纺织材料表面改性大气压辉光放电液相沉积关键技术的研究

论文摘要

随着社会进步和科学技术的发展,气体放电等离子体技术在材料、微电子、化工、机械及环境保护等众多学科领域中发挥着越来越重要的作用。但是,由于真空状态下的气体等离子体放电,存在着操作系统工艺复杂、难以连续化生产、设备造价高等问题。因此,大气压下的辉光放电等离子体技术已逐渐成为研究的热点。虽然,大气压下的辉光放电具有较高的电子能量水平、且不需要真空系统,但是,实际应用还有一些关键技术,如大气压辉光放电液相沉积工艺系统、微观薄膜沉积过程作用机理、等离子体放电电源参数等与改性材料关联问题,有待于进一步研究探讨。本文针对纺织材料表面改性问题,在调查国内外相关研究的基础上,提出了“纺织材料表面改性大气压辉光放电液相沉积关键技术的研究”课题。本论文共分七章,具体研究内容如下:第一章,概论。本章先后论述了课题来源、研究目的和意义,国内外研究现状,关键技术,提出了本学位论文的主要研究内容。第二章,大气压辉光放电液相沉积工艺过程研究。本章通过对等离子体液相沉积工艺过程的研究,围绕着怎样提高液相沉积过程效率问题,设计大气压辉光放电液相沉积工艺实验系统,通过对其作用机理的研究,构建了纺织材料表面改性微观薄膜沉积过程动力学模型。第三章,等离子体液相沉积电压型PWM整流器的研究。本章针对大气压辉光放电电源电网侧功率因数低、谐波污染严重、直流侧电压不稳定及动态响应能力差等问题,从系统功率给定和抑制电流波动目的出发,通过对三相VSR控制系统所涉及到的PWM整流器拓扑结构及原理、PWM整流电路的控制策略、三相静止坐标系到两相旋转坐标系模型转换、三相VSR调制等问题的研究,设计了一种新型的三相电压型PWM整流器,给出了一种新的网侧电感设计方法。第四章,等离子体液相沉积电压型PWM逆变器的研究。本章从介质阻挡大气压辉光放电等效电路出发,针对大气压辉光放电对高频放电电源的要求,选择了串联谐振式电源拓扑结构;通过对其工作模态的分析研究,设计了电压型串联谐振逆变器ZVS控制方式;采取一种动态软开关死区时间控制方法,解决了功率管延迟时间问题,降低了电源功率开关管损耗,及其浪涌电压/浪涌电流;通过对PS-PWM电路的研究,采用对逆变桥桥臂中点直流电压和变压器的初级电流幅值检测,将其转换为单向电压,并通过幅值叠加合成的方式,对PWM移相角进行微调的方法来达到抗偏磁的目的。第五章,等离子体电源装置的试验研究。为了验证对电源的理论研究,本课题研究设计制作一台数字化控制等离子体电源样机。通过实验对相关参数进行了优化,优化后的等离子体电源装置在ZVS控制下,控制脉冲的触发时刻随着负载电流、直流电压和谐振频率的变化而自动动态变化,使开关器件的换流一直能够保持在零电压换流,证明了控制方法的可行性和高效性。第六章,纺织材料APGDLD表面改性实验研究。为了验证模拟研究,通过实验装置对纺织材料表面改性大气压辉光放电液相沉积工艺系统参数进行实验研究,探讨放电功率、频率、处理时间、单体流速、He气流速等对薄膜沉积速率、接触角的影响等。采用本方法,分别在PE纤维、丝织物、棉织物等多种基材上成功地涂覆不同特征单体的膜层。应用此工艺可在基材表面沉积粘合性和耐洗性好的高性能膜层。通过工艺系统的实验研究证明了,APGDLD在大气压下运行,具有装置简单、能耗低、成膜速率快等特点。第七章,结论。对论文的主要研究工作和创新点作了总结,本课题对于大气压辉光放电液相沉积处理纺织材料的表面改性技术的理论和实验研究,为该技术的实际应用奠定了理论和实验基础。并对未来的研究工作进行了展望。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 序言
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 大气压辉光放电
• 1.2.2 大气压辉光放电液相沉积工艺系统
• 1.2.3 微观薄膜沉积过程作用机理
• 1.2.4 等离子体放电电源
• 1.3 本课题主要研究内容及关键技术
• 第2章 大气压辉光放电液相沉积工艺过程研究
• 2.1 引言
• 2.2 APGD装置
• 2.2.1 介质阻挡放电
• 2.2.2 介质阻挡大气压辉光放电
• 2.3 APGDLD装置
• 2.3.1 高频高压电源
• 2.3.2 放电室配置
• 2.3.3 超声雾化系统
• 2.4 APGDLD过程模拟研究
• 2.4.1 大气压辉光放电的产生
• 2.4.2 沉积过程微观分析和数学建模
• 2.5 小结
• 第3章 等离子体液相沉积PWM整流器的研究
• 3.1 引言
• 3.2 PWM整流器拓扑结构分析
• 3.3 三相桥式PWM整流电路dq模型
• 3.4 三相VSR调制及开关矢量作用时间
• 3.5 三相电压型PWM整流器设计
• 3.5.1 PI调节器优化设计
• 3.5.2 软件设计
• 3.5.3 硬件设计
• 3.6 三相VSR仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 等离子体液相沉积PWM逆变器的研究
• 4.1 引言
• 4.2 介质阻挡放电
• 4.2.1 等效电路
• 4.2.2 放电参数的测量
• 4.2.3 介质阻挡放电的特点
• 4.2.4 等离子体负载特性
• 4.3 DBD对高频放电电源的要求
• 4.4 串联谐振式DBD电源拓扑结构选择
• 4.4.1 串联谐振式等离子体逆变放电电源主要控制技术
• 4.4.2 电压型PSPWM谐振逆变器工作状态分析
• 4.5 电压型串联谐振逆变器控制策略
• 4.5.1 自动频率跟踪电路
• 4.5.2 驱动和保护电路
• 4.6 死区时间及其控制
• 4.6.1 最佳死区时间的选择
• 4.6.2 动态死区时间控制
• 4.7 高频高压变压器直流偏磁的抑制
• 4.7.1 桥式逆变电路中引起变压器偏磁的主要原因
• 4.7.2 抑制偏磁的方法及分析
• 4.8 仿真结果与分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 等离子体源的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验样机
• 5.3 电气测试系统
• 5.4 试验样机的控制电路设计
• 5.5 电压型谐振逆变器设计
• 5.6 试验结果
• 5.7 本章小结
• 第6章 纺织材料APGDLD表面改性实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 亲水性涂层
• 6.2.1 实验材料和设备
• 6.2.2 测试仪器
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.4 PE纤维表面分析
• 6.2.5 结果与讨论
• 6.2.6 涂层粘合性能测试
• 6.2.7 引发亲水性单体沉积聚合的时效性
• 6.3 拒水性涂层
• 6.3.1 实验部分
• 6.3.2 结果与讨论
• 6.3.3 沉积聚合的时效性
• 6.3.4 电源性能的影响
• 6.4 蛋白质涂层
• 6.4.1 实验部分
• 6.4.2 结果与讨论
• 6.5 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