塑料表面电晕处理设备的测试及应用
时间:2005-07-01
现在塑料软包装已广泛用于商品包装的各个领域，软包装最常用的聚乙烯、聚丙烯等非极性薄膜属于非极性材料，表面致密、光洁，是一种惰性表面，表面自由能相对偏低，仅（2.9～3.0)×10-6J/cm2。从理论上讲，表面自由能低于3.3×10-6J/cm2的薄膜无法使目前已知的任何一种胶黏剂发生浸润，所以必须先通过表面处理，使薄膜的表面自由能达到（3.8～4.0)×10-6J/cm2，才有利于获得良好的复合强度。常用的薄膜表面处理方法很多，其中电晕处理就是最常用的一种方法。
我厂使用的3台凹版印刷机都配备了相应的电晕处理设备，在需要处理时，只要将薄膜按顺序穿入电极辊之间即可，处理后的薄膜直接进入印刷单元，油墨在薄膜上的附着效果不错。
在干式复合机上安装电晕处理设备是我厂技改的一个方面，目的是提高聚烯烃薄膜的表面张力值，提高复合产品的附着牢度。我厂在干式复合机上按照实际情况配备了相应的电火花处理设备后，取得了很好的效果。所配备的电晕处理设备是大连无线电九厂生产的SDCD16-2-10型塑料表面电晕处理设备。经过电晕处理，薄膜的表面张力可达到3.8×10-2N/m以上，高的可达4.0×10-2N/m，使复合膜的剥离强度大大提高，完全可以达到质量要求。安装该电晕处理设备，对镀铝膜，特别是BOPP镀铝膜有很大帮助，只是在设备的安装接线方面要有所改变。下面将从电晕处理原理、表面张力检测方法、设备的安装接线和常见故障排除几个方面进行论述。
一、电晕处理原理
1.电冲击或击穿
在高压电场作用下，电子流对塑料薄膜进行强有力的冲击可以使薄膜表面起毛，变得粗糙，增加表面积。当胶黏剂与其表面接触时，就可产生良好的浸润，胶黏剂会渗透到被拉毛了的凹沟中，靠"抛锚"作用，使薄膜牢度黏结，这是一种物理作用。在高倍放大镜下观察，处理后的薄膜相对于未处理的薄膜，其表面明显凹凸不平，而且很粗糙。
电冲击强度可以随着电压和电流的升高而增强。
2.增加薄膜的极性
在高压电场作用下，空气中的氧气变成臭氧，臭氧又分解成氧气和新生态氧原子。而新生态氧原子是一种强氧化剂，可对聚乙烯或聚丙烯分子中的α-碳原子进行氧化，形成羰基或羟基。有了这种结构后，薄膜分子极性增大，表面张力提高，对胶黏剂的亲和力增加，复合膜之间的黏结牢度提高。另外，由于产生了羰基，又会使分子链中产生新的α-碳原子，出现活泼氢。这种活泼氢能和聚氨酯胶黏剂中的活泼性基团异氰酸根(-NCO)发生化学反应，使被黏材料和胶黏剂之间生成牢固的化学键，更增加了黏结牢度。从红外光谱检测中发现，经过处理的聚烯烃薄膜表面在谱线上有羰基或羟基吸收峰存在，证明上述化学作用是存在的。
二、表面张力检测方法
常用的检测方法有3种。
1.用BOPP单面胶带进行剥离检验
将BOPP单面胶带粘贴在待测薄膜表面，压紧，而后再撕开。如果薄膜的表面张力达到使用要求，那么剥离时很用力，而且声音小；相反则很容易剥离，并伴有"沙沙"声。
2.利用达因测试笔进行测试
薄膜表面张力值符合要求时 (BOPP:3.8x10-2N/m，PET:5.0x10-2N/m，尼龙:5.2x10-2N/m)，测试笔划过的地方液痕均匀，无断痕，不收缩；否则测试液将收缩。如果一部分收缩，一部分不收缩，说明处理得还不够。
值得一提的是，检测PET和尼龙时，需选用大一级的测试笔。表面张力测试笔的常用规格有：3.8×10-2N/m、4.0×10-2N/m、4.2×10-2N/m、4.4×10-2N/m、4.8×10-2N/m 5种(测铝箔用)。
3.自行配制表面张力测试液
部分表面张力测试液配方见附表。测试方法是用棉球蘸少许测试液涂布在处理面，判断方法与第2点大致相同。
处理后的薄膜不宜放置时间过长，最多放7天。时间越长，表面张力值降低越明显。如果需要放置较长时间，则在处理薄膜时，表面张力初期值要提高（2～4）×10-2N/m。
三、在干式复合机上的安装方法
SDCD16-2-10型电晕处理设备由冲击电极架、高压变压器及控制装置3部分组成。
