1、電暈放電的物理原理和應用TTA standardization office TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C電 暈 放 電 的 物 理 原 理 和 應 用Santa,Donte a Moriano,（LU）電暈放電過程是塑料薄膜加工的基本組成部分，因此必須深刻理解它的工作原 理和影響放電過程的重要參數的意義。本文將盡可能簡單地分析和幫助你了解它的本 質因素和操作的重要性，以便能正確地操作儀器，取得最佳的處理結果。使用電暈的目的在塑料的處理過程中，擠壓、匹配、拉伸和金屬化都特別重要，這些操作都需 要塑料表面對所匹配的物質（油墨、膠粘劑、油漆和金屬）有很強的附著性，因此塑 料表面

2、要有可潤濕性能，以便形成穩定、安全的附著。有時，兩種材料的物理和化學特性使得它們能自發地膠合在一起，但在大多數 情況下，作為基面的塑料表面必須通過物理的方法來增加它的潤濕性能，使其能適應 要進行的加工條件，這時就需要用到電暈放電。可用圖示來說明電暈處理系統的細目。此圖由電動機機（工作頻率通常在15到40KHz之間）、加速轉換器和處理單元 組成。處理單元包括一個或多個電極和一個轉輻，此轉輻由電能驅動，表面包有絕緣 材料支撐要處理的薄膜。依據具體的應用，電極和要處理的膜面之間的空氣間隙在到之間。當處理很寬 的薄膜時（高到10m）,空氣間隙為2到，因為此時很難保持太低的空氣間隙。這時 建議使用一種叫

3、做空氣間隙控制系統，它能在電極的全部長度下保持空氣間隙為常 量。當對電極施加電壓時，在薄膜和電極之間的空氣間隙上便產生了放電效應，使 薄膜活性增加。隨即產生的現象就是電離，在某種意義上電場能使得中性分子離解.那些本身就存在在空氣中的離子在電場的作用下離解開始加快。反過來，新產生的離 子又能離解其他的分子，如此循環下去。即可以說在電場的影響下，存在著一種電離 粒子的運動。當電場強度增加時，離子的運動速度將增加，同樣電離離子的動能也將 增加。若電場的能量足夠高時，絕緣層便在空氣中分解。運動的離子可形成電流，電 極與薄膜之間的空氣間隙也就變成了導體。因此，可看見蘭色的電暈放電現象，這表 明通常的空氣

4、間隙絕緣層已被打破。在每次電擊過程中，部分離子的動能會轉化成熱能，引起空氣間隙溫度的上 升。當電動機的輸出功率增加時，就會有更多的電離粒子產生，動能的增加可由電暈 放電的強度變化看出。塑料薄膜的電暈放電是通過粒子轟擊和進入表層分子結構中產生的，使用氧化 和制造電極單元的方法來增加要處理材料的表面張力。離子的振動頻率在處理中并不 是特別重要，而粒子對材料的沖擊能量卻很重要。離子通過電離的粒子氛圍到達放電 材料的表面需要一段時間，雖然看起來時間很長，但和產生的電場的變化時間相比， 只需很短的時間即可達到目標。離子的運動時間和它的質量、電場的強度、空間電荷 的密度和空氣間隙的大小有關。撞擊要處理材料

5、表面的帶電粒子的能量和電動機功率 與粒子存在時間的乘積成正比。即使電暈放電的物理和化學效應相當復雜，但通過在 不同的系統上可再現，對于給定的要處理的材料電暈放電很容易被證實。欲得到需要 的表面張力應使用具體的功率，可由下式確定：PSP = Pout / Prod式中：PSP ：具體的功率(m2)Pout ：馬達的輸出功率Prod :生產線產量(m2/min)然而得到所需表面張力時，應用的具體功率取決于要處理材料的性能，特別取 決于其中含有的添加劑用量和性質。為了確定得到給頂的薄膜潤濕張力時所用的具體 的功率值，必須經常在實驗室的小樣品或薄膜產品上進行實現測試。下表給出了在不同類型的薄膜上得到4

6、2dyn/cm的表面張力時，所需的具體功率值。吹膜添加劑Wmin/m2Dyn/cmHDPE200Ppm842LDPE500ppm1242LLDPElOOOppm1642流延薄膜添加劑Wmin/m2Dyn/cmHDPE200ppm1242LDPE500ppm1542LLDPElOOOppm2042BOPP共擠1842均聚物2642PP200ppm1442200ppm1942500ppm2542如前所述，上述數值只能看成預計值。有時也可能發生如下情況：即使具體功率的數值遠高于表中所示值，也不能得 到所需的潤濕張力，此時必須注意所使用的添加劑的用量和類型及取得最佳放電效果 時可能要做的工作。電暈放電

