电晕处理容易出现的问题以及注意事项

电晕处理容易出现的问题以及注意事项

前言

聚丙烯薄膜具有耐热、耐化学腐蚀、质轻、绝缘性能优良和机械性能较好的特性，因而得到了广泛的应用，但PP高聚物不含极性基团、化学性质较为稳定，与其它亲水性基团结合困难，一般在投入使用前需预先进行表面处理，以适应工艺要求。用于BOPP薄膜表面处理主要是电晕处理法。这种方法效率高，可适用于生产，它主要使薄膜非极性的表面产生极性基团，使其浸润张力等方面发生变化，有利于蒸镀及印刷。实践证明经过电晕处理的BOPP膜在各项参数上均是较为优秀的。电晕的使用已有百余年的历史，但对其机理和化学变化过程只是近些年才被研究和确定下来，本文仅根据实际生产中电晕处理应用方面的若干问题作一探讨(对某些涉及商业秘密的数据本文不作具体介绍)。

2原理

本文所述的电晕处理是一种在高电压下令电子加速离开电极，并撞击聚合物表面的一种过程。由于两极间的传导被阻断，使得处于电场中的气体因受电子碰撞后离子化浓度急剧增加，其主要反应过程如下：

O2+高能量电子→2O+低能量电子

2O+2O2→2O3+热

即：3O2+电能→2O3+热

前式也可写成：

3O2+M→2O3+M

式中M为空气中任何其它气体分子，如氮。它们也可受高能电子冲击离解为氮原子，并引发一系列反应，此处略去。在臭氧生成过程中，伴有弥散蓝紫色辉光的电晕现象，从而被称之为电晕。换言之，薄膜的电晕处理就是把薄膜置于电场中成为阻断传导的介质，在电场作用下，获得高能量，并激活其它离子或分子，同时把这种能量分配到薄膜上，在薄膜表面驻极，形成极性的化学自由基团，使薄膜表面产生悬挂键。在这一过程中，高能电子碰撞空气中的氧分子、氮分子、水分子等，伴之发生氧化—还原反应，并产生臭氧和氮氧化物等。由于臭氧具有强烈的氧化性，当它接触到聚丙烯薄膜表面时，会在其表面毫微米发生复杂的有机反应，产生羟基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(> C=O)等。而这些含氧官能团的引入，是增加薄膜表面张力的关键所在。因此，通过氧化，不仅可以改良薄膜表面张力，还可以提高薄膜表面的可蒸镀性和可印刷性。

电晕处理设备一般包括了一个高频高压发生器和一个附带金属电极和支持卷轴的电晕处理站。它们互相平行，并以一个1.5mm的空气间隙作为分隔。当电晕处理站输入20～40kHz或数千伏高电压时，电极间便会产生放电现象，在薄膜表面形成均匀火花。

3问题

在BOPP膜的生产中，薄膜的处理是一项较为复杂的工艺，它涉及到化工工艺、机械设备和电控等多方面的知识，对它的调整和控制需相当精细，稍有不慎，就可能造成薄膜在后道工序中的脱落、处理不均、运行不平稳、隐性条纹等多方

面的质量问题，根据我们在生产中使用的情况来看，下述比较常见的几个问题，是应当引起我们重视和研究的：

(1)电晕处理站的设备和调整状态

(2)膜面温度和空气相对湿度对电晕处理的影响

(3)电晕处理中电晕强度和处理时间

(4)电晕处理辊和电极平行

(5)膜运行的平稳性

(6)薄膜发脆走偏问题

(7)辊面的污染

4讨论

4.1电晕处理站的设备配置和调整状态

4.1.1理想的电晕处理是电机的作业频率正确，输出电压和电流值适中，放电过程有规律，这样才能得到好的处理效果。

4.1.2电晕处理辊与电极之间的间隙大小必须保持一致，亦即两者之间既要有一定的距离又要相互平行，这样才能使膜表面处的场强相同，产生均匀的电晕处理。一般二者的间隙在1.5～2.5mm。

