АКТИВАТОР УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДА В БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ

Полезная модель относится к технике обработки пластмасс и применяется при получении композиционных термостойких электроизоляционных материалов на основе полиимидных лент с фторопластовым покрытием, а также подготовки полиимидных пленок для нанесения других типов покрытий.
Обработку лент в барьерном разряде проводят с целью активации поверхности, что позволяет повысить адгезионную прочность соединения лент между собой.
4
4
Известны устройства, содержащие механизм перемещения материала между параллельно установленными электродами. Один электрод заземлен и выполнен цилиндрическим (по нему протягивается материал), а второй, соединенный с источником высоковольтного потенциала (коронирующий), представляет собой пластину с заостренной кромкой (патент №2578176, Франция, МКИ В 05 В 7/22, В 05 D 1/08. Заяв. 04.03.1985; Опубл. 05.09.1986) или ролик (патент №2584560, Франция, МКИ Н 05 F 3/04, В 41 J 3/18//17/00//29/00, G 03 G 15/32//21/00; Опубл. 09.01.1987). Устройства отличаются конструктивной простотой и надежностью в эксплуатации. Однако отсутствие защиты от электрического пробоя в локальных зонах при наличии электропроводящих примесей на поверхности или сквозных повреждений обрабатываемого материала приводит к падению высоковольтного потенциала на всем межэлектродном пространстве и, как следствие, к появлению необработанных участков поверхности.
В значительной мере этот недостаток устранен в другой группе устройств, имеющих в своем составе аналогичные по функциональному назначению элементы и принципиально отличающихся от рассмотренных
4
4
конструкцией коронирующего электрода и наличием средства управления высоковольтным потенциалом. В патенте США (№3582985, МКИ Н 05 В 7/18, НКИ 219/384. Заяв. 12.02.1969; Опубл. 01.06.1971) электрод представляет собой щетку с иглами, соединенную через блок импульсного управления с источником высоковольтного потенциала, а в патенте ФРГ (№3347600, МКИН 01 Т 19/0. Заяв. 30.12.1983; Опубл. 11.07.1985) - множество отдельных изолированных друг от друга элементов, индивидуально подключенных к источнику через конденсаторы. Благодаря этому при локальном пробое между заземленным и коронирующим электродами (в т.ч. и через обрабатываемый материал) ограничивается амплитуда и длительность импульса тока короткого замыкания, что повышает вероятность обработки всей поверхности материала. Следует отметить, что и эти устройства при обработке материалов, имеющих разнотолщинность в направлении перемещения (по длине), не обеспечивают однородность коронного разряда в межэлектродном пространстве. Нельзя не указать и на технологическую сложность, высокие требования к точности изготовления коронирующих электродов.
4
Попытка устранить основной недостаток данных устройств предпринята в устройстве, описанном в патенте США (№4556544, МКИ В 01 J 19/08, С 21 D 1/09, НКИ 422/186.04. Заяв. 17.05.1984; Опубл. 03.12.1985). Электрод, соединенный с источником высоковольтного потенциала, предложено снабдить устройством, закрепленным на несущих конструкциях и имеющим механизм перемещения в направлении, перпендикулярном к поверхности материала. Такая конструкция обеспечивает отвод электрода от заземленного и оказывается эффективной при наличии протяженных участков разнотолщинности обрабатываемого материала в направлении его перемещения. При наличии же у материала аналогичных дефектов в поперечном направлении (по ширине) это устройство «воспроизводит» все недостатки предыдущих устройств. Очевидна сложность (высокие требования к быстродействию) механизма перемещения такого устройства, которое должно «отслеживать» и мало протяженные дефекты толщины.
2
Общим существенным недостатком перечисленных устройств является большая протяженность «активного» межэлектродного пространства (зоны коронного разряда), что обуславливает необходимость использования источников высоковольтного потенциала сравнительно большой мощности при обработке широких листовых (рулонных) материалов, т.к. в противном случае не удается обеспечить минимальный уровень удельной поверхностной мощности разряда (для большинства материалов 2-4 кВт/м). Одновременно коэффициент полезного действия их, как следует из вышеизложенного анализа, характеризуется сравнительно низкими значениями.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является установка обработки полимерных лент в барьерном разряде (Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. - М.: Наука/ Интерпериодика, 2000), активатор которой содержит источник высокого напряжения и камеру, где параллельно друг другу размещены линейный и цилиндрический электрод. Эта установка имеет более высокий КПД по сравнению с перечисленными ранее и является более технологичной. На поверхность цилиндрического электрода нанесено диэлектрическое покрытие. При применении данного активатора происходит постоянное разрушение диэлектрического покрытия и перенос продуктов разрушения на обрабатываемую пленку (ее загрязнение), что снижает адгезию между слоями пленки. Кроме этого, возникают проблемы с однородностью обработки, особенно, если лента имеет различную по ширине влажность.
Заявляемая полезная модель решает задачу снижения степени загрязнения обрабатываемой пленки частицами другой природы и повышения стабильности горения разряда.
Цель достигается тем, что в активаторе для обработки пленки на основе полиимида в качестве диэлектрического покрытия используется полиимид или композиционный материал «фторопласт-полиимид-фторопласт» и линейный электрод выполнен плоским.
Активатор, схема которого приведена на фигуре 1, состоит из камеры активации 1 и источника импульсного напряжения 2. В камере, выполненной из стали, параллельно друг другу размещены цилиндрический 8 и линейный 9 электроды. Линейный электрод изготовлен из специального алюминиевого профиля, конструкция которого позволяет возбуждать барьерный разряд по всей ширине полимерной пленки. Линейный электрод является плоским и расположен параллельно оси цилиндрического электрода. Плоский электрод может иметь изогнутые концы вне зоны обработки под углом 10-45° относительно поверхности цилиндрического электрода, и повернутые от него. На этих участках наносится сменное диэлектрическое покрытие.
