一种磁吸附电极等离子体放电的管内壁连续处理装置与方法

本发明涉及大气压等离子体表面处理，具体涉及一种磁吸附电极等离子体放电的管内壁连续处理装置与方法。

背景技术：

1、聚合物管材（如聚丙烯pp管、聚乙烯pe管、聚氯乙烯pvc管、聚碳酸酯pc管及各类医用导管等）因其质轻、耐腐蚀、易加工等优异性能，在现代工业中得到了广泛应用，在医疗器械领域，医用导管、输液管、介入治疗导管等产品对管内壁的亲水性和润滑性有着极高要求——亲水润滑涂层能够显著降低导管表面的摩擦系数，提升器械在体内的操作便捷性和患者舒适度；在工业领域，聚合物管材广泛应用于流体输送、精密仪器、微流控芯片及各类功能性管件中，管内壁的亲水性直接影响液体的流动特性、管壁的抗污性能以及后续涂层的附着效果；在环保水处理领域，聚合物滤膜及管式膜组件的亲水化改性直接关系到膜的抗污染能力和使用寿命。

2、此外，随着低成本塑料和再生塑料在工业中的推广使用，这些材料因表面能低、润湿性差而带来的加工难题日益突出，亲水改性技术正朝着绿色化、精准化方向快速发展，大气压低温等离子体材料表面处理在聚合物材料表面亲水改性、功能化处理方面展现了巨大的应用潜力，然而，现有等离子体处理技术在聚合物管内壁亲水改性的应用中仍存在以下不足：

3、（1）管内壁等离子体处理的均匀性难以保证：细长或小口径管道内部空间狭窄，等离子体难以均匀分布，沿管长方向易产生密度梯度，圆形截面尚难保证，异形管问题更为突出；现有喷枪往返运动方式操作繁琐且周向均匀性难以满足；

4、（2）处理深度有限：改性作用集中于表层，长径比较大的管道中部往往处理不足，整管内壁一致性难以保证；

5、（3）难以连续化生产：现有技术多采用批次式低气压甚至真空处理，效率低且无法与管材挤出等上游工艺在线衔接，制约了工业化大规模应用；

6、（4）工作气体成本高：现有等离子体处理技术多采用氦气、氩气、氮气等特定工作气体，其中氦气等稀有气体成本较高，增加了工业化应用的经济负担；即使采用成本相对较低的氮气等离子体，也面临处理效果不稳定、力学性能易受损等问题，无法在保证处理效果的前提下采用更廉价易得的工作气体（如空气），为此，提出了一种磁吸附电极等离子体放电的管内壁连续处理装置与方法。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种磁吸附电极等离子体放电的管内壁连续处理装置与方法，旨在实现均匀、高效、低成本、可连续生产的管内壁连续亲水改性，有效克服现有技术的诸多缺陷。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种磁吸附电极等离子体放电的管内壁连续处理装置，包括旋转电机、套筒、第一绝缘轴承、吸附磁铁、第二绝缘轴承、聚合物管、高压电极环、吸附电极和低压电极环，所述旋转电机的输出端与套筒固定连接，所述吸附磁铁固定在套筒的外表面，所述第一绝缘轴承和第二绝缘轴承分别设置在吸附磁铁的两侧，所述第一绝缘轴承和第二绝缘轴承套设在套筒的外表面，所述高压电极环和低压电极环设置在第二绝缘轴承远离吸附磁铁的一侧，所述旋转电机、套筒、吸附磁铁、高压电极环和低压电极环的内部均开设有中心孔，所述聚合物管贯穿插设在旋转电机、套筒、吸附磁铁、高压电极环和低压电极环的中心孔内部，所述吸附电极设置在聚合物管的内部，所述吸附电极与吸附磁铁、高压电极环和低压电极环的水平方向上投影交叠，所述聚合物管远离旋转电机的一端连接有水平移动组件，所述水平移动组件用于控制聚合物管水平移动，所述旋转电机、套筒、第一绝缘轴承、第二绝缘轴承、高压电极环和低压电极环底部通过支撑组件支撑固定。

3、优选的，所述吸附磁铁为永磁铁或电磁铁，所述吸附电极采用磁性材料。

4、优选的，所述旋转电机、套筒、第一绝缘轴承、第二绝缘轴承、高压电极环和低压电极环内部的中心孔同轴，所述中心孔的内径较聚合物管的外径大0.4-0.6mm。

5、优选的，所述水平移动组件包括v型夹具、移动平台和驱动电机，所述v型夹具夹设在聚合物管贯穿至低压电极环外侧的一端的外表面上，所述v型夹具底部固定在移动平台的输出端上，所述驱动电机设置在移动平台的侧边，用于驱动移动平台。

