АКТИВАТОР УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛИИМИДОФТОРОПЛАСТОВОЙ ПЛЕНКИ В БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области обработки пластмасс, а именно к устройствам для обработки многослойных термостойких электроизоляционных материалов на основе полиимида, в частности полиимидо-фторопластовой пленки или ленты. Полиимидо-фторопластовая пленка применяется для электрической изоляции проводов и кабелей, а также различных устройств, работающих длительное время в интервале температур от -60 до +200°С.
Уровень техники
Обработка полиимидо-фторопластовой пленки или ленты в барьерном разряде проводится с целью активации и позволяет повысить адгезионную прочность соединения слоев обрабатываемой пленки или ленты между собой.
Известны устройства для обработки пленки в барьерном разряде, содержащие механизм перемещения материала между параллельно установленными электродами, один из которых заземлен и выполнен цилиндрическим (по нему протягивается материал), а второй - соединенный с источником высоковольтного потенциала (коронирующий) выполнен в виде пластин с заостренной кромкой [заявка FR №2578176, публ. 05.09.1986 г.] или ролика [заявка FR №2584560, публ. 09.01.1987 г.].
Наряду с конструктивной простотой и надежностью в эксплуатации данное устройство имеет ряд недостатков.
Недостатки заключаются в отсутствии защиты от электрического пробоя (дугового разряда) в локальных зонах при наличии электропроводных примесей на поверхности или сквозных повреждений обрабатываемого материала, что приводит к падению высоковольтного потенциала на всем остальном протяжении межэлектродного промежутка и, как следствие, к появлению необработанных участков поверхности материала.
В значительной мере этот недостаток устранен в другой группе устройств, содержащих механизм перемещения материала между параллельно установленными электродами, один из которых выполнен цилиндрическим (по нему протягивается материал), а второй - представляет собой щетку с иглами, соединенную через блок импульсного управления с источником высоковольтного потенциала [патент США №3582985, публ. 01.06.1971 г].
В заявке [DE №3347600, публ. 11.07.1985 г] коронирующий электрод выполнен в виде множества 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 промежутке. Нельзя не указать и на технологическую сложность выполнения устройств и на высокие требования к точности изготовления коронирующих электродов.
Попытка устранить основной недостаток вышеуказанных устройств предпринята в устройстве [патент США №4556544, 17.05.1984 г., публ. 03.12.1985 г], где соединенный с источником высоковольтного потенциала электрод предложено снабдить хедером, закрепленным на несущих конструкциях и имеющим механизм перемещения в направлении, нормальном к поверхности материала.
Такая конструкция обеспечивает отвод электрода от заземленного электрода 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 вышеприведенных устройств. Очевидны и сложность (высокие требования к быстродействию) механизма перемещения хедера, который должен «отслеживать» малопротяженные дефекты толщины.
Общим существенным недостатком вышепреведенных устройств является также большая протяженность «активного» межэлектродного промежутка (зоны коронного разряда), что приводит к необходимости использования источников высоковольтного потенциала сравнительно большой мощности при обработке широких листовых (рулонных) материалов, т.к. в противном случае не обеспечивается минимальный уровень удельной поверхностной мощности
2
разряда (для большинства материалов 2-4 кВт/м). Наряду с вышеизложенным коэффициент полезного действия данных устройств, как следует из приведенного анализа, характеризуется сравнительно низкими значениями.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является активатор установки для обработки полиимидофторопластовой пленки в барьерном разряде, содержащий источник импульсного высокого напряжения, камеру активации, в которой размещаются параллельно друг другу цилиндрический электрод и линейный электрод, соединенный с источником импульсного напряжения, причем на поверхность цилиндрического электрода нанесено диэлектрическое фторопласт-полиимид-фторопластовое покрытие [RU41195U1, публ. 10.10.2004].
Несмотря на то, что данный активатор является более технологичным, имеет более высокий КПД и обеспечивает стабильность горения разряда и незначительное загрязнение обрабатываемой поверхности частицами разрушения электродов, он также имеет ряд недостатков.
Применение данного активатора не исключает постоянного разрушения диэлектрического покрытия электродов и переноса продуктов разрушения на обрабатываемую пленку, что приводит к ее загрязнению.
Кроме этого, возникают проблемы с эффективностью обработки в случае, когда обрабатываемая полиимидофторопластовая ленты имеет нестабильность поверхностных свойств как в пределах одного рулона, так рулонов различных партий. Последнее обстоятельство особенно важно, так как получение
полиимидофторопластовой лента со стабильными свойствами требует значительных энергетических затрат.
