[Из песочницы] Плазмохимический реактор атмосферного давления для модификации полимерных рулонных материалов

Приветствую тебя, дорогой читатель! Сегодня хотелось бы рассказать об одном из применений низкотемпературной плазмы атмосферного давления. В сети Интернет сейчас много информации о том, как получить высокое напряжение способное пробить разряд достаточной мощности. Многие любители получают красивые разряды типа дуги стримеров, короны и т.д. из катушек Тесла, трансформаторов строчной развертки телевизоров и микроволновой печи.

Помимо красоты, плазма газового разряда может весьма широко использоваться в различных отраслях в качестве инструмента модификации, активации, очистки. Одна из традиционных областей применения — это легкая промышленность, где плазма пониженного или атмосферного давления используется для обработки полимерных пленок с целью подготовки её под окраску, лакировку, склеивание изделий и тому подобному. Т.е. по сути цель воздействия плазмы здесь — это увеличение поверхностной энергии материала. Придание же поверхности специфических свойств, например формирование максимального количество определенного типа двойных связей при отсутствии связей другого типа является задачей нетривиальной в следствии высокой химической активности неравновесной газоразрядной плазмы.

В последнее время область применения полимерных материалов существенно расширилась. Кроме традиционного, сравнительно примитивного применения в качестве упаковочных, электроизоляционных, текстильных материалов их, в частности полимеры, используют при изготовлении обменных мембран, волокон. Появилось большое количество полимеров медицинского назначения — к ним предъявляется ряд специфических требований, удовлетворить которые зачастую возможно лишь прививкой на поверхность различных лекарственных препаратов, для чего поверхность должна быть однородно и однотипно активирована. Т.е. возникла идея, озвученная в предыдущем абзаце – придание поверхности специфических свойств.

Ввиду того, что интересы, в том числе и научные, связаны с низкотемпературной плазмой, было прочитано ряд работ, в которых показана возможность применения для модификации полимерных материалов так называемых плазменно-растворных систем. Простейшая система представляет собой металлический и жидкий электроды, между которыми горит газовый разряд, причем модифицируемый материал находится в растворе. В такой системе активность плазмы может сочетаться с направленностью и избирательностью процессов, протекающих в растворе под ее воздействием.

Таким образом, плазменно-растворные системы могут оказаться перспективным направлением развития и совершенствования методов селективного придания полимерным материалам определенных свойств. Для этого была придумана нижеописанная установка:

Установка представляет собой ячейку с раствором, через которую проходит полимерная пленка, протягиваемая электромеханическим приводом.

Поверхность раствора в ячейке сканируется разрядом в обратно поступательном движении с остановками для протяжки пленки. Таким образом, у нас получился двух — координатный станок с чпу.

Прототип был выполнен из приводов двух игрушечных машинок, куска органического стекла и нескольких полупроводниковых приборов. Так как, по-моему с текстом я уже перебрал, то приведу для наглядности видео ролики:

Далее заменили систему сканирования на привод от CD-ROM для того чтобы избавиться от ИК датчиков, так же заменили систему протяжки пленки на механизм прогонки бумаги через принтер. Так как приводы на основе шаговых двигателей то пришлось немного изменить электрическую часть…

Электрическая часть состоит из платы с микроконтроллером AVR ATmega8 и двух драйверов двигателей L293d и l298N.

В процессе работы от разряда, раствор в ячейке грелся и пришлось дополнительно изготовить ячейку большего объема. Для обмена жидкостями между ними применили два насоса омывателя автомобиля ваз.

Дальнейшая работа усложнилась в связи с отсутствием органов управления, так как каждый раз перепрошивать микроконтроллер уже изрядно надоело. В итоге переделалась почти вся установка: поместили все в отдельный корпус, заменил мк на мегу16 добавил LCD и несколько кнопок — получился пульт, для управления скоростями и расстояниями:

На этом, установку оставили в покое, было поставлено много экспериментов, выявлены оптимальные режимы работы, для разных растворов и вкладываемой в разряд мощности. На всех роликах в качестве рабочего раствора используется обыкновенная дистиллированная вода. Эксперименты проводились с разными растворами, о результатах по объективным причинам пока сказать не могу. На установку был получен патент.

Для этого ресурса статью пишу впервые, и еще не со всем разобрался особенно с оформлением. По содержанию пишите в комментариях.

Спасибо за внимание!