6、优选的，所述v型夹具包括夹具底座、固定支架、移动支架、固定夹板和活动夹板，所述夹具底座安装在移动平台的输出端上，所述固定支架固定在夹具底座的顶面，所述移动支架设置在固定支架的侧边，所述移动支架与固定支架之间通过螺栓固定连接，所述固定夹板固定在移动支架的顶面，所述固定夹板和活动夹板的相对侧开设有v型槽，所述固定夹板和活动夹板之间通过螺栓固定连接。

7、优选的，所述高压电极环和低压电极环的水平间距为2-3cm。

8、优选的，所述吸附电极的直径较聚合物管内径小1-1.5mm。

9、优选的，所述支撑组件包括低压环夹具、高压环夹具、第一轴承夹具、第二轴承夹具和电机夹具，所述低压环夹具固定在低压电极环的底部，所述高压环夹具固定在高压电极环的底部，所述第一轴承夹具固定在第一绝缘轴承的底部，所述第二轴承夹具固定在第二绝缘轴承的底部，所述电机夹具固定在旋转电机的底部。

10、本发明还公开了一种磁吸附电极等离子体放电的管内壁连续处理方法，所述处理方法包括以下步骤：

11、d1，先组装聚合物管，然后将高压电极环连接高压电源高压端，低压电极环连接高压电源低压端；并通过气源向聚合物管的内部通入工质气体；打开高压电源后，高压电极环、低压电极环与吸附电极之间的区域形成等离子体；

12、d2，打开旋转电机，旋转电机沿着圆周方向旋转后，通过套筒带动吸附磁铁旋转；吸附磁铁通过磁力带动吸附电极在聚合物管内壁旋转，以此使得产生的等离子体对聚合物管的内壁沿周向均匀处理；

13、d3，吸附电极旋转时，打开驱动电机，驱动电机运行通过移动平台带动v型夹具移动，v型夹具带动聚合物管在水平方向上移动，此时，吸附电极在磁力作用下不会随着聚合物管沿着水平移动，吸附电极在聚合物管内水平方向保持固定，并与高压电极环、低压电极环之间的区域形成等离子体，使得聚合物管的内壁被等离子体沿水平方向均匀处理；

14、d4，持续保持聚合物管沿水平方向移动以及旋转电机沿着圆周方向旋转，可对任意长度的聚合物管内壁实现连续、均匀的等离子体处理，处理完成后，关闭高压电源、气源、驱动电机和旋转电机，取出聚合物管。

15、优选的，所述步骤d1中，组装聚合物管时，先聚合物管插入中心孔内部，再将吸附电极放入聚合物管的内部，并保证吸附电极与吸附磁铁、高压电极环和低压电极环的水平方向上投影交叠，然后将聚合物管另一端插入固定夹板与活动夹板之间的v型槽内，拧动螺栓，带动固定夹板与活动夹板配合夹紧固定聚合物管，然后竖向调整移动支架的位置，使得聚合物管的圆心与中心孔的圆心同轴，再通过螺栓将移动支架与固定支架固定。

16、与现有技术比较本发明的有益效果在于：

17、1、本发明采用外置吸附磁铁与聚合物管内的吸附电极通过磁力吸附固定，以实现吸附电极可周向旋转的同时保持轴向位置固定；同时吸附电极无需任何导线连接，避免了传统电极需接线的复杂性，极大简化了装置结构，降低了装配与操作难度，适用于聚合物管材的内壁连续亲水改性、表面活化和涂层沉积等工业场景，聚合物管材如聚丙烯pp管、聚乙烯pe管、聚氯乙烯pvc管、聚碳酸酯pc管及医用导管等；

18、2、本发明中通过旋转电机带动吸附磁铁转动，进而带动聚合物管内吸附电极同步周向旋转，使吸附电极与聚合物管内壁之间产生周向相对运动，确保管内壁全周向获得均匀的等离子体处理，有效解决了现有技术中管状工件内壁周向处理不均匀的难题；

19、3、本发明可实现任意长度聚合物管的连续、均匀在线处理，突破了传统真空室批次式处理模式的效率限制，满足工业化大规模连续生产需求，且仅需通入廉价易得的空气即可产生稳定大气压空气等离子体，处理成本大幅降低，具有良好的工业经济性；

20、4、本发明可根据待处理聚合物管径的大小灵活更换相应尺寸的电极环和吸附电极，实现不同管径的处理，适用性强，满足多场景应用需求，还可根据管内壁处理需求，灵活变更通入管内的工质气体类型，除了空气之外，还可根据需求通入氮气、惰性气体、功能性前驱体等，以实现不同的管内壁功能化处理需求。