电晕处理机的发展历史.docx

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电晕处理机的发展历史

电晕处理机的发展历史

标签：

软包装;电晕处理机;陶瓷电极;气隙;表面张力

分类：

软包装技术

HistoryofDevelopment

电晕处理技术的发展历史

Theconfigurationoftheelectrodehastakenmanyforms.Oneoftheearliestformswasasimplewirestretchedparalleltothegroundrollwhichwascoveredbyadielectricsuchaspolyesterwrapping.Thewireelectrode（seeFigure10）accomplisheditspurpose,butprovidedsuchanarrowcoronathatthedwelltime,thetimewhichthesubstrateactuallyspentinthepresenceofcorona,wasexceedinglyshort.Inaddition,thepowerlevelthatcouldbeappliedwasextremelylimitedbythecrosssectioncapacityofthewireanditsabilitytodissipateheatgeneratedduringtreatment.Ozone,whichisalwaysproducedinthecorona-filledairgap,hadtoberemovedfromtheworkenvironment.

（电晕处理机的）电极的构造有多种形式。

其中最早期的一种形式是一根被张紧的电线与底辊相平行配置的形式，底辊上覆盖着绝缘物，例如聚酯。

这种线型电极（参见图10）能够实现电晕处理的目的，但是它所提供的电火花过于狭窄，以至于处理时间-被处理的的基材在电火花中停留的时间-非常短暂。

另外，由于线型电极的截面容量（crosssectioncapacity）较小，驱散在电晕处理过程中所产生的热量的能力较差，所以，该种电极所能输出的功率级是非常有限的。

而且，必须将充斥在生产环境中的臭氧不断地排除出去，这些臭氧是在线型电极与底辊间的气隙间的电火花中不断地生成的。

Anotherearlyformofelectrodewasathreadedrodwhichprovidedmoredwelltime,butbecauseoftheunevennessoftheelectrodesurface,ithadatendencytocreateuneventreatmentacrossthetransverseofthesubstrate.Coronahasatendencytobemoreintensiveatsharppointsintheelectrode（seeFigure11）,causinghighertreatmentlevelwherethethreadedportionisclosertothesubstrate.

另一个早期的电极型式是螺线杆（threadedrod），它能够提供较长的处理时间（dwelltime），但是，由于该电极的表面是不光滑的，所以，它有可能在基材的横截面上造成不均匀的处理效果。

由于电火花往往集中在电极的尖端处（参见图11），因此，会在螺线杆与基材更接近的部位产生较高的处理水平（程度）。

Straightmetalbarelectrodeswerealsoused,andarestillbeingusedtoday.Thebarproduceseventreatmentacrossthesubstratebutrequiresanewelectrodetobecuttolengthtomatchthewebwidtheachtimethewebischanged.Thisisinconvenientfortheoperatorandrequiresastoragesystemforvariouslengthsofelectrode（seeFigure12）.

直线型金属棒电极（Straightmetalbarelectrodes）也被使用过，而且今天仍然在应用中。

该电极能够在基材的横断面上产生均匀的处理效果，但是，当基材的宽度发生变化时，就需要更换一根新的与基材宽度相匹配的电极。

这对于操作者来说是不方便的，而且还需要事先储备不同长度的多个电极（参见图12）。

Inordertoovercometheneedtocutelectrodestolength,barelectrodeswerecutinsegmentsandmountedonarodsothatwhenwebwidthchanged,segmentscouldbemovedawayfromthegroundroll,thusmatchingtheelectrodelengthtothewebwidth（seeFigure13）.Manysuchelectrodesarebeingusedtoday.Thisconfigurationofelectrodeshasseveraladvantagesanddisadvantages.

为了解决这一问题，直线型的金属棒电极被切割成许多小段，然后安装在一根金属杆上，这样一来，当基材的宽度变化时，其中的一些电极可以被从底辊表面移除，从而使电极的宽度与基材宽度相匹配（参见图13）。

这种电极今天仍在被广泛使用。

这种形式的电极有一些优点，也有一些缺点。

Whenthesegmentedelectrodewasmounteddirectlyabovethegroundroll,thesegmentswouldswingoutofthewaywhenawrinkleorsplicegreaterthantheairgapwouldpassoverthegroundrollanddropbackintoplacewhenthewrinkleorsplicehadpassed.Anotheradvantageofthesegmentedelectrodeistheabilitytoraisecentersegmentsandallowstriptreating.Inearlierelectrodes,athicksplicestrikingtheelectrodecouldcauseittobedamaged.Acorrespondingdisadvantageisthatozoneproducedinthecoronasoonformedaluminumoxidedepositsbetweenthesegments,thuscausingthemtoremaininthenontreatposition.Thisproblemcanbeovercometosomeextentbyhardcoatingoranodizingthesegments.Afurtherimprovementistheuseofstainlesssteelastheelectrodematerial.Thishasvirtuallyeliminatedstickingofsegmentsorwarpageoftheelectrode.

