УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ, СОДЕРЖАЩЕЕ ОПТИМИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ С ПОКРЫТИЕМ
DEVICE FOR IMPREGNATION OF A POROUS MEDIUM CONTAINING OPTIMIZED COATED ELECTRODES

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству, предназначенному для пропитки порошком пористой среды путем приложения электрического поля. В частности, оно относится к устройству, позволяющему пропитывать пористую среду, например нетканые или тканые материалы, бумагу или даже пенопласт с открытыми порами.
ОПИСАНИЕ ПРЕДЫДУЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В предыдущем уровне техники известны различные типы способов пропитки порошком пористой среды. Они позволяют среде функционализировать в зависимости от ее использования. Примеры включают пропитку текстиля гидрофобным порошком, что позволяет производить более непроницаемую одежду, или пропитку нетканого прошитого стеклянного мата порошком термосвязующего типа, что способствует сцеплению его армирующих волокон после соответствующей термической обработки мата. Несомненно, технологии пропитки используются во многих других областях техники, таких как автомобилестроение, здравоохранение, охрана окружающей среды и т. п.
В документе WO 99/22920 описан пример устройства для пропитки пористой среды путем приложения переменного электрического поля. Устройство содержит две металлические пластины, расположенные одна напротив другой таким образом, чтобы образовать канал прохождения для пористой среды. Перед прохождением между пластинами вторая пластина предварительно посыпается порошком. С пластинами соединен генератор напряжения, чтобы между упомянутыми пластинами генерировать переменное электрическое поле, позволяющее порошку перемещаться между электродами системы и, по возможности, в среде. Чтобы предотвратить образование электрических дуг между электродами, поверхности расположенных друг к другу сторон пластин закрываются стеклянным экраном. Непосредственно после запуска устройства на экранах было замечено резкое появление точек разрыва, приводящих к их разрушению или пробою диэлектрика. Для предотвращения данного эффекта разрушения в таком случае необходимо относительно часто осуществлять замену стеклянных экранов. При высоком значении амплитуды электрического поля между металлическими пластинами частота замены становится еще выше.
Чтобы замедлить данное явление износа и, следовательно, уменьшить количество операций, производимых с устройством, в документе FR 2933327 предлагается заменить каждую металлическую пластину проводящими полосками, расположенными последовательно и разделенными воздушными ножами. Было замечено, что при одинаковых условиях эксплуатации стеклянные экраны повреждаются медленнее. Такая повышенная устойчивость к износу, по-видимому, связана с меньшей напряженностью электрического поля, создаваемой электрическими дугами на стеклянных экранах. В свою очередь, электрическое поле у поверхностей стеклянных экранов, не закрывающих токопроводящие полоски, менее интенсивно. В результате электрическое поле между стеклянными экранами является неоднородным. В этом случае для компенсации такой неоднородности необходимо увеличить длину электродов и/или уменьшить скорость прохождения пористой среды между стеклянными экранами, чтобы получить пропитку порошком в упомянутой среде, сравнимую с пропиткой, получаемой при тех же условиях с описанным выше устройством.
Некоторые пористые среды имеют критическую электропроводность и/или высокую относительную влажность, например, текстиль с основанием из натуральных или целлюлозных волокон. Поэтому для противодействия ослаблению электрического поля в материалах такого типа они требуют использования электрических полей с более высоким значением амплитуды. Заявитель заметил, что при высокой влажности неоднородность электрического поля между электродами и эффект разрушения упомянутых выше стеклянных экранов в результате будут выше.
Другими словами, оказывается, что повышенная влажность отрицательно влияет на качество и, в частности, на однородность электрического поля между электродами. В этой заявке предлагается устройство для пропитки порошком пористой среды, обладающее лучшей устойчивостью к износу и позволяющее создавать более однородное электрическое поле, способствующее более качественной пропитке порошком пористой среды.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предлагается устройство для пропитки, позволяющее решить вышеупомянутые технические проблемы, когда электрическое поле имеет высокое значение амплитуды, а конкретнее, когда значение этой амплитуды достигает уровня, позволяющего ионизировать воздух или газ, присутствующий между электродами, что визуально проявляется в виде плазмы.
С этой целью устройство содержит приспособление, способное генерировать переменное электрическое поле по всей пористой среде, включающее, по меньшей мере, первый электрод и второй электрод, расположенные по обе стороны от упомянутой среды или направления движения упомянутой среды.
