电晕放电

电晕放电

核心要点

• 电晕使电极与接地表面之间的微小间隙内的环境空气电离，形成低温等离子体。
• 典型输入为施加于尖端或辊式电极的 10–30 kV 交流电。
• 它能提高表面能，使油墨和胶粘剂在聚乙烯、聚丙烯和聚酯薄膜上充分润湿。
• 它几乎没有清洁能力——污染物必须在处理之前去除，而不能靠电晕去除。

电晕放电

电晕放电处理是使塑料薄膜、片材和卷材在常压空气中通过高压高频放电，从而提高其表面能。它是连续卷材加工——挤出涂布、软包装、标签材料和薄膜印刷——中占主导地位的预处理方法，因为它速度快、每平方米成本低，并且可直接集成到生产线中。

电晕处理机的结构

卷材从高压电极与接地辊之间的狭窄间隙中通过。两个表面之一带有介质覆层。在间隙两端施加高频高压——通常约为 10–20 kV、10–30 kHz——使空气电离，产生可见的紫色放电，该工艺也因此得名。

放电中产生的活性氧粒子氧化聚合物表面，将羟基、羰基和羧基接枝到烃类主链上。聚乙烯和聚丙烯薄膜在未处理时基本无法印刷，但一次通过通常即可从约 30 dyne/cm 提高到 40–46 dyne/cm。

剂量及其控制

电晕处理以瓦特密度来量化——即单位面积、单位时间内传递的功率，通常以 W·min/m² 表示：

瓦特密度 = 功率 (W) ÷ [ 卷材宽度 (m) × 线速度 (m/min) × 处理面数 ]

保持瓦特密度恒定，是在线速度变化时保持达因值恒定的关键。在 100 m/min 下设置正确的处理机，在 200 m/min 时会处理不足，除非按比例提高功率。

典型问题

• 处理效果衰减。经电晕处理的薄膜会在数天至数周内损失表面能，原因是聚合物链重新取向，以及低分子量氧化物质发生迁移。爽滑剂和抗粘连剂会加速这种损失。卷材应在其验证窗口内印刷或复合，而不是数月之后。
• 背面处理。放电可能绕到薄的或窄的卷材背面并处理反面，导致收卷后粘连。正确的辊面覆层和间隙设置可以控制这一问题。
• 针孔和微穿孔。在薄膜上瓦特密度过大会将其击穿，或形成弱的、过度氧化的边界层而发生内聚破坏——处理并非越多越好。
• 臭氧。持续产生；必须进行排风和分解处理。
• 几何形状。该工艺适合二维卷材。成型的三维零件应改用火焰等离子、大气等离子体或冷气体等离子体。

测量

达因笔和按 ASTM D2578 的润湿张力测试液仍是标准的车间检查手段，应在卷材整个宽度上进行以确认均匀性，而不是只测一个点。边缘到中心的差异是一种常见且容易被忽视的缺陷。对于验证工作，接触角测量可提供定量的表面能数值——这正是解决塑料附着力问题的科学中阐述的方法。

实际中的瓦特密度目标

瓦特密度是控制变量，但真正重要的是它在特定基材上产生的达因值。以下是卷材加工中常见的范围；应将其视为试验的起点，而不是规格，因为爽滑剂和抗粘连剂体系会显著改变要求：

应根据实际使用的油墨、胶粘剂或涂层来设定要求，而不是采用通用的达因值目标。仅仅因为业界常说 42 dyne/cm 就写成 42 dyne/cm 的规格，是一份无人测试过的规格。

电晕生产线的故障排除

电晕在各种预处理方法中的定位

相关术语与延伸阅读

• 电晕放电处理服务
• 所有聚合物表面预处理方法
• 聚乙烯装饰的先进技术
• 低表面能聚合物的喷墨打印与附着力

在生产中的应用

The Sabreen Group 为电晕处理优化和卷材预处理故障排除提供独立的工程支持。无论您是在确定工艺、认证材料还是排查生产问题，我们的工程服务团队都可以提供帮助。欢迎联系我们，探讨您的应用需求。

常见问题

什么是电晕放电处理？

一种在小空气间隙两端施加高压电场的表面处理技术，使环境空气在材料表面附近电离成微弱的刷状等离子体。所产生的活性粒子氧化表面，提高其表面能，使油墨、胶粘剂和涂层能够润湿。

电晕处理使用多高的电压？

施加于尖端或辊式电极的交流电，通常在 10 至 30 kV 之间。强电场使周围的空气分子电离，产生活性氧粒子和紫外光子，从而改变表面。

哪些材料最能从电晕处理中受益？

抗粘接的低表面能聚合物——尤其是聚乙烯、聚丙烯和聚酯薄膜。它广泛用于这些基材的印刷、复合、涂布和胶粘剂粘接之前。

电晕放电同时也能清洁表面吗？

基本不能。电晕几乎没有清洁能力，因此灰尘、油脂、油污、硅酮、脱模剂和爽滑剂必须在处理之前去除。在污染物上处理只会活化污染物，而不是基材。

电晕处理能持续多久？

处理效果会老化，其保质期取决于树脂、配方和储存环境。迁移到表面的低分子量物质会逐渐削弱效果，因此应尽快进行粘接、涂布或印刷。

应该使用多大的瓦特密度？

以能够保持油墨、胶粘剂或涂层实际所需的达因值为准——这个数值应来自使用真实化学体系的试验，而不是通用的行业数字。聚烯烃薄膜未处理时通常约为 30 dyne/cm，处理后为 38–44 dyne/cm；PET 和尼龙起点更高，目标为 46–52。线速度变化时应保持瓦特密度而不是功率恒定。

为什么达因读数达标而附着力仍失效？

几乎总是污染。电晕几乎没有清洁能力，因此它会活化表面上的任何物质——爽滑剂析出、压缩机油带出、脱模剂或空气中的硅酮。达因笔会照常读出污染物的表面能。应找到并消除污染源，而不是提高处理水平，那样没有帮助。

经电晕处理的卷材在印刷前可以存放吗？

仅限于验证窗口之内。处理后的薄膜会在数天至数周内损失表面能，原因是聚合物链重新取向，以及低分子量物质迁移回表面，爽滑剂和抗粘连剂会加速这种损失。针对具体薄膜和存放条件确定窗口并严格执行，对于任何已经老化的卷材，在使用前应重新测量整个宽度上的达因值。

---

常见问题

什么是电晕放电处理？

经典电晕放电——介质阻挡放电——使用接在高压源上的发生器与电极、处于零电位的对电极，以及作为阻挡层的介质。它是在两点之间形成电位差的高频高压放电，通常需要在35千伏以上、20至25千赫下接地。

电晕放电能处理三维零件，还是只能处理平面薄膜？

定制的电极构型可处理多种表面几何形状——平面、曲面、凹陷和封闭区域。一个有据可查的应用是用于电连接器的电晕处理系统，其中针形电极与球形电极组合，可同时处理小直径三维孔和平整外表面，见美国专利US5051586（1991年）。

大气压等离子是电晕放电更便宜的替代方案吗？

通常不是。在较大面积和更大处理深度上，电晕放电往往更有效，而许多大气压等离子系统实际上更贵而非更便宜。选择应依据处理要求和几何形状，而不是对相对成本的假设。

电晕放电的清洁效果如何？

已证实它对去除溶剂或洗涤剂清洗后残留的不可见烃类残渣相当有效，因此常被用作清洗之后的工序，而不是清洗的替代。

电晕放电会产生臭氧吗？

会。电放电会在等离子区产生臭氧，需要在设备中加以管理。