化学纤维的激光改性方法及其装置 本发明公开的是一种利用激光来改善化学纤维性能的方法，它属于化学纤维改性的新技术范畴。本发明同时还公开了用于化学纤维的激光改性装置。
改善化学纤维的服用性能，使其具有天然化的亲水性、柔软性、透气性等，始终是化纤行业提高其产品国际竞争能力的重要手段。传统的化纤生产，多是从行业内部的生产过程出发，通过化学或物理的方法来提高化纤产品的质量和改善化学纤维地使用性能，比如：提倡化纤生产的差别化、功能化技术，在化纤成分、添加微量元素、纤度、截面形状、纤维长短、混纤比例等等方面开发新产品；鼓励采用先进的纺织设备与工艺，提高无结头、无疵纱、精纱和无梭布的比重；推行先进、高档化的印染后整理技术，增加面料的高档化花色品种，改善面料的外观风格、手感性能、悬垂性、成型性，减少疵点等等。但在目前的化纤行业已有的改性技术中，尚没有使用激光直接作用于化学纤维，来对化学纤维进行结构的改造，从而达到使化学纤维改性的目的。
众所周知，同是化学制品，海绵的吸水性能、柔软性、透气性等都是普通的化学纤维织物所不能比的，其原因是海绵的结构中充满了气孔，这些气孔使海绵具有了良好的性能。如果将化学纤维的表面结构，也能改变成类似于海绵的布满气孔的结构，其使用性能将会有明显的改善。
本发明的目的是提供一种利用激光来改善化学纤维性能的方法，并为实施这种方法提供一种装置。
上述目的是这样来实现的：首先把激光器发射出的连续激光，经过超高频脉冲发生与分光装置的调制，产生出多路超高频率的脉冲激光；该脉冲激光经不同反射镜组所组成的光路，从不同的方向通过透镜聚焦后，照射到运动着的化学纤维(丝)上；每一个激光脉冲都在化学纤维的表面产生一个烧蚀的微孔，每两个连续的脉冲都分别落在两个不同的方向上，从而使化学纤维的表面形成排列有序、互不连通、分布在不同方向上的密集烧失的微孔，使得化学纤维的表面呈类似于线状海绵体的结构，因此形成一种改变化学纤维的使用性能的新方法。
实现上述方法的装置是由一台能产生连续激光的激光器、一套超高频脉冲发生与分光装置、数组反射镜组、数个透镜和化学纤维的定位装置等组成。激光器的选用是根据所要改性的化学纤维的纤度来决定的。可以选用的连续出光的激光器有：CO2激光器、YAG激光器等。超高频脉冲发生与分光装置，是由一台高速主轴电机和一个斩光盘组成。该斩光盘有许多的齿。在斩光盘转动过程中，每个齿都高速地斩断连续激光，从而形成激光脉冲。在每个齿的迎光面上，至少分布有两个以上的不同法线方向的反光面，每个反光面在圆周方向的宽度相等，并相等于相邻两个齿间的齿间距。聚焦使用的数个透镜的安放位置，必须确保从不同方向反射过来的激光，经聚焦后所形成的焦点完全重合，并使焦点落在化学纤维运动轨迹的中心线上。
经过激光改性的化学纤维，其织物的服用性能会有明显的改善。其原因是：化学纤维的表面分布了密集的微孔，增加了化学纤维的储气能力，因而提高了其织物的保暖性；由于大量的微孔存在，而且微孔之间互不连通，微孔实际上是盲孔，当化学纤维遇水时，微孔中吸入的水分不会轻易流出，致使其储水的能力大大增强，因此使用激光改性的化学纤维生产的织物，其吸水能力也显著的提高；由于微孔的形成，主要是被脉冲激光的瞬间高能量(可达103～106W/mm2)予以气化，因此经改性的化学纤维，其比重有所减轻，由此生产的织物显得更轻盈；同时高密度的微孔显著的增加了化学纤维的比表面积和空隙率，使纤维变得柔软，所以其织物增加了穿着的舒适感。除此之外，由于化学纤维绝大多数都是数根更细的纤维丝捻成，在激光烧蚀的瞬间，接收光电子能量多的地方被汽化，接收光电子能量少的地方被熔化，被汽化的地方成为空隙(微孔)，被熔化的地方因为汽化压力的作用使纤维丝相互粘结在一起，因而，经激光改性的化学纤维的强度不会降低，也不会产生断头，不会防碍纺织生产。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图一为本发明有三路光路的实施例的原理透视图。
图二为本发明图一的俯视图。
图三为本发明中斩光盘齿形局部的透视图。
图一为本发明在分三路光路的实施例的透视图。如图所示：由激光器(1)发射出的连续激光(2)，经过超高频脉冲发生与分光装置(3)的调制，产生出三路超高频率的脉冲激光(2-1、2-2、2-3)。该三路激光脉冲中，其中的两路激光脉冲(2-1、2-3)经过各自的反射镜组(4-1a和4-1b、4-3a和4-3b)，被反射到各自的透镜(5-1、5-3)前，而另一路激光脉冲(2-2)直接对准自己的透镜(5-2)，所以该三路激光脉冲便依次从三个方向经过各自的透镜(5-1、5-2、5-3)聚焦后，照射到运动中的化学纤维(6)上，从而在化学纤维上形成密集的、互不连通的、分布在不同方向上的烧蚀微孔(7)。
如图一所示，连续激光(2)可以是激光器(1)发射出的全部激光，也可以是从其中分出的一部分。当连续激光(2)是其中的一部分时，一台激光器可以分出数路激光。因此一台激光器可以为数台化学纤维的激光改性装置提供激光光源。激光器的选用是根据所要改性的化学纤维的纤度来决定的。可以选用的连续出光的激光器有：CO2激光器、YAG激光器等。不同的激光器所形成的聚焦光斑的最小尺寸有所不同。激光的波长越小，可能形成的聚焦光斑的尺寸就越小，就越适合越细的化学纤维的改性需要。