Цилиндрический электрод представляет собой алюминиевый вал с диэлектрическим покрытием. В качестве диэлектрического покрытия используется полиимид или композиционный материал «фторопласт-полиимид-фторопласт» толщиной от 50 до 450 мкм. Толщина диэлектрического покрытия, нанесенного на цилиндрический электрод, определена тем, что при толщине менее 50 мкм происходит относительно быстрое его разрушение, а при толщине более 450 мкм снижается активационный эффект.
В качестве источника высокого напряжения использован источник импульсного напряжения. Камера активатора связана со средствами принудительной вытяжной вентиляции.
Активатор работает следующим образом: полимерную пленку заправляют в активатор, приводят в движение протяжный механизм и подают напряжение для возбуждения барьерного разряда. В процессе перемещения ленты в активаторе в зоне разряда происходит обработка ее поверхности.
При обработке материала шириной меньше линейного электрода на его концы надевают съемное защитное диэлектрическое покрытие, благодаря чему барьерный разряд становится более локализованным, что увеличивает время эксплуатации диэлектрического покрытия, нанесенного на цилиндрический электрод. Такой же эффект наблюдается и при использовании электрода с изогнутыми концами. Оптимальным является интервал угла искривления (10-45)° градусов. При углах меньших 10° эффект локализации разряда практически не проявляется. При углах больших 45° на концах электрода из-за большой искривленности электрического поля в зоне перегиба плотность разряда становится более высокой, что приводит к интенсивному разрушению покрытия,, нанесенного на цилиндрический электрод. Варианты исполнения плоского электрода приведены на фигурах 2-4.
Использование в качестве диэлектрического покрытия, наносимого на поверхность цилиндрического электрода, одноименного с обрабатываемой пленкой, устраняет загрязнение активируемой поверхности веществами другой природы. На поверхности ленты осаждаются продукты разрушения, которые по химическому составу и свойствам совпадают с внешним слоем ленты.
Использование импульсного напряжения позволяет значительно повысить стабильность обработки при незначительных нарушениях параллельности установки электродов.
Через вытяжной патрубок происходит удаление продуктов плазмохимических реакций, что улучшает санитарно-гигиенические условия обслуживания установки.
Осуществление предлагаемого способа иллюстрируется примерами. Критерием достижения цели может служить либо так называемая «адгезионная прочность соединения», либо угол смачивания.
Адгезионную прочность определяют как усилие, вызывающее отслаивание слоев пленочного материала, приведенное к линейным размерам соединения. Соединение получают в специальном прессе при температуре 350°С. По требованиям НТД адгезионная прочность соединения полиимид-фторопласт (ПИ/Фт) пленки ПМФ-351 ТП должна быть не менее 180/100 ГС/СМ.
Угол смачивания определяют как угол, образуемый основанием капли дистиллированной воды, нанесенной на испытуемую поверхность, и касательной проведенной к точке соприкосновения жидкости, пленки и воздуха. Его снижение свидетельствует об улучшении адгезионной способности поверхности.
Пример 1. Полиимиднофторопластовую пленку с односторонним покрытием (ПМФ-351) толщиной 40 мкм заправляют в активатор с плоским линейным электродом и цилиндрическим электродом. Цилиндрический электрод покрыт диэлектрическим слоем из полиимиднофторопластовой пленки
с двусторонним покрытием (ПМФ-352). На него подают напряжение от импульсного источника. После возникновения барьерного разряда включают протяжное устройство, благодаря которому обрабатываемая пленка движется с определенной скоростью. После обработки из пленки получают соединение «полиимид-фторопласт» (ПИ/Фт) в указанных условиях и определяют адгезионную прочность. Свойства пленок приведены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства пленок (ПМФ-351) после активации в барьерном разряде
Пленка
Исполне
Диэлек
Адгезионная прочность,
Время экс
ние линей
трическое
ПИ/Фт, гс/см,
плуатации
ного элек
покрытие
средн./мин
покрытия,
трода
цилиндри
До актива
После ак
час.
ческого
ции
тивации
электрода
ПМФ-351,
Рис.2
ПМФ-352,
Отс.
295/190
250
400 мм
400 мкм
ПМФ-351,
Рис.3
ПМФ-352,
Отс.
345/236
480
450 мкм
400 мкм
ПМФ-351,
Рис.4
ПМФ-352,
Отс.
412/356
480
500 мм
400 мкм
Пример 2. Полиимидную пленку (ПИ) обрабатывают так же, как это описано в примере 1, но на цилиндрический электрод наносят покрытие из полиимидной пленки, оборачивая ее вокруг электрода насколько раз. После активации определяют угол смачивания по дистиллированной воде. Результаты анализа приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Свойства пленок (ПИ) после активации в барьерном разряде
Диэлек
Угол смачивания, гра-
Время экс
Тип плен
Исполне
трическое
дус
плуатации
ки, шири
ние линей
покрытие
до актива
после ак
покрытия,
на, мм
ного элек
цилиндри
ции
тивации
час
трода
ческого
электрода,
толщина
ПИ, 400
.Рис.2
ПИ,
74
57
240
400 мкм
ПИ, 450
Рис.3
ПИ,
72
53
460
450 мкм
ПИ, 500
Рис.4
ПИ,
76
55
500
500 мкм
Таким образом, предлагаемая полезная модель характеризуется высокими техническими параметрами. При этом исключается загрязнение обрабатываемого материала частицами другой природы и повышается стабильность горения разряда.