电晕处理器的工作原理

电晕处理器的工作原理

电晕处理器由电极、高电位器及走卷导辊组成，当电压超过1-2mm的空气间隙的电离电阻时，就会产生连续放电，由于导辊上的电介质使放电获得均一的分散。电极装在罩室内，以防接触。为了降温及排除所产生的臭氧，用排气风扇把电晕处理器附近的空气往外吹散。但为了不让臭氧向外排放，还须让排气先通过一个空气净化器。

电晕处理增加基材的附着性能是通过下列机理的：

·移除表面上被吸收的原子和分子。

·促进原子的接触，增进湿润。

·增进表面能，调节极性。

·创造能起化学反应的原子基或功能团。

电晕处理对塑料表面所产生的物理及化学影响是复杂的，其效果主要通过三方面来控制：1、特定的电极系统，2、导辊上的电介质，3、特定的电极功率。

至于走卷速度、卷的宽度及塑料种类的变化，只需调节电机功率，有的是自动控制的，其效果的重复性有保证。

电晕处理的作用在于：

1、从电极上释出的电子受高压的加速而冲向走卷。

2、电子与空气分子相撞击产生部分臭氧及氧化氮。

3、电子与塑料膜（例如聚乙烯）撞击后，使碳氢链或碳碳链断裂。

4、受电晕影响的空气与这些自由基发生反应，主要是氧化。

5、羟基、酮基、醚基、碳酸基、酯均是极性基团，是油墨附着的基础。

由于不同的化学结构有不同的原子键，所以对塑料电晕处理的效果也视塑料的化学结构而异。不同的塑料需要进行不同强度的电晕处理。已证实：BOPP薄膜在生产后还会发生结构状态的变化，在几天内，聚合物由无定形变化成晶体形，从而影响电晕处理的效果。 经过电晕处理后，塑料表面层的交联结构比其内层的交联结构减少，因此其表面层的功能团有较高的移动性。所以，在储存中，不少塑料出现电晕处理效果的衰退，添加剂由内部向表面迁移，也是使表面能下降，影响附着力的因素，这种负面影响无法完全抑制。

实际上相对湿度也会影响电晕处理的效果，湿度是去极化剂，但一般来说由于影响并不严重，往往在测试误差范围之内，被忽略不计。如果采用连机电晕处理，则更可不必考虑。

要把塑料表面处理达到一定的表面能，就需要把电晕处理的量（D）达到一定数值，其公式是：D=P÷（CB×V）

D=电晕处理量 P=电动机功率（瓦） CB=电晕处理宽度（米）

V=走卷速度（米/分）

举例：有一塑料薄膜印刷商要以350米/分的速度进行1600mm宽的薄膜印刷，有PET、LDPE、PP共聚体及PP均聚体等不同塑料膜。在开印前，这些薄膜的表面能均须处理达到45mN/m以上，根据电晕处理经验，知道上述各种薄膜的电晕处理量大致要达到：

PET 5.0（由42达到45 mN/m）

LDPE 7.5（由38达到45 mN/m）

PP共聚体12.5（由40达到45 mN/m）

PP均聚体25.0（由39达到45 mN/m）

那么其电晕处理的功率（P）也就可以根据P=D×CB×V计算出来，其中PP均聚体的功率要求最高为25×1.6m×350米/分=14000瓦，而PP共聚体为7000W，LDPE为4200W，PET为2800W。

一般情况来说，电晕处理器器是按照要求最高的功率设定，对于要求低些的薄膜，把功率调低来处理。

电晕处理器的效果与电极的设计有较大关系。多片电极的效果最好（如Softal公司的专利），这一系统的特点是电晕处理的能力是通过平行成排的电极片播散出来的。在热膨胀的情况下，电极片可以在不改变极片间隙的情况下移动。另一优点是：由于放电的均一性，可避免长持续的放电通道。据对比，多片电极比一般金属电极（如单片电极或U型电极）的效果，可能要高出5到10 mN/m。而且处理后的塑料在储存一个月后，其表面能的衰减情况前者却反而比后者弱

