旋钮调节气隙的大面积水-金属孔板DBD表面改性装置 |
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| 申请号 | CN202311722946.4 | 申请日 | 2023-12-15 | 公开(公告)号 | CN117702533A | 公开(公告)日 | 2024-03-15 |
| 申请人 | 南京工业大学; | 发明人 | 黄家良; 费池璇; 伍树杰; 朱玉; 余威成; 方志; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开旋钮调节气隙的大面积 水 ‑金属孔板DBD表面改性装置，其高压 电极 为水‑金属孔高压电极；高压电极由介质板与盖板一体密封，两者之间的密封空腔固定金属孔板；方形空腔通过注水口与出水口分别实现灌入或流出介质液；介质板正对于地电极板，两者之间形成的高压气隙即为用于处理材料的放电空间；其还包括调节水‑金属电极DBD装置模 块 ；调节水‑金属电极DBD装置模块包括调节旋钮结构、平衡板；调节旋钮结构与平衡板相连能够调节平衡板从而带动高压电极为水‑金属孔高压电极随之移动。本发明可以实现气隙0~20mm宽度内快速精确调节放电气隙，后期基本无需更换或维护，并且可以通过平衡板调节平整度减小误差， 精度 能够得到保证。 | ||||||
| 权利要求 | 1.旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置，包括装置外壳、固定于外壳空腔内的高压电极以及地电极；其特征在于：所述高压电极为水‑金属孔高压电极；所述水‑金属孔高压电极包括金属孔板、介质板以及盖板；所述介质板与盖板一体密封，两者之间形成方形密封空腔；所述金属孔板固定于方形空腔中心位置；所述方形空腔通过注水口与出水口分别实现灌入或流出介质液；所述导电液与高压电源相连；所述介质板正对于地电极板，两者之间形成的高压气隙即为用于处理材料的放电空间； |
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| 说明书全文 | 旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置技术领域[0001] 本发明涉及材料表面改性技术领域，具体涉及一种旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置。 背景技术[0002] 随着电力行业的发展，现代发电设备与输电设备向高压大容量发展，绝缘纸作为电绝缘用纸的总称，被广泛应用于电缆、线圈等各项电器设备中，是电器设备的绝缘材料。然而有时绝缘纸在潮湿、高温、高电压等恶劣环境中，潮湿会导致水分在绝缘纸表面积累，并且水分可能进入绝缘纸内部，从而降低绝缘纸的使用寿命和绝缘性能。在某些极端的情况下，如电力设备中发生放电现象时，憎水性绝缘纸可以减少放电现象的发生，从而降低对设备的损坏和事故的发生率。因此，提高绝缘纸的憎水性可以有效地提高其防潮、绝缘、耐腐蚀和安全性能，减少潜在的事故风险。 [0003] 材料表面改性是大气压低温等离子体技术的重要应用领域，其实践应用前景广阔。研究表明，低温等离子体含有丰富的高能量高化学活性物质，如电子、离子、激发态粒子等。这些活性粒子直接作用于材料表面，通过物理刻蚀、化学改性、表面交联等复杂的物理化学作用，能够在纳米至微米尺度内改变材料表面的物理形貌和化学特性，进而改善材料的表面疏水性、介电性能及抗腐蚀性等特性。这种技术途径能够在不影响材料基本结构的情况下实现定向所需表面性质，满足实际应用需求。此外，通过灵活控制电极结构、电源类型、气体媒质及放电功率和时间等条件，可以适应不同材料表面改性的需求，提高材料改性的效果。因此，将大气压低温等离子体应用于材料表面改性是一种有效的技术途径。 [0004] 本申请人已经申请的专利申请号为CN2023107585617公开了可调节厚度的水控温大面积水网 电极材料表面改性装置，采用水网高压电极能够有效解决了大面积改性温度提升所带来的放电不稳定与改性效果差等问题。但是在实际使用中，发现有以下的缺点：该装置的放电工作空间的厚度虽然可以调整，其调整的方法需要换不同厚度的垫片至放电空间中，调整时要准备很多垫片；并且该装置也无法竖直放置进行处理。因此需要对装置进行改进。 发明内容[0005] 1.所要解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置，属于VDBD方式，用于解决大面积材料改性缺乏灵活性、改性不均匀等问题。旋钮与盖子的固定设计，使得提起盖子可以连带水‑金属孔板电极一并取出。这种设计不仅提高了取放材料时的便捷性，同时也方便对装置进行清洁和维护。此外，由于盖子与水‑金属孔板电极的连通性，可以轻松地调节高度，便于提高电场分布和气体流动的优化程度，从而满足不同材料表面改性的需求。 [0006] 2.