当这种分段电极（segmentedelectrode）安装在底辊上后，如果基材上有大于气隙的皱褶或接头通过底辊时，分段电极就会摆离（swingout）底辊，而当皱褶或接头已经通过底辊后，分段电极还会返回其原始位置。

分段电极的另一个优点是可以将中间的电极升起，以便进行带状处理。

在早期的分段电极中，过厚的接头有可能会造成电极的损坏。

相应的缺点是：

在电火花中产生的臭氧会生成氧化铝并沉积在分段电极间，导致分段电极不能返回其初始位置。

这个问题可通过对分段电极进行表面硬化处理或阳极化处理得到某种程度的缓解。

进一步的解决方法是使用不锈钢作为电极的加工材料。

该方法事实上消除了分段电极间的粘连或电极的热变形的问题。

Afinaldrawbacktothisconfigurationisthepossibilityofuneventreatmentacrosstheweb.

这种电极型式的最大缺点是在基材的横断面上的处理程度的不均匀。

Asubstratehavingtreatmentthatisnotuniformacrossthewebmaycausebondingorheat-sealproblemsinprinting,extrusioncoating,coating,andlaminating.Uneventreatmenthasbeengreatlyalleviatedbybiascuttingofsegmentstopreventstriptreatingbetweensegments.

已经过电晕处理、但在横断面上处理程度不均匀的基材可能会在印刷、挤出涂布、表面涂层处理和复合加工中导致附着力、粘接强度和热封问题。

通过对分段电极进行斜切处理（biascutting）以防止电极间的带状处理，该问题已被极大地缓解了。

Thecoveredrollsystemusingadielectriccoveredrollwitheitherabarorsegmentedelectrodealso

presentedasizeproblem.Inordertoproperlytreatagivenwebwidthanddissipateheatgeneratedduringthetreatingprocess,thecoatedrolldiametermustincreasedirectlywiththetotalappliedpower.Heatbuilduponcoatedrollsisverydestructiveandcanonlybemitigatedbyincreasingtherolldiametertoallowaperiodofcoolingbetweencyclicpositioningundertheelectrode.Inaddition,toprovideozoneremovalandoperatorsafety,thestationasawholemustalsoincreaseinsizeastherolldiameterincreases.Figure14indicatesrolldiameterrequirementsasafunctionofappliedpower（kW）.

包覆辊系统（thecoveredrollsystem,绝缘体包覆的底辊，不管配备的是棒状电极还是分段电极）都存在着尺寸问题。

为了适当地处理给定宽度的基材，并驱散在处理过程中产生的热量，随着施加的能量的提高，包覆辊的直径必须增大。

在包覆辊上的热量具有很大的破坏性，只能通过增加包覆辊的直径使之在周期性的处理过程中有一个冷却阶段才能得以缓解。

另外，为了移除臭氧和操作者的安全，伴随着底辊直径的增加，电晕处理机的整体尺寸也需要增加。

图14标示了包覆辊直径与电晕处理机功率（kW）的关系。

Anothermethodwhichhasbeenattemptedwithoutmuchsuccessistouseseveralsetsofsegmentedelectrodeswhicharestaggeredsothateachrowofsegmentscoverstheairgapfromthepreviousrow（seeFigure15）.Thissolutionhasnotprovenreliable.Recenttestsindicatethatsignificantuneventreatmentstilloccurs.

另一个曾经被应用过但不太成功的方法是使用交错排列的多套分段电极（参见图15）。

这一方案的可靠性没有得到证实。

近期的试验显示依然存在着值得注意的处理不均匀的状态。

Twoearlyelectrodeswhichwereattemptedinvolvedaglasstubewithametalrodinsertandaglasstubefilledwithsteelwool（seeFigure16）.Thiswasanentirelynewconceptbecause,forthefirsttime,thedielectriccoverwasremovedfromthegroundrollandplacedontheelectrode.Thisearlybare-rollconfigurationpromisedagreatmanyadvantagesbutwassoonabandonedbecauseexpansionofthemetalrod,duetoarisingtemperature,broketheglasstube.Evenwhentheelectrodewasrotatedtospreadthecoronaovera360degreerevolution,neitheroverheatingnorbreakagewasprevented.

两个较早的不成功的电极系统，包括一个插入了金属棒的玻璃管和一个充填了钢丝棉的玻璃管（参见图16）。

这在当时是一个全新的概念，因为它第一次从底辊上取消了绝缘覆盖物，并直接包覆在了电极上。

这一较早的光辊（bare-roll）系统显示了许多的优点，但很快就被放弃了，因为随着温度的升高，金属棒膨胀，玻璃管就被胀破了！

尽管曾将该玻璃电极旋转以分散电火花，但既不能防止过热也不能阻止玻璃管的破裂。

Anotherseriousconsiderationshouldbementionedhere.Noneofthemetalelectrode

covered-rollconfigurationsworkwhentreatingconductivesubstratessuchasfoilsormetallizedfilm,andaverycomplexformofelectrodewasrequired（seeFigure17）.

