，再进行除尘；所述除尘设备也可以在待清洗织物清洗过程中，进行除尘处理。
为了对照射出的激光束辐照能量密度进行控制，所述激光清洗模块还与一主控模块相连，所述主控模块可以与输入设定模块，例如按键，当然也可以配合蓝牙模块或者WiFi模块采用远程控制方式进行相关设定操作，即设定激光清洗模块对待清洗织物清洗所涉及的损伤阈值、清洗阈值；其中所述损伤阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物被损坏的最低能量密度；所述清洗阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物中污染物被移除的最低能量密度；以及所述辐照能量密度不大于所述损伤阈值，且不小于所述清洗阈值。
在本实施例中，主控模块可以采用但不限于是STM32系列单片机处理器。
由于织物纤维的耐热性和对光子辐照的稳定性远低于金属、半导体和玻璃等材料，因此不适用高温清洗；其次，织物上的污染物来源广，包括有机物、微颗粒、涂污等等，针对不同的污染物，需要应用到不同的清洗机理；因此，目前对固体的清洗方法并不能直接转用到对织物的清洗上。
本实施例中，针对织物的激光清洗方法是通过激光照射后，由于基底材料（织物纤维）和污染物热膨胀系数的差异产生机械作用力，通过该机械作用力将污染物从织物中剥离出来；激光诱导超声波，通过光声振动冲击污染物离开织物，故在本激光清洗方法中无需水或者洗洁剂参与，真正实现环保洗涤。
在本实施例中，辐照能量密度=单脉冲能量/辐照光斑面积。
在本实施例中，脉宽（脉冲持续时间）越长，产生热效应越显著，为了保证待清洗织物不被损坏，以对脉宽进行限制。
在本实施例中，脉冲数=频率×辐照时间。
为了激光束能够充分扫描待清洗织物，所述清洗装置还包括：织物平整装置；所述织物平整装置适于将待清洗织物铺开，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。织物平整装置可以由上述主控模块控制，也可以采用独立控制方式，本实施例不限定织物平整装置的控制方式，只需将织物展开且满足激光清洗即刻。
作为织物平整装置的一种可选的实施方式，所述织物平整装置为卷对卷装置；所述卷对卷装置适于将待清洗织物铺开，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
作为织物平整装置的另一种可选的实施方式，所述织物平整装置为人形模特夹具装置；所述人形模特夹具装置适于套装待清洗织物，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
在其他实施中，能将织物展开且满足激光清洗的机构都属于本方案的保护范围内。
具体的，所述待清洗织物为棉纺材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.4 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2，脉宽不大于50ns；所述待清洗织物为羊毛材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.0 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2，脉宽不大于18ns；所述待清洗织物为丝绸材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于0.4J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.25J/cm2，脉宽不大于10ns；以及所述待清洗织物为亚麻布材质，则激光束的波长为248-532nm，损伤阈值不小于1.0J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2，脉宽不大于40ns。
表1 各类待清洗织物预设激光清洗数据表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为了控制辐照能量密度不对待清洗织物造成损伤，所述辐照能量密度取值参照清洗数据表进行设定。
图2是本发明对污染物为碳黑墨水清洗前后的效果对比图；
图3是本发明对污染物为碳粉清洗前后的效果对比图；
图4是本发明对污染物为粉尘清洗前后的效果对比图；
图5是本发明对污染物为土壤清洗前后的效果对比图；
在本实施例中，如图2所示，污染物是碳黑墨水，设定激光波长为532 nm、脉宽为8ns、脉冲重复频率为1Hz、单点累积脉冲数为6、辐照能量密度为0.7J/cm2。
在本实施例中，如图3所示，污染物是碳粉，设定激光波长为532 nm、脉宽为8 ns、脉冲重复频率为1 Hz、单点累积脉冲数为6、辐照能量密度为0.7J/cm2。
在本实施例中，如图4所示，污染物是粉尘、设定激光波长为532 nm、脉宽为8 ns、脉冲重复频率为1 Hz、单点累积脉冲数为8、辐照能量密度为0.7J/cm2。
在本实施例中，如图5所示，污染物是土壤、设定激光波长为532 nm、脉宽为8 ns、脉冲重复频率为1 Hz、单点累积脉冲数为10、辐照能量密度为0.7J/cm2。
在图2、图3、图4、图5中，通过对待清洗织物清洗前后在高倍镜下观察，可以明显观察得出清洗的洁净度高，同时通过传统的清洗方法下的除污区和本实施例使用的清洗方法下的清洗区对比得出，本实施例所使用清洗方法对待清洗织物的清洗洁净度明显优于传统清洗方法。
在本实施例中，清洗设备可以但不限于是洗衣机、工业用洗涤设备等。
实施例2
图6是本发明清洗设备的工作方法的流程图。
在上述实施例的基础上，如图6所示，本实施例提供一种清洗设备的工作方法，其包括：预设激光清洗数据库；从激光清洗数据库中调用相应待清洗织物对应的激光清洗方式，对织物进行清洗。
具体的，所述激光清洗数据库包括：棉纺材质、和/或羊毛材质、和/或丝绸材质、和/或亚麻布材质的激光辐照控制参数；其中所述激光辐照控制参数包括：待清洗织物的损伤阈值、清洗阈值，以及激光束对应的辐照能量密度；其中所述损伤阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物被损坏的最低能量密度；所述清洗阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物中污染物被移除的最低能量密度；以及所述辐照能量密度不大于所述损伤阈值，且不小于所述清洗阈值。
具体的，所述待清洗织物为棉纺材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.4 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2。
具体的，所述待清洗织物为羊毛材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.0 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2。
具体的，所述待清洗织物为丝绸材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于0.4J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.25J/cm2。