Настоящее изобретение отличается тем, что:
- первый электрод закрыт экраном, контактирующим с электродом, причем упомянутый экран имеет электрическую прочность диэлектрика выше 6 кВ/мм, предпочтительно выше 9 кВ/мм;
12
- второй электрод покрыт прямо или опосредованно защитным слоем, причем упомянутый защитный слой прикреплен к данному второму электроду и имеет удельное поверхностное электрическое сопротивление выше 1 × 10 Ом/ независимо от уровня относительной влажности и, в частности, свыше 70%.
Таким образом, настоящее изобретение состоит в покрытии каждого электрода по меньшей мере одним слоем, имеющим дополнительные свойства. Это сочетание позволяет формировать однородное электрическое поле между электродами, в частности, когда амплитуда электрического поля и/или относительная влажность между электродами имеют высокое значение.
Чтобы получить возможность создания электрического поля с высоким значением амплитуды между электродами, первый электрод закрывается экраном с высокой электрической прочностью диэлектрика, то есть, выше 6 кВ/мм или даже 9 кВ/мм.
Экран, контактирующий с первым электродом, может быть изготовлен из диэлектрического материала, такого как стекло, кварц, окись алюминия, муллиты, стеатит, слюда и т. д.
12
Для улучшения однородности электрического поля между электродами второй электрод покрыт защитным слоем. Нелишне напомнить, что удельное поверхностное электрическое сопротивление представляет собой поверхностное электрическое сопротивление, измеренное между двумя электродами с длиной, равной расстоянию между ними. Поскольку удельное поверхностное электрическое сопротивление представляет собой сопротивление, оно выражается в тех же единицах, что и сопротивление. Однако во избежание путаницы используемой единицей измерения является Ом·см/см или, как в остальной части настоящей заявки, Ом на квадрат или Ом/, памятуя о том, что оно подразумевает сопротивление, измеренное между двумя противоположными сторонами квадрата. Вследствие более высокого удельного поверхностного электрического сопротивления, значение которого больше, чем 1 × 10 Ом/, разность напряжений между электродами может быть воспроизведена более точно, поскольку электрическим зарядам труднее перемещаться по поверхности защитного слоя. Поэтому они распределяются согласно геометрии второго электрода. Таким образом облегчается возможность генерирования однородного электрического поля между первым и вторым электродами, особенно когда электрическое поле имеет высокое значение амплитуды.
12
Ограниченное перемещение электрических зарядов по поверхности защитного слоя наблюдалось, когда последний имел удельное поверхностное электрическое сопротивление более 1 × 10 Ом/. Учитывая, что способность получения однородности электрического поля зависит от удельного поверхностного электрического сопротивления защитного слоя, толщина последнего имеет малое влияние и может варьироваться от нескольких сотых до нескольких миллиметров.
Другим преимуществом, связанным с защитным слоем, является более длительное сохранение целости устройства за счет ограничения перемещения электрических зарядов по поверхности защитного слоя. Следовательно, электрические заряды менее склонны к агрегации и способствованию образования электрических разрядов между упомянутыми электродами. «Электрические разряды» относятся к случайным электрическим разрядам, возникающим между электродами и проявляющимися визуально в виде более интенсивной светящейся нити. Эти электрические разряды имеют недостаток в виде электрического и термического нагружения слоев, покрывающих электроды, путем формирования на их поверхности горячих пятен, способствующих ускоренному износу упомянутых слоев.
Таким образом, защитный слой позволяет создать в устройстве однородное электрическое поле, способствующее образованию однородной плазмы, когда амплитуда электрического поля достаточна для ионизации воздуха между первым и вторым электродами. На присутствие этой плазмы также влияют различные параметры, например, тип газа, его давление, частота и амплитуда электрического поля между электродами.
Заявитель также определил, что поверхностный слой электродов может подвергаться нерегулярному повышению температуры вследствие концентраций зарядов, создаваемых наличием особенностей обрабатываемого материала. Они могут, например, включать вариации толщины или наличие примесей в волокнистом материале, подверженном воздействию электрического поля. Эти повышения температуры могут быть ограничены использованием материалов, в частности, для защитного слоя, имеющих хорошую термическую стойкость, то есть сохраняющих свои структурные и, следовательно, электрические свойства при выходе за пределы температурного порога, обычно около 250 С. Конечно, электрические свойства, в частности, электрическая прочность диэлектрика, типовых слоев должны быть выше предварительно заданного порога 6 кВ/мм.