Сведения, раскрывающие сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении эффективности обработки полиимидо-фторопластовой пленки или ленты в барьерном разряде.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в снижении загрязнения поверхности пленки частицами разрушения электродов; обеспечении стабильности горения разряда, что приводит к более равномерной обработке пленки по ширине; снижению энергозатрат, необходимых для стабилизации свойств по ширине и длине, как в пределах одного рулона, так и рулонов различных партий; повышении качества пленки и эксплутационных характеристик.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что активатор установки для обработки полиимидофторопластовой пленки в барьерном разряде содержит камеру активации с щелевыми входом и выходом, размещенные в камере, по меньшей мере, два параллельно расположенных электрода, по меньшей мере, один из которых, выполнен цилиндрическим и имеет возможность вращения, источник импульсного напряжения, связанным с одним из электродов, причем электроды снабжены диэлектрическим покрытием таким образом, что диэлектрическое покрытие электрода,
обращенного к полиимидному слою обрабатываемой пленки выполнено из фторсодержащего полимера, а покрытие электрода, обращенного к фторопластовому слою обрабатываемой пленки выполнено из полиимида, кроме того, камера активации содержит источник УФ-излучения, расположенный с возможностью воздействия на обрабатываемую пленку.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является то, что электрод, обращенный к полиимидному слою обрабатываемой пленки, снабжен диэлектрическим покрытием из фторсодержащего полимера, а электрод, обращенный к фторопластовому слою обрабатываемой пленки, снабжен диэлектрическим покрытием из полиимида, а камера активации содержит источник УФ-излучения, расположенный с возможностью воздействия на поверхность пленки.
Использование в качестве диэлектрических покрытий, наносимых на поверхность электродов, материалов, одноименных с материалами слоев пленки, в частности, политетрафторэтилена (фторопласта) и полиимида в сочетании с обработкой поверхности пленки УФ-излучением позволяет получить на фторопластовой поверхности пленки адгезионно прочно связанные с ней частицы переноса из полиимида, а на полиимидной поверхности пленки - прочно закрепленные частицы политетрафторэтилена (фторопласта).
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в камере активации целесообразно вблизи щелевого выхода расположить камеру для струйной промывки пленки и камеру сушки пленки.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели источник УФ-излучения
выполнен цилиндрическим и расположен параллельно электродам.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели диэлектрическое покрытие электрода, обращенного к полиимидному слою обрабатываемой пленки, выполнено из сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели диэлектрическое покрытие электрода, обращенного к полиимидному слою обрабатываемой пленки, выполнено из политетрафторэтилена.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели толщина диэлектрического покрытия, нанесенного на каждый электрод, составляет не менее 25 мкм.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели общая толщина покрытий, нанесенных на два электрода, составляет 50-450 мкм.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели диэлектрическое покрытие, по меньшей мере, одного электрода, выполнено с возможностью замены.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели диэлектрическое покрытие целесообразно выполнять путем намотки лент из соответствующего материала на поверхность электрода с последующей термообработкой, приводящей к спеканию и образованию монолитного покрытия.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели один из электродов выполнен в виде пластины.
В результате проведенного поиска по патентным и научно-техническим источникам информации не выявлено решений, содержащих всей совокупности существенных признаков независимого пункта формулы, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности "новизна".
Осуществление полезной модели
Активатор для обработки полиимдофторопластовой пленки в барьерном разряде (фиг.1) состоит из камеры активации 1 и источника 2 импульсного напряжения.
Камера активации 1 выполнена из металла, преимущественно из стали, и снабжена открывающейся крышкой 3 из оргстекла. Крышка 3 удерживается в закрытом состоянии с помощью двух магнитных защелок 4. Камера активации 1 имеет щелевой вывод 5 и щелевой ввод 6 для перемещения обрабатываемой пленки 15, а также отверстие 7, которое может быть соединено с патрубком для связи со средствами напуска и принудительной вытяжной вентиляции (на чертеже не показано).
В камере активации 1 расположен вал 8, по которому протягивается обрабатываемая пленка 15, выполняющий функцию цилиндрического электрода, на поверхность которого нанесено полиимидное диэлектрическое покрытие и электрод 9, на поверхность которого нанесено диэлектрическое покрытие из фторсодержащих полимеров. В качестве фторсодержащего
полимера может быть использован, например, политетрафторэтилен (фторопласт) или сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Толщина диэлектрического покрытия электрода составляет не менее 25 мкм, поскольку, при толщине менее 25 мкм происходит относительно быстрое разрушение покрытий электродов. Общая толщина диэлектрических покрытий составляет 50-450 мкм. При суммарной толщине покрытий, превышающих 450 мкм, снижается активационный эффект. Покрытие электродов 8 и 9 выполняется таким образом, чтобы обеспечивалась возможность его замены. Диэлектрические покрытия электродов изготавливают, например, путем намотки ленты из соответствующего материала на поверхность электрода с последующей термообработкой, приводящей к спеканию и образованию монолитного покрытия.