7、時的參數.空氣間隙如前所述，根據放電電極的長度.空氣間隙可從調節到。當電極很長時，由于很 難保持太低的空氣間隙，應在2到之間調節，這是因為放電單元的軸承結夠不穩定， 也受周邊溫度和傳送功率的影響。為了保持空氣間隙大小不變，要在放電單元中安裝 空氣間隙控制設備,用來監視電極和薄膜之間的距離及補償軸承結構的移動。在上述的測量范圍內,使用相同的具體功率處理時不會出現明顯的區別。.電極電極通常由鋁和不銹鋼制成，根據應用的類型一轉輻、刀和刀組的不同，電極 有不同的形狀，表面涂有硅樹脂或陶瓷絕緣層。除了絕緣電極外，其他的電極在處理 時沒有明顯的區別。但必須要記住能使用的最高電壓，因為即使電壓超過處理時電壓

8、很小一部分，也有反面處理的危險。根據應用的功率，應選擇那些不會超過此極限的 放電表面。絕緣電極通常用于處理金屬或金屬化落膜，由于它們能導電，不會使電暈放電 均勻分布且隨后就被損壞。建議只在金屬或金屬化薄膜處理時使用絕緣電極：使用相 同大小的電暈功率時，它的處理能力要比非絕緣電極低。也可能在塑料落膜上使用絕 緣電極（例如，不止一種類型的薄膜要在印刷機器中處理時），但不是用來處理金屬 化薄膜，特別是含有大量添加劑的薄膜要處理時，建議使用非絕緣電極。絕緣電極必須要冷卻，可使用一種有雙重功能的風機：冷卻和排除由電暈放電 產生的臭氧。為了得到更好的冷卻效果,電極必須放在一個能使空氣接觸其外表面的 室倉內

9、，空氣流應盡可能地沿著這個方向吹動。從工作環境中抽取空氣時會在電極和 絕緣物質中引入灰塵、水蒸氣和其他雜質。眾所周知，灰塵和高電壓都是不容許的， 電極桿要作成能從放電單元中很容易取出，以便經常清潔去塵。上述的描述也適用于位于同樣通風室倉內的非絕緣電極。此時情況更糟，由于 沒有絕緣層，電極直接和它們各自的絕緣物質相接觸。通常放電轉輻的絕緣覆層有3 到4mm厚，電極電壓將相應地增加。可在地中安裝放電裝置（絕緣電極的操作電壓通 常為8到，然而非絕緣電極可以達到更高的電壓）。要特別注意所使用的絕緣材料，它們應能抗電弧，因為對灰塵放電不應損壞外 部表面，這就需要替換絕緣物質，此時陶瓷材料無疑是最佳的選擇

10、。3,放電轉輻的絕緣覆層在第一個電暈放電單元中，放電轉輻并沒有絕緣覆層，而是由薄膜本身執行此 功能。此時在薄膜本身沒有擊穿危險的情況下，輸出電壓和功率不能增加。觀察這兩 種系統，可以很容易看出：在沒有絕緣覆層的地方，電壓的降低很大，一旦克服了絕 緣體的剛度，擊穿現象將隨后產生。另外，當系統沒有絕緣覆層時，薄膜的邊部并不 能處理到，因為電極和后者一樣長，對薄膜的電暈放電會形成一個高電壓的短回路。上述的問題可通過安裝絕緣覆層來解決。絕緣覆層的選擇和大小對系統的操作 和生產都非常重要。覆層材料必須有一定的剛度、低介電損失和高抗臭氧能力，且厚度不能隨著時 間而減少、結構緊密，不能有損害絕緣特性的雜質。

11、人們已經測試了許多類型的絕緣 覆層：像充電環氧樹脂、耐熱玻璃、玻璃纖維樹脂、硅樹脂、陶瓷等。目前通常使用 的絕緣材料是硅樹脂和陶瓷。絕緣材料的選擇是放電轉輻尺寸大小和消耗/效率比的函 數。大多數電暈放電裝置，特別是很寬的那些，使用硅樹脂覆層作為絕緣層。這種類 型的覆層材料能提供上面所有的特性、價格合理、擊穿后易于修復，能保證最小的停 機時間。但是，它對由操作不小心而引起的尖銳物體或刀的損傷很脆弱。陶瓷絕緣覆 層使用的很少，特別是在寬度很大的裝置中，因它有很高的能量消耗且擊穿后不易修 復。當電極擊穿后，主要的停機時間不是機器的檢修而是替換轉輻所需的時間。對于 寬大的裝置將需要幾個小時。然而電壓相

12、同時，使用硅樹脂和陶瓷覆層能得到相同的表面張力。這兩種絕緣覆 層有不同厚度和不同絕緣特性，它們只有經過高壓轉換器進行所需要的操作后才能使 用。陶瓷覆層有到1mm厚，根據轉輻的厚度，畦樹脂覆層的厚度可在到之間。建議不 要使用厚度大于的絕緣層，因為施加同樣的電壓，輸出電極的電壓增加，因此單位面 積功率就會降低。但是，太低的覆層厚度易于被擊穿且在直徑很大、很長的轉輻上不 易實現。4,頻率對此參數已經做了不同的測試。當頻率在15到40KHz之間時，并沒有什么本 質的處理差別。施加一定的功率時，工作頻率越高、電極輸出電壓就越低，因此在放 電轉輻的絕緣覆層上就會形成更大的能量損失、大量的電極發熱、就需要更