10
9
По сравнению с устройствами предыдущего уровня техники такая улучшенная однородность электрического поля между электродами позволяет использовать напряжения с более высокими значениями амплитуды, позволяя эффективно осуществлять более быстрые и глубокие пропитки, не вызывая преждевременного износа слоев, покрывающих электроды, а конкретнее, экрана, закрывающего первый электрод. Действительно, в устройствах, известных из предыдущего уровня техники, в которых электроды покрыты такими материалами, как стекло или даже керамика, известно, что когда уровень относительной влажности превышает 70 % или 80 %, удельное поверхностное электрическое сопротивление падает ниже 10 Ом/ или даже 10 Ом/.
Защитный слой может быть образован из полимерных материалов, например, материала, принадлежащего семейству полиимидов, полиэфиркетонов, силиконов или фторполимеров. Эти материалы могут использоваться по отдельности, в смесях или быть армированными и могут иметь форму ранее существовавшей пленки или быть нанесенными на второй электрод.
Величина напряженности электрического поля между первым и вторым электродами может составлять от 0,1 до 50 кВ/мм, предпочтительно от 0,5 до 30 кВ/мм. В этом диапазоне значений частота электрического поля может составлять от 1 до 1000 Гц, предпочтительно от 10 до 300 Гц.
При необходимости, чтобы усилить однородность характера электрического поля между первым и вторым электродами, можно рассмотреть покрытие экрана, контактирующего с первым электродом, защитным слоем, как описано выше. Другими словами, экран может быть покрыт защитным слоем таким образом, что противоположные поверхности экрана будут контактировать с электродом и защитным слоем. Поэтому первый электрод может быть покрыт несколькими слоями, содержащими экран и защитный слой.
Согласно одному альтернативному варианту осуществления изобретения, чтобы увеличить электрическую прочность диэлектрика второго электрода и, таким образом, обеспечить возможность увеличения значения амплитуды электрического поля между упомянутыми электродами за счет лучшей электрической изоляции, можно рассмотреть возможность введения экрана, как описано выше, между вторым электродом и защитным слоем. Другими словами, второй электрод может быть покрыт несколькими слоями, содержащими экран и защитный слой, чтобы сформировать компактный узел, не имеющий воздушного ножа, внутри которого вследствие остаточной влажности может образовываться высокоионная среда, сравнимая с плазмой.
Аналогично, чтобы улучшить однородность электрического поля между электродами, защитный слой, как описано выше, может покрывать экраны, контактирующие с первым и вторым электродами. Другими словами, первый и второй электроды, как описано выше, могут быть покрыты одними и теми же несколькими слоями и образовать два набора слоев, механически скрепленных друг с другом и не имеющих воздушного ножа, чтобы сформировать непрерывную среду, не имеющую воздушного ножа, что исключает возможность появления эффекта ионизации газа внутри самого набора слоев.
При необходимости описанное выше устройство для пропитки может содержать специальное приспособление, позволяющее снизить уровень влажности между первым и вторым электродами. Улучшение однородности электрического поля преимущественно можно увидеть, когда уровень влажности в устройстве снижается. Это улучшение заметно при относительной влажности ниже 60 % и становится значительным при относительной влажности ниже 50 %. Например, было обнаружено, что однородная плазма, получаемая при уровне 45% относительной влажности в устройстве согласно предыдущему уровню техники, может быть получена при уровне 65% относительной влажности в устройстве согласно настоящему изобретению. Защитный слой эффективно позволяет устанавливать однородное и стабильное электрическое поле между первым и вторым электродами, даже когда уровень относительной влажности в устройстве превышает или равен 60 %. Однако, следует отметить, что устройства должны правильно функционировать при повышенной влажности в зависимости от своего географического местоположения и изменений погодных условий.
На практике измерение уровня относительной влажности предпочтительно проводят после определенного периода времени, позволяющего электродам достичь стабильной температуры, а для окружающей среды, находящейся между электродами, - находиться в стабильном состоянии по отношению к параметрам температуры и давления.