Электрод 9 выполнен в виде пластины из специального алюминиевого профиля, конструкция которого позволяет возбуждать барьерный разряд по всей ширине полиимидо-фторопластовой пленки, и закреплен на диэлектрическом держателе 10 при помощи винтов 11. Зазор между электродом 9 и валом (цилиндрическим электродом) 8 можно изменять путем поворота кронштейнов 12 и фиксировать зажимами 13. Также электрод 9 может быть выполнен, например, в виде роликов или в виде цилиндра.
Напряжение от источника 2 импульсного напряжения подается на электрод 9 посредством кабеля 14. Включение источника питания 2 осуществляется кнопкой 18, выключение - кнопкой 19. Для автоматического выключения электропитания всей установки по окончании пленки
предусмотрен датчик 20 наличия пленки. В камере активации 1 параллельно электродам 8 и 9 установлен цилиндрический источник 21 УФ-излучения. В качестве источника УФ-излучения может быть использована кварцевая лампа. Включение источника УФ-излучения осуществляется кнопкой 24, выключение - кнопкой 25.
Непосредственно перед щелевым выходом 5 камеры активации 1 размещена камера 22 для струйной промывки пленки полярной жидкостью, например, водой и камера 23 сушки пленки теплым воздухом. Включение насоса (на чертеже не показан), подающего жидкость для струйной промывки, осуществляется кнопкой 26, выключение - кнопкой 27.
Индикаторная лампочка 16 показывает наличие электропитания на установке, а индикатор 17 - ток барьерного разряда.
Устройство работает следующим образом.
В камеру активации 1 через щелевой вход 5 заправляют требующую обработку полиимидо-фторопластовую пленку 15 таким образом, чтобы полиимидный слой пленки 15 был обращен к электроду с покрытием из фторсодержащего полимера, а фторопластовый слой пленки был обращен к электроду с полиимидным покрытием, приводят в движение протяжной механизм, в данном случае цилиндрический вал 8, и пленка 15 начинает перемещаться в зазоре между электродами 8 и 9. Одновременно с перемещением пленки 15 на электрод 9 подается напряжение от источника 2 импульсного напряжения для возбуждения барьерного разряда, включается
источник 21 УФ-излучения и, при необходимости, камера 22 для струйной промывки пленки и камера 23 сушки пленки теплым воздухом.
В процессе перемещения полиимидо-фторопластовой пленки 15 в активаторе в зоне разряда между электродами 8 и 9 происходит обработка ее поверхности. Поскольку, при обработке поверхности пленки 15 в разряде принципиально нельзя исключить загрязнение ее поверхности, то дополнительное воздействие на поверхность пленки 15 УФ-излучения способствует образованию более прочной, возможно химической, связи между частицами разрушения диэлектрических покрытий электродов 8 и 9 и слоями пленки 15, обращенных к указанным электродам. При этом воздействие УФ-излучения на межэлектродную область вследствие фотоионизации, фотоэлектронной эмиссии способствует более стабильному и равномерному горению разряда и, как следствие этого, обеспечивается более равномерная обработка пленки 15 по всей ширине. После прохождения зоны воздействия разряда обрабатываемая пленка 15 поступает в камеру 22 струйной промывки полярной жидкостью (водой), в которой происходит удаление с поверхности ленты 15 слабо связанных с ней частиц переноса, и затем - в камеру 23 сушки теплым воздухом.
Использование в качестве диэлектрических покрытий, наносимых на поверхность электродов 8 и 9, материалов, одноименных с материалами слоев пленки 15 в сочетании с обработкой УФ-излучением позволяет получить на фторопластовой поверхности пленки адгезионно прочно связанные с ней частицы переноса из полиимида, а на полиимидной поверхности пленки -
прочно закрепленные частицы фторсодержащего полимера (фторопласта).
В результате, как показали проведенные исследования, при различных условиях получения пленки, влияющих на свойства материала, при их соединении между собой прочность соединения имеет более высокие значения, т.е. возрастает стабильность и эффективность обработки в барьерном разряде полиимидо-фторопластовой пленки, имеющей исходные нестабильные свойства.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализацию возможно осуществить с использованием известных средств производства, материалов и технологий.