電暈放電處理

典型的電暈放電處理裝置由高壓絕緣電極、反相接地電極(一般為輥子，也稱感應輥)和高頻發(fā)生器組成。處理時。高分子材料在電極和感應輥之間通過，當所施加的電壓達到空氣的擊穿電壓后，電極間就會放電，生成常壓等離子體。等離子體和高分子表面發(fā)生各種化學反應，使羰基、酮、醚、羧基及酯等化學基團以化學鍵結合在高分子表面上。從而提高了材料的表面能，并最終改善了材料表面對印刷油墨、油漆、黏合劑及各種其他涂料等的黏合性能。

電暈放電處理使得材料表面黏結性能提高的原理在于：電暈放電區(qū)形成的低溫等離子雖作為物質(zhì)的整體在宏觀上是電中性的，但電離后產(chǎn)生的帶負電荷的自由電子、帶正電荷的離子，以及原子在電離和復合中產(chǎn)生的光子具有較高的能量，電子能量可達2～10ev，光子能量可達2～4eV。這么高的能量(溫度)是其他化學方法所不能提供的。另一方面，構成塑料等的有機化合物的許多鍵能一般為幾個eV。其結合能的大小與電暈放電等離子體中電子、離子、光子的能量相接近。因此，當這些粒子與材料表面作用時，可以輕易地把分子鏈打開，使它們成為自由基，進而生成有活性的基團，如一OH、一C=O和一COOH等，加速了表面的活化，同時使表面結構緊密大分子變成較小的分子。這種活化后的表面潤濕性能大大改善，更易于與其他材料結合，所以可大大提高印刷油墨的附著強序。

電暈放電處理主要用于塑料薄膜的處理，對于紙、紙板、泡沫帶以及鋁箔類的導電性材料的表面處理也有明顯的效果。但電暈處理方法還存在一些問題，如處理過度，則薄膜會自粘，并造成增塑劑、防靜電劑等添加劑析出表面，使薄膜透明度下降。此外，處理效果會隨時間而衰減，因此表面處理后最好立即印刷才能取得較好的印刷質(zhì)量和油墨附著強度。處理鋁箔之類導電材料還須對處理裝置做適當改進后才能適用，對于異形體材料的表面處理，目前已開發(fā)出了專門的電暈放電處理裝置。

承印物印前表面處理除采用電暈處理的方法外，還有火焰處理、臭氧處理、紫外線處理、化學藥品處理等方法。

電暈放電處理(又稱電火花處理)是將2～100kV、2～10kHz的高壓高頻施加于放電電極上．以產(chǎn)生大量的等離子氣體臭氧，其與高分子材料表面分子直接或間接作用，使高分子材料表面分子鏈上產(chǎn)生羰基和含氮基團等極性基團，表面張力明顯提高，而強烈的離子沖擊會使高分子材料表面粗化，去油污、水汽和塵垢等。這些作用協(xié)同的結果導致高分子材料表面的黏附性明顯改善，實現(xiàn)高分子材料表面預處理的目的。

電暈處理具有處理時間短、速度快、操作簡單、控制容易等優(yōu)點，因此目前已廣泛應用于高分子材料薄膜印刷、復合和黏接前的表面預處理。但是電暈處理后的效果不穩(wěn)定，因此處理后最好當即印刷、復合、黏接。

影響電暈處理效果的因素有處理電壓、頻率、電極間距、處理時間及溫度、印刷性和黏接力隨時間的增加而提高，隨溫度升高而提高。實際操作中．通過采取降低牽引速率、趁熱處理等方法，以改善效果。

電暈放電的特征是伴有“嘶嘶”的響聲，有時有微弱的輝光；當導體上有曲率半徑很小的尖端存在時，則發(fā)生電暈放電。電暈放電可能指向其他物體也可能不指向某一特定方向。電暈放電時，尖端附近的場強很強，尖端附近氣體被電離，電荷可以離開導體；而遠離尖端處場強急劇減弱，電離不完全，因而只能建立起微小的電流。電暈放電的特征是伴有“嘶嘶”的響聲，有時有微弱的輝光。電暈放電可以是連續(xù)放電，也可以是不連續(xù)的脈沖放電。電暈放電的能量密度遠小于火花放電的能量密度。在某些情況下，如果升高尖端導體的電位，電暈會發(fā)展成為通向另一物體的火花。