Устройство может содержать приспособление для приведения в движение пористой среды, позволяющее упомянутой среде проходить между электродами устройства. Наличие защитного слоя на электроде устройства позволяет генерировать более однородное электрическое поле между электродами при увеличении амплитуды электрического поля. В результате время присутствия пористой среды в устройстве можно уменьшить без ухудшения однородности ее пропитки, увеличив значение амплитуды электрического поля. Таким образом, значения времени обработки пористой среды для пропитки, например, гигиенической бумаги или нетканых материалов, могут быть уменьшены до нескольких десятков секунд, тогда как в настоящее время они составляют несколько секунд. В результате скорость перемещения пористой среды в устройстве согласно настоящему изобретению может быть выше, чем в устройстве согласно предыдущему уровню техники для идентичной или аналогичной пропитки пористой среды.
При необходимости устройство может содержать приспособление для предварительной обработки пористой среды перед ее введением между первым и вторым электродами таким образом, чтобы упомянутая среда обладала повышенным удельным электрическим сопротивлением. С этой целью приспособление для предварительной обработки может включать в себя приспособление для сушки и/или приспособление для нагрева, позволяющее обрабатывать пористую среду перед ее введением в устройство, путем содействия уменьшению и/или испарению остаточной влажности, присутствующей в упомянутой среде. Например, сушка гидрофильного волокна, такого как хлопок, позволяет увеличить его удельное электрическое сопротивление и, следовательно, ограничить риски образования электрических разрядов между электродами, когда оно пропитывается полипропиленовым порошком. Аналогичным образом, прохождение мата, изготовленного из полиэфирных волокон, в корпусе с контролируемым микроклиматом с относительной влажностью ниже 40 % позволяет увеличить его удельное электрическое сопротивление, что позволяет улучшить качество и скорость пропитки мата, например, эпоксидным порошком.
Как правило, устройство содержит приспособление для нанесения порошка, которое позволяет наносить упомянутый порошок на пористую среду перед ее прохождением между первым и вторым электродами устройства. Приспособление для нанесения предпочтительно располагается между вышеупомянутым приспособлением для предварительной обработки и электродами. Тем не менее, конфигурацию настоящего изобретения можно также использовать, когда порошок предварительно наносится на поверхность среды до приспособления для предварительной обработки.
Данная заявка также относится к способу пропитки пористой среды с использованием описанного выше устройства, который может включать предварительный этап сушки упомянутой среды путем воздушной сушки или термической сушки перед приложением переменного электрического поля по всей пористой среде. Данный этап предпочтительно включает:
- нагревание, если среда содержит гидрофильные волокна, такие как натуральные или целлюлозные волокна;
- воздушную сушку, если среда содержит гидрофобные волокна, например, синтетические волокна, покрытые влагочувствительным антистатическим аэрозолем.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Настоящее изобретение будет лучше понято после прочтения нижеследующего описания, приведенного исключительно в качестве иллюстративного и неограничивающего примера и с учетом прилагаемых чертежей, на которых те же ссылки обозначают идентичные или подобные элементы, и где:
- фиг. 1А представляет собой схему продольного разреза одного примерного варианта осуществления устройства для пропитки согласно изобретению;
- фиг. 1В представляет собой схему продольного разреза другого примерного варианта осуществления устройства для пропитки согласно изобретению;
- фиг. 1С представляет собой схему продольного разреза другого примерного варианта осуществления устройства для пропитки согласно изобретению;
- фиг. 1D представляет собой схему продольного разреза другого примерного варианта осуществления устройства для пропитки согласно изобретению;
- на фиг. 2 показано изменение температуры компонентов, контактирующих с электродами устройства, как функция времени согласно предыдущему уровню техники, и электродов устройства, изображенного на фиг. 1;
- на фиг. 3 показан альтернативный вариант осуществления устройства, изображенного на фиг. 1A;
- на фиг. 4 показан альтернативный вариант осуществления устройства, изображенного на фиг. 3;
- фиг. 5A и 5B представляют собой схемы продольного разреза устройства, генерирующего плазму, на которых изображено распределение плазмы между электродами согласно предыдущему уровню техники и согласно одному варианту осуществления изобретения соответственно;
- на фиг. 6 показан альтернативный вариант осуществления устройства, изображенного на фиг. 4;
- фиг. 7A и 8А представляют собой схемы продольного разреза устройства согласно изобретению, генерирующего плазму, на которых показано распределение плазмы между электродами как функция уровня относительной влажности пористой среды, находящейся между упомянутыми электродами;
- фиг. 7В и 8В представляют собой виды сверху пористых сред, изображенных на фиг. 7А и 8А соответственно, после того, как они совершили перемещение между электродами и были пропитаны порошком.
