一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法

本发明涉及等离子体处理，具体涉及一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法。

背景技术：

1、在电气设备中，绝缘纸通常用于电缆、变压器、电机等设备中，其主要作用是隔离电器件，保证设备的安全运行。绝缘纸主要是由天然纤维素制成，由于纤维素中含有大量的羟基，因此绝缘纸具有较强的亲水性，能够加快吸收水分的速度。然而，如果绝缘纸吸收水分受潮，就会降低其绝缘性能，加速绝缘纸表面的老化，增加沿面闪络的发生率，进而导致电气设备发生绝缘击穿等故障。因此，提高绝缘纸的表面憎水性对保障电力系统的安全稳定运行具有重要价值。

2、绝缘纸的表面性能受到多种因素的影响，如表面电阻率、相对介电常数、化学成分等。研究表明，通过表面改性技术改变绝缘材料表面化学特性及物理形貌能够提升材料表面憎水性，进而抑制表面水分积聚。传统的绝缘纸表面改性方法包括物理法和化学法，这两种方法均具有无法避免的对环境产生危害。随着大气压低温等离子体技术的兴起，其高能电子和各种激发态物种等活性粒子的能量大、活性强的特点，从而能够实现在材料表面迅速形成具备优良物理化学特性的紧密包覆层。

3、低温等离子体改性技术具备能效高、环保、适用性广泛、多功能性等优点，由于这些优势，低温等离子体改性技术在材料表面改性、功能化涂层、生物医学材料、纳米材料制备等领域得到了广泛的应用和研究。现有技术的大气压等离子体装置可实现小面积等离子体放电，但存在无法均匀连续改性、操作复杂等问题，无法有效应用于材料改性领域。在等离子体放电装置中，由于介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, dbd)更易产生大量低温等离子体，在处理平板类绝缘材料时具有一定优势，但还是局限于小尺寸材料改性且无法对材料进行连续改性，无法满足实际需求。为了提升工业应用效率，需要实现dbd的均匀连续改性。

技术实现思路

1、1.所要解决的技术问题：

2、针对上述技术问题，本发明提供一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法，本方法能够在保证等离子体放电的长时间可靠稳定运行的同时可以添加媒质促进表面改性，且本方法中的装置改性气隙可调，能便捷寻找放电均匀和不同材料处理均匀的最佳气隙大小。

3、2.技术方案：

4、一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法，采用至少一组等离子体改性装置对待处理材料的表面进行处理；所述等离子体改性装置包括倒u形的装置外壳；装置外壳的左右两个中空的立柱中均设置一个等离子放电区；所述等离子放电区由高压电极板、接地电极板形成；所述高压电极板、接地电极板的形状大小相同，两者中心对齐，且两者的形状与立柱的形状相适应从立柱的上端延伸至立柱的下端；所述外壳的顶面空间中设置至少两个用于将溶剂喷到待处理材料表面的喷嘴；所述装置的外壳设置用于通入工作气体的进气孔；所述装置外壳的四个角位置均设置用于运输待处理材料的滚筒，待处理材料通过四个滚筒依次通过两个等离子放电区实现对其表面的改性处理。

5、进一步地，所述高压电极板为水-金属孔板高压电极板；所述水-金属孔板高压电极板包括金属孔板、盖板、介质板、出水口、进水口；所述盖板中间开槽，金属孔板镶嵌至盖板凹槽的空腔中，介质板覆盖至盖板凹陷的空腔的外部实现介质板与盖板之间的密封连接；所述盖板设置进水口与出水口实现在盖板凹槽的空腔中通入导电液，且装置外壳设有通过进水口、出水口的通孔；所述金属孔板通过设置于盖板表面的高压接线柱实现与高压电源相连；所述盖板为透明绝缘材料制成；金属孔板的边缘包裹有绝缘胶带。

6、进一步地，所述等离子放电区还包括能够调节接地电极板左右滑动的滑柱，实现改变高压电极板与接地电极板之间的放电间隙。

7、进一步地，所述超声喷嘴中的喷出的溶剂根据待处理材料的需求进行调整，其中每个超声喷嘴的溶剂的种类不同；所述溶剂的种类包括六甲基二硅氮烷hmdsn、聚二甲基硅氧烷pdms、四甲基硅烷tms等改性媒质；溶剂的成分根据需求采用不同百分比混合使用；每个喷嘴喷出的材料根据预设的顺序进行调整实现该材料对应的不同性能的改性。

