Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




20.11.2017


20.11.2017


20.11.2017


17.11.2017


17.11.2017


16.11.2017


16.11.2017


16.11.2017


14.11.2017


14.11.2017





Яндекс.Метрика
         » » Эффекты от воздействия высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел

Эффекты от воздействия высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел

29.03.2016

Последствия от обработки высоковольтным коронным разрядом зависят как от указанных выше типов и режимов коронного разряда, так и от поверхностных и объемных свойств объектов обработки и условий последней.
Воздействие высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел сопровождается рядом эффектов, к основным из которых следует отнести: электростатические, механические, химические.
Электростатические эффекты. Малая поверхностная проводимость твердых диэлектриков мешает стеканию зарядов с их поверхности. За исключением некоторых частных случаев, например электрокопирования, когда нанесение на соответствующую диэлектрическую подложку электрического заряда является основой процесса, явления накопления зарядов, способных препятствовать разряду, можно избежать. На практике, когда образцы диэлектриков перемещают в зоне разряда или когда используют для питания переменное напряжение, это явление не возникает.
Заряды не только перемещаются по поверхности. Трудноудалимая часть из них проникает затем внутрь вещества, оседает там и создает в поверхностных слоях поле, ориентирующее диполи. Течение зарядов в пористых диэлектриках (или в сыпучих материалах, находящихся в статическом состоянии при обработке) имеет некоторую особенность. Здесь существует два вида проводимости: поверхностная - вдоль пор (медленный процесс, длящийся около секунды и более) и пробой газового промежутка, образуемого порами, через толщу вещества. Это происходит тогда, когда поле, созданное накопленными зарядами, достигнет достаточной величины. Второй процесс быстрый и протекает за 10в-8 с.
Механические эффекты. После того как вещество поместить на некоторое время в область коронного разряда, на его поверхности можно наблюдать вздутия, деформирующиеся при их облучении пучком электронов. Это означает, что происходит локальное отслаивание поверхности материала или даже образование трещин. Подобные явления наблюдаются как на металлических поверхностях, так и на поверхностях диэлектриков (на эпоксидных смолах, в листках полибензола).
В образовании и развитии этих дефектов могут, вероятно, участвовать различные механизмы:
- уменьшение плотности поверхностного слоя вещества, ведущее к растяжению поверхностной зоны;
- накопление зарядов, инвестированных в виде молекулярных ионов (N2+, O2+, O2-, O3-), и последующее образование газовых полостей внутри материала, находящихся при повышенном давлении;
- локальное накопление зарядов на поверхности, вызывающее перфорацию поверхностного изолирующего слоя металла микропробоями.
Рассеиваемая на поверхности энергия этих микропробоев, а также энергия, доставляемая на поверхность вещества в потенциальной форме в виде нейтрализации заряженных частиц, возбужденных атомов и молекул газа или гетерогенной рекомбинацией атомов газа, заставляет колебаться атомы и молекулы поверхностного слоя вещества, разрывает связи в твердом теле, перемещает его частицы, которые перегруппировываются в новое равновесное состояние. Следует отметить, что сформировавшиеся таким образом микронеровности на поверхности вещества могут привести к локальному увеличению электрического поля и, фокусируя линии тока, повлиять на диэлектрическую прочность газовой среды.
Если только что описанные явления происходят на некотором участке обрабатываемой поверхности, то явление распыления, производимого столкновениями положительных стримеров с поверхностью, может сопровождаться некоторыми видами весьма локализованных эффектов, например нагревом, пренебрежимо малым для металлических поверхностей, но могущим стать значительным для поверхностей диэлектриков. Расчет, проведенный в предположении, что кинетическая энергия попадающих на поверхность ионов целиком переходит в тепло, показал, что локальное повышение температуры для поверхности полипропилена временами может достигать нескольких сотен градусов. Образование кратеров можно объяснить совместным действием локализованного нагрева, распыления и электростатических сил.
Химические аспекты. Образование разрядом высокоактивных химических соединений, присутствие кислорода в большинстве обрабатываемых материалов и энергия, доставляемая различными вышерассмотренными механизмами, - все это способствует течению на поверхности химических реакций, которые практически сводятся к реакциям окисления. На поверхностях полимеров можно обнаружить образование главным образом трех функциональных групп: карбонильной -C=O, гидроксильной -ОН и гидроперекисной -ООН.
На течение этих реакций и процессов после действия высоковольтной обработки коронным разрядом существенное влияние оказывает тип газовой среды, в которой осуществляется разряд (рис. 3.13).
Эффекты от воздействия высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел

Следует отметить, что роль в активационных процессах каждого из вышеописанных эффектов в отдельности, сопровождающих высоковольтный коронный разряд, и до настоящего времени остается дискуссионным вопросом. Однако совокупность физико-химических превращений приводит к благоприятным изменениям некоторых поверхностных свойств, в том числе к возможности регулирования кислотно-основных свойств обрабатываемой высоковольтным коронным разрядом поверхности. Эти изменения сводятся в целом к увеличению адгезионной способности поверхностей в широком смысле этого понятия.
Одним из наиболее чувствительных парам реакционной способности твердого вещества в тех или иных взаимодействиях с окружающей средой являются кислотно-основные свойства поверхности.
Направленные изменения кислотно-основных свойств поверхности дают возможность прогнозирования требуемых свойств веществ для рационального использования их в технологических процессах получения строительных материалов заданного качества.
Достаточно широкий спектр изменения парам и режимов высоковольтной обработки коронным разрядом поверхностей различных типов дает практическую возможность оптимизации кислотно-основных свойств этих поверхностей.
Поверхность - это граница раздела двух фаз, имеющая некоторую толщину и обладающая своими специфическими свойствами, отличными от свойств примыкающих фаз. Обрыв периодичности решетки твердого тела приводит к изменению координационной сферы поверхностных атомов и регибридизации связей. В результате этого изменяются эффективные заряды и порядок расположения атомов на поверхности, межатомные углы и расстояния, т. е. появляется широкий набор поверхностных состояний - поверхностные апротонные и протонные центры:
- апротонные - электронодонорные ионы кислорода или неметаллов и электроноакцепторные орбитали катионов металлов (центры Льюиса);
- протонные - гидроксильно-гидратный покров, образующийся в результате адсорбции молекул воды и ее фрагментов (центры Бренстеда).
Льюисовские и бренстдовские центры между собой взаимосвязаны. Если на поверхности имеется катион (акцептор электронной пары), то при гидратации поверхности OH- группа воды будет прочно соединяться с ним. Оставшийся протон, связанный теперь уже с анионом, может быть легко отдан (центр Бренстеда). И катион металла (электроноакцептор), и протон на анионе (лег-коудаляемый) представляют собой кислотный центр. В общем случае центры, обладающие способностью отдавать протон или принимать электронную пару, называются кислотными. Основные центры - это центры, являющиеся акцепторами протонов или донорами электронов. О наличии таких центров судят по адсорбции (из газовой или жидкой фазы) веществ кислотной или основной природы. О кислотно-основной природе поверхностных центров можно судить по смещению значения изоточки на шкале рНо. По разнице значений кислотности раствора KCl до адсорбции (рНо) и после адсорбции (pHk) находят изменение pH (т. е. величину ±ΔрН) в результате гидролитической адсорбции
Эффекты от воздействия высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел

и строят график зависимости ±ΔрН = f(рН0). Точка пересечения прямой ΔрН = α*рНо ± δ с осью рНо дает значение величины изоточки - это состояние адсорбционного равновесия между катионами и анионами на поверхности.
По вышеописанной методике оценки кислотно-основных свойств поверхности было определено влияние обработки высоковольтным коронным разрядом различной полярности на кислотно-основные свойства поверхности (рис. 3.14).
Эффекты от воздействия высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел

Из рис. 3.14 видно, что высоковольтный коронный разряд является достаточно эффективным инструментом регулирования свойств поверхности. Приоритетность следует отдать обработке поверхностей высоковольтным коронным разрядом отрицательной полярности.