形成電暈所需電場不均勻的程度與氣體的種類有很大關系。在負電性的氣體中，當電極為球一平面、電極間隙為球半徑時，產(chǎn)生電暈放電。相反，若氣體為非負電性氣體時，則不產(chǎn)生電暈放電。

電暈放電的極性決定于具有小曲率半徑電極的極性。如果曲率半徑小的電極帶正電位，則發(fā)生正電暈放電，反之發(fā)生負電暈放電。此外，按提供的電壓類型也可將電暈放電分為直流電暈、交流電暈和高頻電暈。按出現(xiàn)電暈電極的數(shù)目分為單極電暈、雙極電暈和多極電暈。

（1）電力系統(tǒng)中的高壓及超高壓輸電線路導線上發(fā)生電暈，會引起電暈功率損失、無線電干擾、電視干擾以及噪聲干擾。進行線路設計時，應選擇足夠的導線截面積，或采用分裂導線降低導線表面電場的方式，以避免發(fā)生電暈。對于高電壓電氣設備，發(fā)生電暈放電會逐漸破壞設備絕緣性能。電暈放電的空間電荷在一定條件下又有提高間隙擊穿強度的作用。當線路出現(xiàn)雷電或操作過電壓時，因電暈損失而能削弱過電壓幅值。

（2）利用電暈放電可以進行靜電除塵、污水處理、空氣凈化等。

（3）地面上的樹木等尖端物體在大地電場作用下的電暈放電是參與大氣電平衡的重要環(huán)節(jié)。

（4）海洋表面濺射水滴上出現(xiàn)的電暈放電可促進海洋中有機物的生成，還可能是地球遠古大氣中生物前合成氨基酸的有效放電形式之一。

（5）電暈放電的能量可通過光輻射、中性分子流和離子流而作用于材料表面，這些能量的作用是材料表面改性的根本原因。電暈放電過程及在高分子材料表面的作用如圖1：電暈放電過程及在高分子材料表面的作用圖所示。

電暈放電的形成機制因尖端電極的極性不同而有區(qū)別，這主要是由于電暈放電時空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。在直流電壓作用下，負極性電暈或正極性電暈均在尖端電極附近聚集起空間電荷。

在負極性電暈中，當電子引起碰撞電離后，電子被驅(qū)往遠離尖端電極的空間，并形成負離子，在靠近電極表面則聚集起正離子。電場繼續(xù)加強時，正離子被吸進電極，此時出現(xiàn)一脈沖電暈電流，負離子則擴散到間隙空間。此后又重復開始下一個電離及帶電粒子運動過程。如此循環(huán)，以致出現(xiàn)許多脈沖形式的電暈電流。

電暈電流這一現(xiàn)象是G.W.特里切爾于1938年發(fā)現(xiàn)的，稱為特里切爾脈沖。若電壓繼續(xù)升高，電暈電流的脈沖頻率增加、幅值增大，轉(zhuǎn)變?yōu)樨撦x光放電。電壓再升高，出現(xiàn)負流注放電，因其形狀又稱羽狀放電或稱刷狀放電。當負流注放電得以繼續(xù)發(fā)展到對面電極時，即導致火花放電，使整個間隙擊穿。正極性電暈在尖端電極附近也分布著正離子，但不斷被推斥向間隙空間，而電子則被吸進電極，同樣形成重復脈沖式電暈電流。電壓繼續(xù)升高時，出現(xiàn)流注放電，并可導致間隙擊穿。

工頻交流電暈在正、負半周內(nèi)其放電過程與直流正、負電暈基本相同。工頻電暈電流與電壓同相，反映出電暈功率損耗。工程應用中還常以外施電壓與電暈電荷量的關系表示電暈特性，稱為電暈的伏庫特性。