技术方案：旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置，包括装置外壳、固定于外壳空腔内的高压电极以及地电极；其特征在于：所述高压电极为水‑金属孔高压电极；所述水‑金属孔高压电极包括金属孔板、介质板以及盖板；所述介质板与盖板一体密封，两者之间形成方形密封空腔；所述金属孔板固定于方形空腔中心位置；所述方形空腔通过注水口与出水口分别实现灌入或流出介质液；所述导电液与高压电源相连；所述介质板正对于地电极板，两者之间形成的高压气隙即为用于处理材料的放电空间； 还包括调节水‑金属电极DBD装置模块；所述调节水‑金属电极DBD装置模块包括调节旋钮结构、平衡板；所述调节旋钮结构与平衡板相连用于调节平衡板在旋钮旋转移动的方向移动；所述平衡板与高压电极为水‑金属孔高压电极的盖板固定连接从而能够带动水‑金属孔高压电极随之移动。 [0007] 进一步地，所述调节旋钮结构包括旋钮、连接环、带有螺纹的T形连接件、工字形的固定件以及锁止件；所述旋钮、盖板、连接环依次可移动的套接于连接件的螺纹处；所述连接环与连接件之间设置用于防止连接环自行下降的锁止结构；所述连接件的底座固定连接至固定件的顶端；所述工字形的固定件的底座固定连接平衡板；当旋钮旋转移动时，带动平衡板相应的在旋钮旋转移动的方向移动；所述平衡板的长度略大于高压电极板的宽度，两者之间设置多个固定螺钉实现固定连接。 [0008] 进一步地，所述连接环与连接件的底座上表面之间沿着连接件的螺纹延伸方向设置多个拉紧弹簧。 [0009] 进一步地，所述水‑金属孔高压电极中的介质液为4%的氯化钠溶液。 [0010] 进一步地，所述水‑金属孔板DBD表面改性装置还包括气路结构；所述气路结构为固定于放电空间周围的框架结构；所述气路结构与外界的工作气源管道相连；所述气路结构设置多个出气口将工作气体传输入工作空间 。 [0014] 进一步地，所述装置外壳为有机玻璃制成。 [0015] 进一步地，所述金属孔板的尺寸为（30mm 40mm）*（40mm 50mm），厚度为1.0 1.5mm，~ ~ ~其表面的通孔的孔径为3 4mm、间距2 3 mm；所述介质板的尺寸为（30mm 40mm）*（40mm~ ~ ~ ~ 50mm）；所述放电空间的尺寸为（30mm 40mm）*（40mm 50mm）；气隙厚度为0 20mm。 ~ ~ ~ [0016] 3.有益效果：（1）本发明提供的一种旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置，该装置的放电气隙可通过旋钮快速精确实现无级调节，结构简单操作容易，不影响放电效果，并且可以通过调节平衡板保证平整度和精度，可用于不同厚度的大面积材料处理。 [0017] （2）本发明设计的旋钮、盖子和水‑金属孔板三者连通为一体，提高了取放材料时的便捷性，同时也方便对装置进行清洁和维护。 [0019] 图1为使用本装置进行材料改性时需要的各个装置的整体连接示意图；图2为本发明的旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置的整体示意图； 图3为本发明中装置外壳的示意图； 图4为本发明中气路结构的示意图； 图5为本发明中的地电极的示意图； 图6为本发明中水‑金属孔板电极结构示意图； 图7为本发明中水‑金属孔板电极结构的盖板的仰视图； 图8为本发明中旋钮结构示意图； 图9为本发明中旋钮结构中间部分的爆炸图； 图10为本发明中装置外壳与旋钮结构的连接示意图； 图11为本发明中平衡板示意图。 [0020] 附图标记：旋钮调节气隙的大面积水‑金属孔板DBD表面改性装置A1；激励电源A2；高压探头A3；电流线圈A4；示波器A7；混气腔A9；旋钮结构1；旋钮101；连接环102；连接件 103；固定件104；锁止件105；拉紧弹簧106；水‑金属孔板电极2；盖板201；金属孔板202；介质板203；螺丝204；地电极3；气路结构4；进气孔401；平衡板5；装置外壳6；出气阀601；进气阀 602；支撑柱603；地电极接线端605。 具体实施方式[0021] 下面结合具体实施例对本发明进行具体的说明。 [0022] 本实施例如附图1所示采用本装置进行材料改性的各个装置的连接示意图；图中：A1为本装置，A2为激励电源；A3为用来检测电路中电压的高压探头；A4为电流线圈；A7为示波器； A9为混气腔。放电电压通过高压探头A3进行测量，放电电流通过电流线圈A4测量，示波器A7反应测量出的电压电流波形。工作气体以及媒质通过混气腔A9混合后通过气路结构对放电空间均匀进气。 [0023] 本装置的整体示意图如附图2所示，其主体由旋钮结构1、水‑金属孔板电极2、地电极3、气路结构4和平衡板5组成。本实施例中对材料表面进行憎水改性，本实施例中媒介采用含Si媒质，如HMDSO和PDMS等。处理材料时将材料放置在地电极与水‑金属孔板电极之间的放电空间，根据实验需求调节工作气体流速，水‑金属孔板电极接高压，地电极采用金属材质，本实施例中采用铝合金作地电极接地，在放电空间通入所需媒质与工作气体，进行放电处理材料表面。 [0024] 如附图3所示，本实施例中装置外壳6由有机玻璃制成，大小为540×640×20mm3，结构包括出气阀601、进气阀602、支撑柱603、以及地电极接线端605组成。该装置通过进气阀将所需工作气体通入腔室内气路结构中，阀控可控制进气开关。通过出气阀将废气排出，可进行废气收集根据产物分析反应过程，阀控可控制出气开关。通过地电极接线端将装置接地，内部与地电极底部相连，高压接线端与外部激励源相连，内部与水‑金属孔板电极相接输送高压电。支撑柱材质为聚四氟乙烯，由六个支撑柱组成，其作用是用于支撑气路结构与电极结构，要求大小一致。 [0025] 图4是本实施例的气路结构4，主体由有机玻璃制成，整体架在支撑柱上，由进气孔组成。本实施例中，进气阀内接气管转四路气通入进气孔401，向放电空间通工作气体。气路结构的主要作用是为放电空间提供均匀进气，此结构可根据工作气体类型（根据工作气体的密度与空气的密度的大小）改变，如工作气体比空气重如Ar则选择如图4所示的底部进气顶部出气，如工作气体比空气轻如He则选择顶部进气底部出气。 [0026] 图5是地电极3，由铝合金制成，大小为30×40 cm，厚度为10mm，它的功能是DBD中接地电极，维持等离子体放电。地电极3与上部水‑金属孔板电极2中心对齐以维持放电均匀性，两电极间隙（同放电气隙）由旋钮来调节。 [0027] 图6是水‑金属孔板电极2，主要由盖板201、金属孔板202，介质板203构成。水‑金属孔板电极各部分均可拆卸，由螺丝204将各部分固定为整体。金属孔板，材质为金属，本例使用不锈钢材质试验放电，尺寸略大于地电极，四周边缘包裹绝缘胶带，防止放电边缘极性较大造成击穿，且金属孔板位置在介质板中心，与地电极同心对齐。 [0028] 盖板201，材质可选用石英，高硼硅等透明绝缘材质，本例中采用高硼硅玻璃材质。如图7盖板的仰视图所示。盖板下表面设置用于安装金属孔板的凹槽202，凹槽的下表面203密封连接介质板；在盖板靠近内框中心位置开孔以放入高压接线柱，并使高压接线柱底端贴于金属孔板上。后采用螺丝垫片以及水密封胶密封防止漏水。盖板的主要作用是压合水‑金属孔板电极整体结构，提供高压接线柱接口。 [0029] 走水口共两个，分别注水口和出水口，注水口对水‑金属孔板电极进行注导电液，出水口用来排出水‑金属孔板电极内导电液。走水口为M5螺纹孔，位置与注水框上注水出水位置相对应。走水口接塑料螺丝实现密封完成静置水方案。 [0030] 水‑金属孔板电极中的螺丝材质为PEEK绝缘材料，作用为固定水‑金属孔板电极主体零件，尤其注意的是在水‑金属孔板电极的四个角处必须布置螺丝，才能防止水‑金属孔板电极2漏水。 [0031] 介质板，材质可选用石英，高硼硅等透明绝缘材质，本实施例中采用相对介电常数3.7的高硼硅玻璃材质。在介质板四侧边缘螺丝对应位置开孔，大小为442×542 mm，厚度为 3mm。介质板为介质阻挡放电DBD中决定放电的重要一环，关键在于材质以及厚度的选择，决定放电击穿电容大小以及耐压。介质板的主要作用是提供DBD中阻挡介质以及承受水‑金属孔板电极整体重量。特别需要注意的是由于介质板厚度过厚会造成放电困难，而厚度较薄时，由于水‑金属孔板电极内侧需注入3L以上水溶液，整体零件较多，要格外考虑承重问题，且螺丝在紧固水网电极时需严格控制应力，防止因受力不均造成介质板碎裂。 [0032] 高压接线柱采用金属螺丝材质，本实施例中使用不锈钢材质，其作用是为水‑金属孔板电极接入高压，使用平头螺丝，尺寸为M4，平头与内部金属孔板相贴，外部通过螺母固定高压线。 [0033] 图8、9是本发明涉及的装置旋钮结构示意图及其爆炸图，图中可以看出旋钮结构由旋钮101、连接环102、带有螺纹的T形连接件103、工字形的固定件104以及锁止件105四部分组成。旋钮用于调节气隙大小，连接环用于连接旋钮和T形连接件，连接件与固定件用螺丝固定连接，固定件与水‑金属孔板电极上的平衡板用螺丝固定连接。连接环与连接件的底座上表面之间沿着连接件的螺纹延伸方向设置多个拉紧弹簧106。 [0034] 图10是本发明涉及的旋钮、盖子、水‑金属孔板电极和平衡板结构示意图，图中可以看出旋钮与盖子固定联接，盖子与水‑金属孔板电极固定联接，三者连通为一体。转动旋钮可以直接拉升或放低水‑金属孔板电极，进而调节等离子体放电气隙。 [0035] 图11是本发明涉及的平衡板结构示意图，透明绝缘材制，大小为12×40 cm，厚度为6mm，它的功能是用于连接旋钮和水‑金属孔板电极，能够调节水‑金属孔板电极的水平角度和高度，使地电极与上部水‑金属孔板电极中心对齐、平行，以维持放电均匀性，促进均匀放电。 [0036] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。 |
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