大面积薄膜材料等离子体处理关键技术的研究

论文摘要

低温等离子体表面处理技术作为一种新兴的工艺，逐渐在纺织、印染、粘接、清洗等行业中得到了推广和应用。随着我国科学技术的持续发展，纺织化纤品、高分子塑料、柔性电路板等产业对大面积薄膜材料表面处理提出了更高的要求。然而，从低温等离子体表面处理技术国内外发展现状来看，目前该技术的应用主要停留在实验室研究与小规模生产的范围内。本课题根据用户委托项目“R2R型大面积薄膜材料低温等离子体处理系统”，通过研究，较好的解决了项目中的一些关键技术难题，并最终设计了一台样机，经用户使用，反应其关键技术指标均能较好的满足大面积薄膜材料等离子体处理要求。课题主要研究内容如下：⑴针对大宽幅大卷径薄膜材料的等离子体处理要求，课题首先对处理系统进行了方案设计，通过分析比较和优化设计，确定了大面积薄膜材料等离子体处理系统的整体方案。同时对等离子体的放电系统、真空系统、气路系统、电控系统等进行了设计研究，均采取与优选方案相匹配的方式，较好的保证了系统的稳定可靠。⑵针对大面积薄膜材料等离子体处理均匀性问题，采用放电均匀性较好的管状电极来代替传统的平板电极进行等离子体辉光放电，并利用其作为布气管道。根据流体力学理论，通过对布气系统结构参数的研究，构建了数学模型，并对布气系统结构进行了设计与计算，较好的解决了大面积薄膜材料等离子体处理均匀性问题。为了验证设计的正确性，利用流体分析软件Fluent对其进行了模拟仿真实验。⑶通过对卷绕传送系统张力与速度的研究，构建了大面积薄膜材料等离子体处理传送系统的数学模型，并采取双电机双变频器的闭环矢量工作模式，满足了薄膜的恒张力、恒线速度传送要求。⑷为了验证该技术的可行性和可靠性，设计了一台大面积薄膜材料等离子体处理系统，选用太阳能电池背板用PVDF薄膜、碱性二次电池隔膜用丙纶无纺布对其分别进行低温等离子体表面改性的研究，并重点对处理程度的均匀性进行了较为深入的研究，实验表明本课题所设计研究的大面积薄膜材料等离子体处理系统能够较好的实现表面改性。课题主要创新点：⑴根据实际需求，设计了大面积薄膜材料等离子体处理系统的方案，并对其相关系统进行了设计与研究。⑵采用变孔径布气圆管电极替代平板电极，较好的解决了大面积薄膜材料等离子体处理均匀性问题，并利用流体分析软件Fluent对其进行了模拟仿真。⑶将矢量控制理论引入到低温等离子体处理系统中，实现了薄膜材料的恒张力、恒线速度卷绕传送。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 等离子体处理设备相关现状
• 1.2.2 等离子体处理均匀性相关现状
• 1.2.3 卷绕传送系统相关现状
• 1.3 本课题主要研究工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 方案设计
• 2.1 放电模型的建立
• 2.1.1 等离子体放电类型选择
• 2.1.2 射频电源功率模型
• 2.2 结构方案设计
• 2.2.1 初始方案模型
• 2.2.2 改进方案模型
• 2.2.3 拟定方案模型
• 2.3 其他主要结构的设计
• 2.3.1 真空系统的设计
• 2.3.2 气路系统的设计
• 2.3.3 电控系统的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 数学建模与仿真
• 3.1 研究内容与研究方法
• 3.1.1 研究内容
• 3.1.2 研究方法
• 3.2 数学建模
• 3.2.1 流体基本状态的判定
• 3.2.2 管道流体的基本模型
• 3.2.3 布气模型的建立
• 3.2.4 布气系统尺寸的确定
• 3.3 流体理论与软件简介
• 3.3.1 CFD 基本模型
• 3.3.2 Fluent 软件简介
• 3.3.3 网格的生成
• 3.4 流体仿真
• 3.4.1 流体模型
• 3.4.2 网格划分
• 3.4.3 边界条件确定
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.5.1 等孔径流场分布云图
• 3.5.2 变孔径流场分布云图
• 3.6 本章小结
• 第四章 卷绕传送设计与控制
• 4.1 技术要求和总体方案
• 4.1.1 卷绕传送的技术要求
• 4.1.2 卷绕传送系统的总体方案
• 4.2 弯辊的工作原理与展平能力
• 4.2.1 弯辊的作用机理
• 4.2.2 弯辊的数学模型
• 4.2.3 弯辊对薄膜的扩展量
• 4.3 卷绕传送的控制
• 4.3.1 控制的意义及方法的选择
• 4.3.2 恒张力控制的数学模型
• 4.3.3 恒线速度控制的数学模型
• 4.3.4 控制器件的选择及控制系统的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验研究与验证
• 5.1 实验目的与实验方法
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 PVDF 薄膜的等离子体改性处理
• 5.2.1 PVDF 薄膜改性目的
• 5.2.2 PVDF 薄膜实验工具与测试方法
• 5.2.3 PVDF 薄膜处理结果与分析
• 5.3 丙纶隔膜的等离子体改性处理
• 5.3.1 丙纶隔膜改性目的
• 5.3.2 丙纶隔膜实验工具与测试方法
• 5.3.3 丙纶隔膜处理结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