具体的，所述待清洗织物为亚麻布材质，则激光束的波长为248-532nm，损伤阈值不小于1.0J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2。
为了避免污染物二次污染，所述工作方法还包括：在待清洗织物清洗完毕后，再进行除尘处理；和/或在待清洗织物清洗过程中，进行除尘处理。
综上所述，本发明通过控制激光辐照能量密度对待清洗织物进行清洗，完成了无污染化清洁的功能，充分利用激光能量清除污染物，使得清洗速度更快、清洁度更高；通过设定辐照能量密度取值范围在损伤阈值和清洗阈值之间，达到了最佳清洗效果，同时避免损伤待清洗织物；为了以尽量低的激光辐照能量密度达到好的清洗效果，可以采用低能量多脉冲的方式（即辐照能量密度接近清洗阈值），初始的脉冲起到一个预处理的作用，降低污染物的清洗阈值；为了避免移除的污染物重新沉积/吸附到待清洗织物上，附加一个吸尘装置，移除污染物；基于激光和不同物质的相互作用，激光去除污染物的原理是多元化的，包括升华、热-机械过程（基底高速热膨胀-污染物被剥离并弹射）、冲击波原理；对于传统清洗方法无法清洗的纤维制品，例如纸张，本发明也能够有效清洗；基底材料（织物纤维）和污染物热膨胀系数的差异导致的机械作用力，通过该机械作用力将污染物从织物中剥离出来；激光诱导超声波，通过光声振动冲击污染物离开织物。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种清洗装置，其特征在于，包括：
激光清洗模块；
所述激光清洗模块适于将激光束辐照至待清洗织物的表面，以进行无水清洗，通过光声振动冲击污染物离开织物；
所述激光清洗模块还与一主控模块相连，以设定激光清洗模块对待清洗织物清洗所涉及的损伤阈值、清洗阈值；其中
所述损伤阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物被损坏的最低能量密度；
所述清洗阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物中污染物被移除的最低能量密度；以及
辐照能量密度不大于所述损伤阈值，且不小于所述清洗阈值；
采用低能量多脉冲的方式，所述激光束的波长为248-1064nm，且清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2，以及脉宽不大于10ns。
2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，
所述清洗装置还包括：除尘设备；
所述除尘设备适于在待清洗织物清洗过程中，对清洗织物的表面进行除尘处理；和/或
在待清洗织物清洗完毕后，对清洗织物的表面进行除尘处理。
3.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，
所述清洗装置还包括：织物平整装置；
所述织物平整装置适于将待清洗织物铺开，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
4.根据权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，
所述织物平整装置为卷对卷装置；
所述卷对卷装置适于将待清洗织物铺开，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
5.根据权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，
所述织物平整装置为人形模特夹具装置；
所述人形模特夹具装置适于套装待清洗织物，以使激光束辐照至待清洗织物的表面。
6.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，
所述待清洗织物为棉纺材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.4 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2；
所述待清洗织物为羊毛材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.0 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2；
所述待清洗织物为丝绸材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于0.4J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.25J/cm2；以及
所述待清洗织物为亚麻布材质，则激光束的波长为248-532nm，损伤阈值不小于1.0J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2。
7.一种清洗设备的工作方法，其特征在于，包括：
预设激光清洗数据库；
从激光清洗数据库中调用相应待清洗织物对应的激光清洗方式，并采用如权利要求1所述的清洗装置对织物进行清洗。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，
所述激光清洗数据库包括：棉纺材质、和/或羊毛材质、和/或丝绸材质、和/或亚麻布材质的激光辐照控制参数；其中
所述激光辐照控制参数包括：待清洗织物的损伤阈值、清洗阈值，以及激光束对应的辐照能量密度；其中
所述损伤阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物被损坏的最低能量密度；
所述清洗阈值为激光单次清洗辐照时待清洗织物中污染物被移除的最低能量密度；以及
所述辐照能量密度不大于所述损伤阈值，且不小于所述清洗阈值。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，
所述待清洗织物为棉纺材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.4 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-1.0J/cm2；
所述待清洗织物为羊毛材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于1.0 J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2；
所述待清洗织物为丝绸材质，则激光束的波长为248-1064nm，损伤阈值不小于0.4J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.25J/cm2；
所述待清洗织物为亚麻布材质，则激光束的波长为248-532nm，损伤阈值不小于1.0J/cm2，清洗阈值对应上述波长的取值范围为0.04J/cm2-0.80J/cm2。
10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，
所述工作方法还包括：在待清洗织物清洗过程中，对清洗织物的表面进行除尘处理；和/或
在待清洗织物清洗完毕后，再对清洗织物的表面进行除尘处理。
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