13、精確的空 氣間隙調節設備（很小的空氣間隙差別能導致不均勻的電暈放電,使得很難調節電 極，特別是那些長度很長的電極）。使用高頻發生器，通過減少空氣間隙，能得到較均勻的電暈放電效果。根據以 上的描述，電暈處理的理想工作頻率在15到24KHz之間。.輸出電壓象在電極那節中描述的那樣，輸出電壓是指用于電極的有效值。建議此值不要超過13KV （除非是用于塑料厚片或在處理高厚度的材料時，這時有效值可高達20KV）,因大于此值時，處理效果的增加很不顯著，此外還可能出現以下的問題：/增加薄膜的收縮性,引起高壓絕緣體和放電轉輻的絕緣覆層的絕緣能力的損失，特別是當裝置在相 對濕度較高的情況下運轉時電壓值應看成是發

14、電機輸出量，因此若作為標準使用，并不是它本身決定處理的 能力。電壓值取決于所施加的功率、空氣間隙大小、欲處理材料的厚度和放電轉輯絕 緣覆層的厚度和類型。當施加的功率大小相同時，只依賴空氣間隙的調節和放電單元 的構造，使用不同的輸出電壓可以得到相同的處理能力。.輸出電流輸出電流代替了電源放電的強度，和輸出電壓一樣，它應看成是發動機的輸出 量且作為一個可能的參考值使用，此量并不決定電暈處理的能力。有下列因素影響輸 出電流：功率、工作頻率、空氣間隙、欲處理材料的類型和厚度、放電轉根的絕緣覆 層的類型和厚度、放電的表面性質、相對濕度和高壓絕緣系統中的損失。對此數值，當功率相同時，根據放電單元的構造和工

15、作頻率，使用不同的輸出 電流可以得到相同的處理能力。.具體功率具體功率是能有效地操作處理能力，其應通過設備不斷的監視。為得到給定的 處理能力而使用的具體功率并不是對所有的材料都一樣：每次都要根據材料本身的化 學和物理特性來確定。一旦此值被確定下來，電動機在不同的工作環境下都要提供相 同的具體功率。必須要有一個操作面板，通過一定的調節算法能不間斷地計算出具體 功率值。當對不同類型的薄膜定義不同的具體功率后，這些數值可以存儲在操作面板 中以便后來可以隨時的調用。除了能向控制面板監視器提供兩個輸出數值一Ide和Vdc,兩個輸出數值一 Vout和lout外（因此可以監視發動機的基本操作參數），同樣也提

16、供一個使用微處 理器執行上述功能的函數的操作面板。根據顧客的要求，可以作出個性化的操作面板 能適合具體的要求。為了獲得所有功能的描述，請參閱相關的手冊。.周邊環境電暈處理易受周邊環境，特別是壓力和濕度的影響。在高于1000米的地方安裝 操作設備的比在較低的地方安裝同樣的設備所需要的具體功率小。當相對濕度超過70%時，影響非常顯著，常常發生處理數值的減少。必須提醒的 是在此類型的周邊環境下所進行的潤濕張力的測試（象ASTM D2578-67）是不可靠 的，而應在具體的周邊環境下測試。反面處理反面處理在上文中已經多次提到，現在就來解釋其是什么及怎么產生的反面處 理是在已處理表面的對面也有一定的表面

17、處理時產生的。它常是由于以下物質的存在 而導致的：褶皺或放電轉輯絕緣覆層的不平整、薄膜拉伸不夠和在薄膜及放電轉輯之 間形成的空氣泡。為了更好的理解它的成因，可以想象薄膜由轉輯穿過和觸及電極時的情景。對著電極的那一面將得到最小的處理，不論處理過程是否會影響薄膜的對面。圖A和B 將幫助我們理解這種現象。圖A圖B當薄膜與轉輯之間的空氣間隙的厚度為X時，圖A就轉變成圖Bo因單個元件會 分擔一定的電壓，總電壓的一部分Va就用于有厚度為x的空氣間隙所形成的電容 器。如果Va的數值超過了空氣的絕緣能力，將有或多或少的放電現象，引起薄膜另 一面的活化。在上述兩個電路中的總電阻是相同的，唯一不同的就是在反面處理點的電壓， 因此功率就較低，這就是反面處理常引起欲處理面處理能力損失的原因。因此反面處 理多數情況下是指總輸出電壓的增加。當生產的薄膜沒有抵抗反面處理的能力時，放電單元必須要有一個能保證薄膜 和放電轉輯連接良好的壓根。壓根的覆層在60 shore左右，為了使薄膜和放電轉輯 連接良好，要盡可能的靠近電極且要盡可能的避免薄膜在放電轉輻上的卷繞。臭氧在電暈放電過程中會產生臭氧，它是一種有毒氣體，毒性取決于濃度，對身體