4.1.3调整好电晕处理辊与其它牵引辊之间的平行度和电晕处理辊上压辊

压力的均匀性，这样才能使膜在运行中平稳，不至于在电晕辊上发生起皱和斜扯，保持得到均匀的、足够的电晕量。

4.2膜面温度和空气相对温度对电晕处理的影响

在电晕处理的过程中，膜面温度和空气相对湿度是影响它的两个显著的变量。

随着空气相对湿度和膜面温度的增大所需电晕处理的时间就越长，也即薄膜越不容易被电晕处理。这是因为当空气中相对湿度增大时，空气中水分子的含量增大，而电晕过程中产生的臭氧可溶于水，在常温常压下，臭氧在水中的溶解度比氧约高13倍，比空气高25倍。由于臭氧浓度的下降，使含氧官能团在膜面生成及驻极的机会大大减小，从而降低电晕处理的效果。随着膜面温度的增高，使驻极分子的稳定性变差，表面分子迁移的比例增大，不利于膜面的高表面能区域的形成，部分抵消了通过电晕增加薄膜表面张力的作用。但另一方面，根据实际生产中的经验，膜面的温度也并非越低越好。在生产中，电晕处理过程会产生大量的热。为防止膜面温度过高，通常我们采用循环水辊内进行闭式循环，并增加一套加热装置使冷却水保持一定的温度。过低的温度会使膜面的分子在极化和发生化学变化时基本能量不足，也会造成膜面表面张力不足的问题，所以，把电晕处理辊处的膜面温度控制在适当的温度范围内是电晕处理的一个关键问题，这也是我们在长期生产中摸索发现的。

4.3电晕处理中电晕强度和处理时间的控制

在生产中，为了使薄膜表面张力的处理达到某一等级，通常采用的方法是增加电晕处理的强度，在一定界限内，这种方法是行之有效的，当超过这一界限后，即使再增加电晕，也不会使薄膜表面能等级得到提高，这是因为当膜在瞬时进行电晕处理过程中，电极与电晕辊之间的空气量处于一种相对稳定状态，而这相对稳定空气量中的氧气分子含量是一定的，即使提高电极的电压和电流值，也不能激活更多的氧分子，使更多的含氧官能团驻极到薄膜表面，达到提高薄膜表面能的目的。

一般说来，电晕处理的时间越长，表面能也会越高。但是，一方面在固有设备的条件下，延长电晕处理时间，必然会降低生产效率；另一方面，过长的电晕处理时间，会使薄膜表面张力太大，出现脆化现象乃至降解，不利于膜的一次收卷和二次复卷，我们在某单位的设备上就此进行过成功的试验。

4.4电晕处理辊和电极平行

辊面和电极面的不平行会导致电晕处理不均，原因是电晕强度有差异，由下式

电晕强度=P/W．V

式中：P——电晕装置放电功率，W；

W——膜宽，m;

V——膜速，m/min；

从上式看出，电晕强度正比于电晕放电功率，而电晕放电的功率方程式为：P=4CdVsf［V0-(Cd+Cg/Cd)Vs］

式中：Cd——介电体电容，F；

Cg——放电间隙电容，F；

V0——驱动电压(峰值)，V；

Vs——间隙发火电压(峰值)，V；

f——驱动电压频率，Hz。

由上式显见，间隙大小不一，直接导致单位面积上的放电功率不均，由于各处电晕的差异，最终影响浸润张力的一致性。

4.5膜运行的平稳性

如果膜在运行中，辊筒施加于膜上的张力的不一致，这种差异会发生局部皱折，使该部位在电晕处理时电容量发生变化，最终也会导致浸润张力的不均匀。

除上述辊筒同步有差异外，还有电晕处理辊上的夹辊和电晕处理辊到后扩展辊对膜的扩展，以及辊与辊之间平行度、辊面水平度等，均有可能导致薄膜运行姿态的不够平稳。

4.6薄膜发脆走偏问题

电晕处理中，要有一个度的问题，如果注入功率过大，则会出现水温提得过高，影响到薄膜分子间的次价键力而出现发脆，即影响薄膜的使用，又使卷制电容器时边缘无法卷齐，只得以降低速度来完成卷制任务，从而给电容器的制作工艺造成不利。

4.7废液污染问题

电晕处理过程中，由于两极间施加高压，产生的电子对两极间空气中的分子进行碰撞和激活，产生臭氧及一氧化氮等物质，在一定的温度下，由于它们的亲水性，会与空气中的水分子相结合，产生含有亚硝酸盐、硝酸盐成份的废液，并且随着空气湿度的增加而增加。如果对产生的废液不能及时进行很好的清理，在排出管道或电极罩壳中存留下来，就可能流滴到辊面，并随着辊的转动而造成膜面污染，造成薄膜局部浸润张力降低、附着不牢等，形成产品质量问题。