这里应该强调一下另一个重要的方法。

当需要处理导电性的基材，例如铝箔或镀铝薄膜，时，没有一个金属电极包覆辊系统是可用的。

此时，需要一个非常复杂的电极形式（参见图17）。

Thisearlybare-rollsystemconsistedofametalgroundrollandaseriesofdielectriccoveredelectrode

rollsthatweredriven.Thisisaveryexpensive,cumbersomemethodoftreatingconductivesubstrates，butitwastheonlymethodavailable

这种早期的光辊系统（bare-rollsystem）由一个金属底辊和一组可主动旋转的绝缘体覆盖电极辊所组成。

这是一个非常昂贵、非常复杂的处理导电性基材的方法，但在当时又是唯一可行的方法。

In1980,anewconfigurationofelectrodecapableofoperatingonabarerollwasdevelopedwhichsurmountedthebasicproblemsthatwereexperienceduptothatpoint.Thiselectrodeachievedthefollowingoperationalgoals（alsoseeFigure18）:

    1980年，一个新的能够在光辊上操作的电极系统诞生了，它解决了在此之前所遇到的众多基础问题。

这个电极达到了下列的操作目标（参见图18）。

1.Evencoronatreatmentacrossthetransverseofthesubstrate.

在基材的横断面上的均匀的电晕处理效果。

2.Eliminatingtheneedtoadjusttheelectrodetowebwidth.

去除了调整电极长度以适应基材宽度的需求。

3.Eliminatingthedielectricrollcoveringwhichrequiredfrequentreplacementandentailsaninventoryofsparerollsaswellasconsiderableproductionlossduringreplacementofaburned-outroll.

取消了绝缘辊包覆物，该包覆物需要不时地更换、需要有备件库存、以及在更新过程中难以估量的生产损失。

4.Allowcoronatreatmentofbothconductiveandnonconductivewebsusingasimplesystemwithoutdriventreaterrolls.Further,evenperforatedwebscanbetreatedwiththistypeofelectrode.

可以使用这个没有主动处理辊的简单系统处理导电性基材和绝缘性基材。

甚至网孔状的基材也可以在这种类型的电极上进行处理。

5.Allowsplicestoflowthroughthecoronatreatingstationwithoutstrikingtheelectrodedespitetheclosepositionoftheelectroderelativetothetreaterroll. 

Inadditiontoachievingtheseoperationalgoals,thisnewelectrodeconfigurationalsoeliminatedtheneedforaclosedcabinettoremoveozone.Conventionalcoronatreatingsystemsrequireaclosedcabinetnotonlytoremoveozoneintheoperatorarea,buttopreventelectricalshocktooperatorswhoarerequiredtoworkincloseproximityofthecoronatreatingstation.Thisrecentlypatentedelectrodeassemblymeetsalltheoperationalandsafetyrequirementsofextrudersandconverters（seeFigure19）.

除了达到这些操作目标之外，这种新的电极系统也取消了用以去除臭氧的封闭式机壳。

传统的电晕处理系统需要一个封闭式的机壳，不仅是为了去除臭氧，也是为了防止对操作者发生电击，因为操作者有时需要在接近电晕处理机的位置上进行工作。

Substratescanevenbeselectivelytreatedleavingspecificareasuntreatedasinthepreviouslymentionedheat-sealapplications（seeFigure20）.Theconceptthatmadethiselectrodepossiblewastheuseofarectangularceramictubefilledwithirregularlyshapedaluminumalloygranules.

基材甚至可以被有选择性地进行处理，以在基材上留下特定的未处理区域，就象前面论述过的热封应用中（参见图20）。

使得这种电极成为可能的理念是：

在方形的陶瓷管中填充入形态不规则的铝合金颗粒。

Whenthesegranulesheatup,theydonotbreaktheceramictubesincethereissufficientroomfortheirexpansion.

当这些铝合金颗粒物被加热后，它们不会使陶瓷管破裂，因为在管内有足够空间供其膨胀。

Thiselectrodeisacceptedasthelateststate-of-the-artinEuropeaswellastheUnitedStates.

这种电极在欧美被公认为是最完美的。

Hundredsofproductionlinesusethistypeofsystem,whichproveditsabilitytotreattohighlevelswhileprovidinglong-termreliability.

成百上千的生产线使用了这一系统，它证实了其高水平的处理能力以及长期运行的可靠性。

Whyceramic?

Itisamaterialwhichcombinestheattributesof