ПРИМЕРЫ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Напомним, что в этой заявке предлагается устройство для пропитки порошком пористой среды, обладающее лучшей устойчивостью к износу и позволяющее создавать более однородное электрическое поле, способствующее более качественной пропитке порошком пористой среды.
На фиг. 1А схематически показан один вариант осуществления устройства 2 для пропитки согласно изобретению. Согласно данному примеру устройство включает два электрода 4A и 4B, обращенных друг к другу и практически параллельных друг другу. Первый электрод 4А имеет контакт с экраном 8А, который характеризуется электрической прочностью диэлектрика более 6 кВ/мм.
Экран 8А позволяет электрически изолировать электроды друг от друга. Толщина D8 экрана может быть подобрана для поддержки электрода 4А. С этой целью его толщина может составлять от 1 до 20 мм. В данном случае экран 8А представляет собой кварцевую пластину, толщина которой равна 5 мм.
12
Второй электрод 4В устройства покрыт защитным слоем 10В, характеризующимся удельным поверхностным электрическим сопротивлением больше 1×10 Ом/. Удельное поверхностное электрическое сопротивление или удельное поверхностное сопротивление характеризует способность материала замедлять циркуляцию тока на его поверхности при наличии разницы в напряжении. Удельное поверхностное электрическое сопротивление измеряется согласно стандарту “ASTM D 257-99” с использованием концентрических электродов, описанных на фиг. 4 стандарта. Величина удельного поверхностного электрического сопротивления выражается в Омах или Ом/, чтобы указать, связана ли она с удельным поверхностным сопротивлением. Другими словами, поверхность, имеющая высокое удельное поверхностное сопротивление, характеризуется низкой подвижностью электронов на ее поверхности.
Следовательно, защитный слой 10В, контактирующий со вторым электродом 4В, позволяет эффективно ограничивать перемещение электрических зарядов по его поверхности так, чтобы локально предотвратить концентрации зарядов, которые могли бы образовывать пятна с высоким напряжением, способствующие установлению электрических разрядов между электродами 4А и 4В. В результате электрическим зарядам, присутствующим на его поверхности, очень тяжело объединяться в локальные пятна с высоким напряжением относительно электрических зарядов, присутствующих на поверхности, например, кварцевого экрана.
Толщина D10 защитного слоя 10B может составлять от нескольких сотых до нескольких миллиметров. Согласно данному примеру защитный слой изготовлен из силикона, толщина которого равна примерно 1 мм.
Электроды 4А и 4В расположены таким образом, чтобы образовать канал 14 прохождения для пористой среды 16. Устройство может содержать регулируемое приспособление реечного или другого типа (не показано на чертежах), позволяющее управлять расстоянием D14, разделяющим защитные слои. Это расстояние может составлять от 1 до 50 мм. В рассматриваемом здесь примере расстояние D14 равно 15 мм.
Электроды 4А и 4В предпочтительно являются однородными проводящими пластинами, что способствует установлению между ними однородного электрического поля. Эти проводящие электроды могут быть изготовлены, например, из медных или алюминиевых пластин, материалов с металлизированной в вакууме поверхностью, с покрытием из серебристого лака или из любых других соответствующих проводников.
Настоящее изобретение не ограничено конкретной формой и расположением электродов. Электроды могут быть цельными или сетчатыми и иметь множество форм, например, быть вогнутыми, выпуклыми или трубчатыми, и при необходимости содержать несколько проводящих элементов, соединенных друг с другом. Например, изобретение может содержать дискретные электроды, состоящие из ряда проводящих полос, как описано в документе FR 2933327 на страницах 5 и 6.
12
12
Согласно другому варианту осуществления изобретения, не показанному в графических материалах, первый электрод и/или второй электрод могут быть заменены рядом трубчатых электродов с различными секциями, что позволит приложить электрическое поле по всей пористой среде, проходящей между упомянутыми электродами. В этом случае первый ряд электродов может быть закрыт экраном с диэлектрической прочностью более 6 кВ/мм, а второй ряд электродов может быть покрыт защитным слоем, имеющим удельное поверхностное электрическое сопротивление более 1×10 Ом/. Как и на фиг. 1A –1D, первый ряд электродов может при необходимости в дополнение к своему экрану содержать защитный слой, имеющий удельное поверхностное электрическое сопротивление более 1×10 Ом/, а второй ряд электродов может содержать экран, вставленный между электродами и защитным слоем, имеющий электрическую прочность диэлектрика более 6 кВ/мм. Первый и второй ряды электродов можно поменять местами.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, не показанному в графических материалах, первый электрод 4А может быть цилиндрическим и поворачиваться вокруг своей оси вращения, второй электрод 4В может состоять из нескольких трубчатых электродов, содержащих стеклянный экран с прямоугольным сечением, металлизированный внутри, и расположенный напротив первого электрода 4А. Цилиндр, придающий форму первому электроду 4А, покрыт слоем силикона, служащим в качестве защитного слоя 10А. Защитный слой и/или стеклянный экран на своей поверхности могут иметь неровности или рельеф для того, чтобы временно хранить порошок до высвобождения упомянутого порошка в пространство, образованное между первым и вторым электродами 4А и 4В.