8、进一步地，所述水-金属孔板高压电极板为可拆卸装置；其中，金属孔板为不锈钢或者钨材质的孔板，其四周边缘设有绝缘胶带；介质板为石英或高硼硅材质；盖板为高硼硅盖板；所述导电液为nacl溶液。

9、进一步地，所述装置外壳为有机玻璃材料的外壳；所述接地电极为铝合金材料的接地电极；所述滚筒为绝缘材料的滚筒。

10、进一步地，所述金属孔板与接地电极长20～50 cm，宽20～50 cm。两者保持尺寸大小一致。所述金属孔板的厚度为2~10 mm，所述接地电极的厚度为10~20 mm；所述介质板的尺寸面积不小于金属孔板，需完全覆盖金属孔板；滚筒宽度不小于金属孔板宽度，绝缘纸宽度不大于金属孔板宽度。

11、进一步地，采用等离子体改性装置实现对绝缘纸表面均匀连续憎水改性具体包括以下步骤：

12、步骤一：根据材料改性的需求设置一组或多组等离子体改性装置进行组合，固定好位置，并放置待处理材料，将等离子体改性装置并联至纳秒脉冲电源或设置多个纳秒源；其中，电源与装置间连有用于调节电压的调压器；等离子体改性装置高压电极连接高压探头接至示波器用于测量电压；电流线圈接至示波器测量放电电流；测量电容两端接差分探头，差分探头接至示波器得到采样电容两侧电压；通过放电前后示波器数据可计算放电电压及电流；

13、步骤二：连接气路结构；气路中设置工作气体支路和媒质气体支路；每个支气路中流量计与单向阀用于测量及控制该气路的气体的流速；工作气体支路和媒质气体支路输出的气体通过混气腔实现混合后通入装置；

14、步骤三：选择合适的工作气体和媒质，设置媒质流速，通入工作气体并采用鼓泡法通过防倒吸瓶和媒质瓶将媒质蒸汽引入混气腔通入等离子体改性装置；

15、步骤四：设置纳秒冲电源的频率以及脉宽进行放电试验，通过控制调压器实现对装置电压高低的调节；观察并记录示波器的电压电流波形；重复试验得到多组数据对比以确保电源放电稳定；

16、步骤五：通过调节电压、频率、工作气体流速以及媒质气体流速，获得不同放电间隙对应的放电图像和光谱图；对放电图像与光谱图进行分析，选择细丝明显减少，放电均匀时的电压、频率以及放电间隙作为处理该材料的最优工艺参数；

17、步骤六：通过水接触角测量仪随机测量材料表面的水接触角以检验憎水改性效果；通过抽样划分面积相同的区域，每个子区域内随机选点测量，最终画出三维水接触角示意图以检验均匀性。

18、3.有益效果：

19、（1）本发明的一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法，采用低温等离子体技术进行材料表面改性时，板-板式dbd电极更容易产生均匀放电，在绝缘纸表面制备涂层时具有稳定均匀、附着力强等优点。

20、（2）本发明的一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法，以纳秒脉冲电源为激励源，以氩气作为工作气体，以hmdso为媒质对绝缘纸表面进行憎水改性。引入hmdso后等离子体在材料表面进行了复杂的反应，引入了憎水性的含硅官能团，同时增加了表面粗糙度，进而增大了水接触角。接着通过本发明的滚筒连续处理，可增设第二个（多个）处理单元实现双面或者单面双次（多次）的表面改性。

21、（3）本发明将水-金属孔板dbd材料表面改性装置与固定式滚筒集成，可应对不同厚度和种类的材料表面改性。可通过调整连续装置中的滚筒转速，间接调整材料表面处理时间，设定最优均匀连续改性效果的运行参数。

22、（3）发明提供了一种绝缘纸表面均匀连续憎水改性方法，可实现大面积材料表面的均匀改性，提高了材料的憎水性能。本发明设计的连续改性系统可依次对薄膜两面或多层次进行大面积均匀连续改性，具有广泛的工业化应用前景。本发明的改性单元可控性强，可通过调节放电电压、媒质流速等参数和处理条件来控制改性层的组成和性质，实现对材料表面性能的精确调控。