我们厂机修工将高压变压器放置在烘道上面用角铁专做的小平台上，用4颗螺丝固定。小平台专门放置高压变压器，放置要求平稳、无晃动。变压器有3个进线端子，它们分别与控制装置的3个高压端相连接。输出端是一条火线和一条零线，分别与冲击电极架的正负极相连，正极接正极，负极接绝缘导辊。
冲击电极架的作用是对薄膜进行电晕处理，必须装在复合机放料部位的上端，最好距地面2m左右。我厂机修工在改装时先在安装位置按冲击电极架的尺寸焊接了一个角铁框，将其锁在烘干道的机械螺口处，再将冲击电极架放上去，实际上，冲击电极架是半悬在空中，这样，干式复合机无论以多高的速度运转，冲击电极架都不会掉下来。
控制装置放在地面上，我厂专门做了一个柜台来放置，以便于复合人员操作。
在对不同薄膜进行电晕处理时务必要注意正确接线(指冲击电极架上火线与零线的接线)。在处理VMCPP、VMOPP时，必须将电极架上的正负极对调，对调后电火花从硅橡胶辊发出。
进行电晕处理时，可通过调节电压获得不同的处理强度，电压一般不超过15kV(指针)。停机时，必须关闭冲击火花，以防将材料烧焦，同时也防止火灾。在进行电晕处理时，必须两人配合，随时观察冲击状况。电火花一般要由小到大，慢慢开启。要求电极铝排放电均匀，无红色火焰产生。
四、设备常见故障及排除方法
SDCD16-2-10型电晕处理设备在使用过程中有时会发生一些故障，包括电气故障和机械方面的故障。下面将本人在实际工作中碰到的问题归类分析，供参考。
1.设备不产生火花，冲击架上正极放电而铝排不放电
这种故障常常发生在多雨季节，由于室内湿度偏大，冲击架上放电铝排及绝缘硅橡胶辊上有水，导致正极放电而铝排无法放电。
处理方法是：将总电源关闭，用干布将冲击架上所有的辊(包括牵引辊和绝缘硅橡胶辊)及放电铝排擦干，并用电吹风进行热风处理，没有水了，放电设备便能正常工作了。
遇到上述情况，热风处理后，开启冲击机应由小到大，同时观察火花状况，正常的火花是连续、无红点、均匀的。
2.放电铝排不放电，电压不上升(指kV表)，电流(A)指示偏大
原因：
(1) 处理设备并联，二极管损坏；或串联，电容损坏，被击穿；
(2) 高压变压器接线错误；
(3) 处理设备内可控硅损坏，被击穿；
(4) 高压变压器碳刷接触不好或滑环上有油污；
(5) 控制面板上的过流开关损坏；
(6) 线路板上的三极管损坏，不能起放大作用；
(7) 高压变压器绕组断路或绝缘瓷瓶损坏，被击穿；
(8) 高压变压器输出端正负极连线，发生漏电或被击穿；
(9) 交流接触器线圈损坏，不吸合。
解决方法：
(1) 测量二极管的电容、电阻值，若损坏则更换新的；
(2) 正确接线，绿色线在中间，两边为红色线；
(3) 更换可控硅；
(4) 检查碳刷，同时用1000#耐水砂纸研磨滑环盘面，直到干净为止；
(5) 更换过流开关；
(6) 更换三极管；
(7) 认真检查绕组，更换绝缘瓷瓶；
(8) 更换同型号、同规格的连线；
(9) 更换新的交流接触器。
3.处理BOPP、PE薄膜时，放电铝排放电，而处理VMOPP、VMCPP薄膜时，放电铝排不放电
原因：
(1) 处理设备的二极管被击穿；
(2) 冲击架上的硅橡胶绝缘辊被击穿，在处理VMOPP时曾听到"啪"的响声，火花只有一点点；
(3) 高压变压器输出端的正负极连线，触及导体，以致漏电或击穿；
(4) 正负极接线错误；
(5) 放电铝排上有油污或太脏。
解决方法：
(1) 更换二极管；
(2) 更换硅橡胶绝缘辊；
(3) 连接线应悬在空中，不能和导体相触，若击穿则应更换；
(4) 调换正负极接线；
(5) 将油污擦拭干净。
SDCD16-2-10电晕处理设备在使用过程中，要常常观察电火花状况，同时应保持设备清洁。电晕处理过程中，放电铝排可以根据材料的宽窄任意调节，但严禁用手触及，以保障安全。处理后的薄膜经测试表面张力值足够即可，并非越大越好。值得一提的是，在冲击VMOPP、VMCPP薄膜时，必须将高压变压器与冲击架的正负极接线对调，也就是说，冲击架上正极接负极，负极接正极或火线。