Для обеспечения генерирования электрического поля Е между электродами, они соединены с одним и тем же генератором 6 переменного напряжения, способным вырабатывать напряжение от 1 до 100 кВ с частотой от 1 до 1000 Гц.
На фиг. 1В показан другой вариант осуществления устройства 2’ для пропитки согласно изобретению, включающий два электрода 4A’ и 4B’, обращенных друг к другу и, по существу, параллельных друг другу. Первый электрод 4A’ контактирует с экраном 8A’, обладающим характеристиками, аналогичными описанному выше экрану 8А. Второй электрод 4B’ и экран 8A’ покрыты защитным слоем 10B’ и защитным слоем 10A’ соответственно. Защитные слои подобны защитному слою 10B. Предпочтительно защитный слой наносится на каждый электрод для усиления однородности электрического поля, генерируемого между упомянутыми электродами.
На фиг. 1С показан другой вариант осуществления устройства 2’’ для пропитки согласно изобретению, включающий два электрода 4A’’ и 4B’’, обращенных друг к другу и практически параллельных друг другу. Первый электрод 4A’’ и второй электрод 4B’’ находятся в контакте с экраном 8A’’ и 8B’’ соответственно, обладающим характеристиками, подобными описанному выше экрану 8А. Экран 8B’’, контактирующий со вторым электродом 4B’’, покрыт защитным слоем 10B’’, аналогичным защитному слою 10В. Преимущественно экраны 8A’’ и 8B’’, контактирующие с каждым электродом, позволяют генерировать между упомянутыми электродами электрическое поле с амплитудой, большей по отношению к устройству 2’ для пропитки, показанному на фиг. 1В.
На фиг. 1D показан другой вариант осуществления устройства 2’’’ для пропитки согласно изобретению, включающий два электрода 4A’’’ и 4B’’’, обращенных друг к другу и практически параллельных друг другу. Каждый электрод контактирует с экраном 8A’’’ и 8B’’’, экраны покрыты защитным слоем 10A’’’ и 10B’’’ соответственно. Экраны и защитные слои имеют характеристики, аналогичные описанным выше. Согласно данному примерному варианту осуществления изобретения каждый электрод контактирует с экраном таким образом, чтобы улучшить электрическую изоляцию между упомянутыми электродами, что позволяет увеличить амплитуду электрического поля между электродами. Каждый из этих двух экранов покрыт защитным слоем 10A’’’ и 10B’’’, что позволяет обеспечить однородность электрического поля между электродами 4A’’’ и 4B’’’.
Пористая среда 16, проходящая между электродами, формирующими описанные выше устройства, может представлять собой, например, массив из синтетических и/или натуральных волокон, нетканый или тканый материал, бумагу или даже пенопласт с открытыми порами. Пористой средой может быть, например, прошитый стеклянный мат, состоящий из полиэфира или натуральных волокон, таких как хлопок, пенька, шерсть и т. п.
Порошок 17, пропитывающий пористую среду 16, может представлять собой порошок термопластического или термореактивного типа, такой как полиамидный порошок или эпоксидный порошок. Термин «порошок» может обозначать смесь порошков разного типа и с различным размером частиц.
