電暈放電處理裝置及原理

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?zhàn)?，也稱感應(yīng)輥)和高頻發(fā)生器組成。處理時(shí)。高分子材料在電極和感應(yīng)輥之間通過(guò)，當(dāng)所施加的電壓達(dá)到空氣的擊穿電壓后，電極間就會(huì)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(xué)反應(yīng)，使羰基、酮、醚、羧基及酯等化學(xué)基團(tuán)以化學(xué)鍵結(jié)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(duì)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(jié)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(fù)電荷的自由電子、帶正電荷的離子，以及原子在電離和復(fù)合中產(chǎn)生的光子具有較高的能量，電子能量可達(dá)2～10ev，光子能量可達(dá)2～4eV。這么高的能量(溫度)是其他化學(xué)方法所不能提供的。另一方面，構(gòu)成塑料等的有機(jī)化合物的許多鍵能一般為幾個(gè)eV。其結(jié)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(dāng)這些粒子與材料表面作用時(shí)，可以輕易地把分子鏈打開，使它們成為自由基，進(jìn)而生成有活性的基團(tuán)，如一OH、一C=O和一COOH等，加速了表面的活化，同時(shí)使表面結(jié)構(gòu)緊密大分子變成較小的分子。這種活化后的表面潤(rùn)濕性能大大改善，更易于與其他材料結(jié)合，所以可大大提高印刷油墨的附著強(qiáng)序。

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(tuán)等極性基團(tuán)，表面張力明顯提高，而強(qiáng)烈的離子沖擊會(huì)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(jié)果導(dǎo)致高分子材料表面的黏附性明顯改善，實(shí)現(xiàn)高分子材料表面預(yù)處理的目的。

電暈處理具有處理時(shí)間短、速度快、操作簡(jiǎn)單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)，因此目前已廣泛應(yīng)用于高分子材料薄膜印刷、復(fù)合和黏接前的表面預(yù)處理。但是電暈處理后的效果不穩(wěn)定，因此處理后最好當(dāng)即印刷、復(fù)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(shí)間及溫度、印刷性和黏接力隨時(shí)間的增加而提高，隨溫度升高而提高。實(shí)際操作中．通過(guò)采取降低牽引速率、趁熱處理等方法，以改善效果。

電暈放電處理主要用于塑料薄膜的處理，對(duì)于紙、紙板、泡沫帶以及鋁箔類的導(dǎo)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(guò)度，則薄膜會(huì)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(huì)隨時(shí)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(qiáng)度。處理鋁箔之類導(dǎo)電材料還須對(duì)處理裝置做適當(dāng)改進(jìn)后才能適用，對(duì)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(xué)藥品處理等方法。

電暈放電的特征是伴有“嘶嘶”的響聲，有時(shí)有微弱的輝光；當(dāng)導(dǎo)體上有曲率半徑很小的尖端存在時(shí)，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(shí)，尖端附近的場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng)，尖端附近氣體被電離，電荷可以離開導(dǎo)體；而遠(yuǎn)離尖端處場(chǎng)強(qiáng)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(shí)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(yuǎn)小于火花放電的能量密度。在某些情況下，如果升高尖端導(dǎo)體的電位，電暈會(huì)發(fā)展成為通向另一物體的火花。

形成電暈所需電場(chǎng)不均勻的程度與氣體的種類有很大關(guān)系。在負(fù)電性的氣體中，當(dāng)電極為球一平面、電極間隙為球半徑時(shí)，產(chǎn)生電暈放電。相反，若氣體為非負(fù)電性氣體時(shí)，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(fù)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(dǎo)線上發(fā)生電暈，會(huì)引起電暈功率損失、無(wú)線電干擾、電視干擾以及噪聲干擾。進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇足夠的導(dǎo)線截面積，或采用分裂導(dǎo)線降低導(dǎo)線表面電場(chǎng)的方式，以避免發(fā)生電暈。對(duì)于高電壓電氣設(shè)備，發(fā)生電暈放電會(huì)逐漸破壞設(shè)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(qiáng)度的作用。當(dāng)線路出現(xiàn)雷電或操作過(guò)電壓時(shí)，因電暈損失而能削弱過(guò)電壓幅值。

（2）利用電暈放電可以進(jìn)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(chǎng)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(jìn)海洋中有機(jī)物的生成，還可能是地球遠(yuǎn)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(guò)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(guò)程及在高分子材料表面的作用如圖1：電暈放電過(guò)程及在高分子材料表面的作用圖所示。

電暈放電的形成機(jī)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(shí)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(fù)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(fù)極性電暈中，當(dāng)電子引起碰撞電離后，電子被驅(qū)往遠(yuǎn)離尖端電極的空間，并形成負(fù)離子，在靠近電極表面則聚集起正離子。電場(chǎng)繼續(xù)加強(qiáng)時(shí)，正離子被吸進(jìn)電極，此時(shí)出現(xiàn)一脈沖電暈電流，負(fù)離子則擴(kuò)散到間隙空間。此后又重復(fù)開始下一個(gè)電離及帶電粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)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?fù)輝光放電。電壓再升高，出現(xiàn)負(fù)流注放電，因其形狀又稱羽狀放電或稱刷狀放電。當(dāng)負(fù)流注放電得以繼續(xù)發(fā)展到對(duì)面電極時(shí)，即導(dǎo)致火花放電，使整個(gè)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(jìn)電極，同樣形成重復(fù)脈沖式電暈電流。電壓繼續(xù)升高時(shí)，出現(xiàn)流注放電，并可導(dǎo)致間隙擊穿。

工頻交流電暈在正、負(fù)半周內(nèi)其放電過(guò)程與直流正、負(fù)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(yīng)用中還常以外施電壓與電暈電荷量的關(guān)系表示電暈特性，稱為電暈的伏庫(kù)特性。