如图一所示，化学纤维(6)是被上下成对的定位装置(8)所固定的。定位装置(8)所确定的化学纤维运动轨迹的中心线，是与各个透镜(5-1、5-2、5-3)聚焦的焦点中心连线重合。因此，分布在不同方向上的聚焦透镜(5-1、5-2、5-3)在安装时，要求很高的精度，必须确保各个透镜(5-1、5-2、5-3)的聚焦焦点落在化学纤维运动的轨迹中心线上。各个透镜(5-1、5-2、5-3)的聚焦焦点最好是完全重合，以使不同方向上的微孔(7)呈规则的螺旋线状分布，保证化学纤维的强度保持到最大范围。
图二为本发明图一的俯视图。如图所示，超高频脉冲发生与分光装置(3)的调制与分光原理是：构成超高频脉冲发生与分光装置(3)的斩光盘(3-1)，其圆周上分布了上百个齿；当斩光盘(3-1)的传动装置——高速主轴电机(3-2)转动时，每个齿都能将连续激光(2)斩断，使得透过斩光盘的部分激光(见图三)成为具有确定重复周期的一路激光脉冲(2-2)；而在斩光盘(3-1)的迎光侧面，每一个齿上都分布了至少两个(本例为两个)不同法线方向的反射面(A面、B面)，每个反射面(A面、B面)转至切入(断)连续激光(2)时，被不同反射面(A面或B面)遮挡的一部分激光，就被反射到不同的方向上，从而形成另外的各路激光脉冲(2-1、2-3)；这些激光脉冲(2-1、2-2、2-3)具有相同的重复周期，该重复周期相等于高速主轴电机(3-2)的转速和斩光盘(3-1)的齿数的乘积；当各反射面(A面、B面)在圆周方向上的宽度相等，并等同于相邻的两齿间的齿间距时，所形成的各路激光脉冲(2-1、2-2、2-3)的时间间隔相等，因此在理论上各路激光脉冲(2-1、2-2、2-3)可分配的能量也相同；由于每一个重复周期内的各个激光脉冲(2-1、2-2、2-3)，是依次被斩光盘(3-1)分配到了不同方向上，因此，超高频脉冲发生与分光装置(3)在发生激光脉冲的同时也实现了分光的目的。
本实施例中，斩光盘(3-1)的传动装置选用的是高速主轴电机(3-2)，它可以产生高达104～105rpm的转速。而斩光盘(3-1)的齿数多达上百个齿。每个齿至少有两个以上的反射面(A面、B面)，至少产生三路激光脉冲(2-1、2-2、2-3)。因此，超高频脉冲发生与分光装置(3)可以产生的激光脉冲的频率至少可达3*106～3*107Hz/min。即使在化学纤维(6)的表面分布的微孔数多达100个/mm，本发明的激光改性装置，也至少可以满足纤维运动速度在30m/min～300m/min的生产情况下的需要。当减小激光器输出的连续激光的光斑直径，或者减小斩光盘上各反射面的宽度和齿间距，或者增加斩光盘的直径时，激光脉冲的频率还可以成倍的增加，从而可以满足化学纤维的更高运动速度的要求。
图三为本发明中斩光盘齿形局部的透视图，以下就斩光盘转动不同位置，分三种典型状态，对上述的调制与分光原理作更详细的叙述：
状态一：当连续激光(2)透过斩光盘(3-1)齿间间隙，所形成的一路脉冲激光(2-2)，将直接入射到透镜(5-2)后聚焦，尔后照射到处于纺线或织布过程中运动着的化学纤维(6)上；使化学纤维(6)的表面瞬间产生一个被烧蚀(被瞬间汽化)的微孔(7)；
状态二：当激光(2)完全被斩光盘(3-1)的反射面A面遮挡时，被遮挡的部分激光被反射至反射镜(4-1a)，此时透镜(5-2)的激光脉冲中断，激光脉冲经反射镜(4-1a)反射至同一组的另一反射镜(4-1b)，从透镜(5-1)的中心法线方向聚焦后，同样照射到化学纤维(6)上；也使化学纤维的表面瞬间产生一个被烧蚀(被瞬间汽化)的微孔，该微孔与前一个微孔处在不同的方向上。
状态三：当激光(2)完全被斩光盘(3-1)的反射面B面遮挡时，被遮挡的部分激光被反射至反射镜(4-3a)，此时透镜(5-3)的激光脉冲中断，激光脉冲经反射镜(4-3a)反射至同一组的另一反射镜(4-3b)，从透镜(5-3)的中心法线方向聚焦后，也同样照射到化学纤维(6)上；也使化学纤维的表面瞬间产生一个被烧蚀(被瞬间汽化)的微孔，该微孔与前面的第一个和第二个微孔都处在不同的方向上。
由此可见，随超高频脉冲发生与分光装置的斩光盘(3-1)的转动，每一个重复周期内的各个激光脉冲都分别落在各个不同的方向上，从而使化学纤维的表面形成排列有序、互不连通、分布在不同方向上的密集烧失的微孔，使得化学纤维表面呈类似于线状海绵体的结构。因此上述过程就形成了一种改变化学纤维的使用性能的新方法，可以实现对化学纤维进行激光改性的目的。
上述的方法和装置，在具体实施时还需要激光器的附属装置，比如：激光器的冷水机组，和其它可选的常规装置，比如：放大摄像装置、气体保护装置，以及构成完整设备的其它附属器件，比如：机箱、机壳等，包含这些装置的化学纤维激光改性装置，均在本发明的保护范围内。
说明书摘要附图是附图一。