Фиг. 2 иллюстрирует преимущество, связанное с использованием описанных выше защитных слоев в устройстве для пропитки. А конкретнее, на фиг. 2 показаны кривые изменения температуры, измеренные на экранах устройства согласно предыдущему уровню техники, в котором отсутствуют защитные слои, и устройству согласно изобретению, показанному на фиг. 1D. Разумеется, измерения температуры производятся при аналогичных условиях эксплуатации и аналогичных компоновках для обоих типов устройств. А конкретнее, области стекла, контактирующие с электродами, имеют толщину 3 мм и разнесены на расстояние 20 мм. Между электродами прикладывается напряжение 45 кВ с частотой 50 Гц. На фиг. 2 показано резкое увеличение температуры стеклянных экранов после 15 минут использования устройства до значения выше 90°C, при которой наблюдается разрушение упомянутых экранов, когда они не покрыты защитными слоями, как описано выше (кривая 1). И наоборот, когда стеклянные экраны 8A’’’ и 8B’’’ покрыты защитным слоем 10A’’’ и 10B’’’ соответственно, температура стеклянных экранов не превышает 60°С (кривая 2) и между электродами 4A’’’ и 4B’’’ не наблюдается электрического разряда. Таким образом, защитные слои позволяют ограничить риск разрушения устройства с течением времени. А конкретнее, чем больше удельное сопротивление защитных слоев, тем ниже этот риск, так что устройство согласно изобретению имеет лучшую устойчивость к износу.
Другим преимуществом, связанным с удельным поверхностным электрическим сопротивлением защитных слоев, является возможность установления более однородного электрического поля Е в канале 14 прохождения, образованном между первым и вторым электродами устройства. В действительности электрическое поле более верно соответствует расположению электродов, так как электрические заряды, создаваемые электродами, лишь незначительно перемещаются по поверхности защитного слоя (слоев). Таким образом, распределение зарядов, сгенерированных, например, на поверхности электрода 4В на фиг. 1А, по существу, является аналогичным распределению у поверхности защитного слоя 10В, образующего канал 14 прохождения. Таким образом можно лучше контролировать пропитку пористого материала.
Как показано на фиг. 5В, между первым и вторым электродами генерируется электрическое поле напряженностью 4 кВ/мм, являющееся более однородным в конфигурации, относящейся к фиг. 1С, по сравнению с конфигурацией предыдущего уровня техники, в которой электроды покрыты только экраном из диэлектрика в виде стеклянного слоя, как показано на фиг. 5А. Фактически можно видеть, что между электродами образуется меньше электрических разрядов, сформированных легкими вертикальными полосками, изображенными на фиг. 5В, которые соответствуют конфигурации изобретения, относящейся к фиг. 5А, иллюстрирующей предыдущий уровень техники. Фиг. 5A и 5B были выполнены для конфигураций со следующими параметрами:
- электроды 4A, 4B из металла толщиной 5 мм;
- слой 8A, 8B экрана из диэлектрика изготовлен из стекла толщиной 5 мм;
- защитный слой 10B изготовлен из политетрафторэтилена (PTFE) толщиной 2 мм (представлен только на фиг. 5B);
- воздушный нож 14 между обращенными друг к другу электродами: 10 мм;
- электрическое поле, приложенное между электродами: ~4 кВ/мм переменного тока, синусоидального при 50 Гц;
- относительная влажность окружающей среды: 75%;
- температура помещения: 19°C.
Согласно одному альтернативному варианту устройства 2 для пропитки, как показано на фиг. 1А, устройство может содержать приводное приспособление 18 для приведения в движение пористой среды 16, как показано на фиг. 3. Например, данное приспособление может содержать ленточный конвейер, на который может быть помещена пористая среда таким образом, чтобы позволить упомянутой среде перемещаться между электродами в направлении продвижения F. Приводное приспособление может, например, перемещать пористую среду со скоростью от 20 до 500 м/мин, превосходящую скорость пропитки из предыдущего уровня техники.
Согласно альтернативному варианту устройства, показанного на фиг. 3, устройство для пропитки может включать, как показано на фиг. 4, специальное приспособление 20 типа камеры удержания, известное из предыдущего уровня техники, позволяющее контролировать характеристики газа, находящегося в канале 14 прохождения. Специальное приспособление может, например, контролировать уровень относительной влажности и удерживать его между 30% и 60%, предпочтительно между 30% и 50%.
−7
−7
−3
−3
Состав газа в канале 14 прохождения также может контролироваться специальным приспособлением 20 и, например, содержать один из следующих газов: аргон, азот, кислород. Также упомянутым специальным приспособлением давление газа может устанавливаться в диапазоне значений между 10 и 1000 гПа (10 и 1000 мбар), предпочтительно между 10 и 1000 гПа (10 и 1000 мбар).
Следует также отметить, что в зависимости от амплитуды и времени приложения электрического поля и газа, присутствующего в канале 14 прохождения, наличие плазмы может приводить к изменениям поверхностного натяжения материалов, присутствующих между первым и вторым электродами (физико-химическое изменение материалов). Такое изменение поверхностных натяжений может, например, создавать условия для увеличения гидрофильных или гидрофобных свойств материала.
9
Согласно одному альтернативному варианту устройства, показанному на фиг. 6, устройство 2 для пропитки может содержать приспособление 22 для предварительной обработки, позволяющее подготавливать пористую среду 16 перед ее пропиткой. Приспособление для предварительной обработки может подготавливать пористую среду, чтобы управлять величиной ее объемного удельного сопротивления при значении выше 10 Ом·см, что способствует установлению однородного электрического поля между электродами. Например, приспособление для предварительной обработки может предварительно нагревать пористую среду, чтобы снизить ее уровень влажности, и/или раздувать сухой воздух по всей пористой среде. Также можно рассмотреть нагрев электродов, чтобы повысить значение удельного поверхностного электрического сопротивления.
Устройство для пропитки может содержать приспособление 24 для нанесения порошка, которое позволяет наносить порошок 17 на пористую среду 16 перед ее прохождением между первым и вторым электродами 4А и 4В. Приспособление для нанесения предпочтительно располагается между вышеупомянутым приспособлением для предварительной обработки и электродами.
Данная заявка также относится к способу пропитки пористой среды порошком, состоящему в приложении электрического поля с напряженностью от 0,1 до 50 кВ/мм к пористой среде 16, покрытой порошком 17.
Пористая среда 16 может представлять собой волокнистую структуру, например нетканый или тканый материал, бумагу или пенопласт с открытыми порами.
Порошок может включать различные компоненты с точки зрения химического состава или размера частиц, а также добавки или другие дополнительные соединения, предназначенные для придания порошку специфических свойств.
9
9
Способ пропитки может содержать подготовительную стадию предварительной обработки пористой среды 16 путем нагрева или сушки с помощью обдува среды сухим воздухом, что позволяет ограничить затухание электрического поля, проходящего через упомянутую среду. Данный этап может состоять в понижении уровня влажности среды, когда известно, что один из этих компонентов имеет определенный уровень абсорбции влаги, например, натуральные, полиамидные или покрытые влагочувствительными антистатическими аэрозолями волокна. Данный этап нагрева и/или сушки преимущественно позволяет увеличить объемное удельное сопротивление пористой среды для того, чтобы по возможности минимально нарушить электрическое поле, что способствует однородности пропитки порошком пористой среды. Например, чтобы увеличить объемное удельное сопротивление натуральных волокон, образующих среду, до значения выше 10 Ом·см, среду можно предварительно высушить. В том случае, когда среда включает синтетические волокна, предварительно покрытые аэрозолем, имеющим антистатические свойства при наличии влаги в воздухе, предварительная обработка сухим воздухом позволяет увеличить ее объемное сопротивление выше 1×10 Ом·см.
На фиг. 7А и 8А соответственно показано распределение электрического поля, охватывающего пористую среду 16 с уровнем относительной влажности около 70% при 20°С, и аналогичную среду, доведенную до кондиции таким образом, чтобы уровень ее относительной влажности был равен 32% при 21°С. На фиг. 8А показано более однородное по сравнению с фиг. 7А распределение электрического поля вокруг среды, предварительно доведенной до кондиции. Как показано на фиг. 7B и 8B, иллюстрирующих распределение порошка над средой по фиг.7A и 8A соответственно, порошок пропитывает среду 16 более однородно при уменьшении ее уровня влажности.
Разумеется, описанные здесь способы пропитки могут быть реализованы с помощью одного или нескольких устройств 2, 2’, 2’’, 2’’’ для пропитки, описанных выше.
В заключение в данной заявке предлагается устройство для пропитки пористой среды с использованием электрического поля. Устройство преимущественно содержит один или два защитных слоя, а также один или два диэлектрических экрана, защищающих электроды устройства. Защитные слои ограничивают движение электрических зарядов по своей поверхности, что позволяет точно контролировать распределение электрического поля между упомянутыми слоями в пространстве и времени. В результате ограничиваются ухудшающие устройство электрические явления, такие как образование электрических разрядов между электродами. Таким образом, устройство лучше сохраняет свои свойства с течением времени. Настоящее изобретение также позволяет сформировать более однородное электрическое поле между электродами, что способствует более качественной пропитке покрываемой порошком пористой среды, проходящей между упомянутыми электродами.