塑料薄膜表面处理的必要性：

塑料薄膜通过凹版印刷的方法印上图案以后，能起到美化商品包装的作用，对商品具有良好的宣传作用，有着其他印刷材料不可比拟独特优点。但是其中最常用的聚烃薄膜材料（PE、PP、改性聚烯烃等）属于非极性的聚合物，其表面自由能相当低，仅2.9~3.0*10-6j/cm2 从理论上来讲，若某种物体表面自由能低于3.3*10-6j/cm2，那么就几乎无法付着目前已知的任何一种胶粘剂。故而，要使油墨在聚烯烃表面获得一定印刷牢度，就必须提高其表面自由能，根据目前的工艺要求，应达到3.8~4.0*10-6j/cm2 才行。目前为止，国内外最普遍采用的塑料薄膜的有效处理方法就是电晕处理方法。

电晕处理的效果

由于电晕处理一般在空气中进行，所以在高压、高频电火花的冲击条件下，一方面空气发生了电离，产生了各种极性基团；另一方面聚烯分子结构中的双链，特别是其支链上的双链更易打开。这样，就在处理的瞬间，各种极性基团与高聚物表面发生了接枝反应，从而使聚烯烃表面由非极性变成极性表面。可以这么说，经电晕放电处理后的聚烯烃表面，大约几个10-10m的厚度已变成了与原聚烯烃结构完全不同的极性物质，表面自由能由此大大提高，经测定可达3.8-4.0*10-6J/cm2。同时，高压高频电火花将薄膜材料表面通过冲击打毛(用高放大倍数的电子显微镜观察，可在处理表面看到小沟槽状凸凹不平)，从而提高了油墨的浸润性和接触面积。由此由化学和物理两方面的作用从而提高了油墨在其表面的附着牢度。

电晕处理改善塑料表面与油墨的结合力 (2008-04-19 12:16:13)

标签：杂谈 当前塑料UV胶印在立体印刷、卡片、盒形包装印刷等领域的应用越来越广泛，然而塑料承印材料的表面能较低，油墨难于附着在塑料表面，因此提高油墨在塑料表面的润湿性成为塑料印刷工艺中急需解决的问题。前不久，北京印刷学院与北京多彩印刷有限公司合作，从实际生产出发，用UV胶印油墨进行打样实验，探讨了在不同电晕处理条件下获得的具有不同表面活性的塑料承印材料对UV胶印油墨的附着力、油墨转移性能、叠印效果、印刷密度等油墨印刷适性的影响。

实验器材

（1）塑料承印材料使用PET、PVC、PP三种。

（2）塑料表面接触角测试使用水和二碘甲烷作为标准液体。

（3）塑料表面处理使用可以调节电流强度的SDCD16-3-20介质表面电晕处理仪。

（4）接触角测试使用接触角仪，通过接触角换算成表面张力。

（5）印刷打样使用IGT印刷适性仪。

电晕处理与塑料表面性能

1.电晕处理对接触角的影响

改变电晕处理电流强度可以获得不同表面能的塑料表面。图1、图2分别为水、二碘甲烷在塑料表面的接触角与电晕处理电流强度的关系。

从图1、图2的测试结果可以看出，随着电晕处理电流强度的增加，液体在塑料材料表面的接触角呈现下降的趋势，表明电晕处理对塑料材料表面结构具有一定的破坏作用，在经过电晕改性后，塑料材料的表面极性提高，表面能有所增加，有利于液体在其基层润湿。

2.电晕处理对表面张力的影响

对塑料表面进行电晕处理后，实质是改变了塑料表面的表面张力。图3表示三种塑料承印材料表面张力与电晕处理电流强度的关系。由此可以看出，电晕处理电流强度在一定范围（小于8A）时，随着电流的增大，电晕放电时产生的粒子动能增大，对打开塑料材料表面长链的化学键有利，表面能相应增加，因此塑料的表面张力随电流强度的增大而增加。但在电晕处理电流超过一定强度后，塑料表面结构遭到严重破坏，同时由于电晕作用产生的离子沉积在塑料表面，导致塑料表面能下降，因此表面张力出现下降趋势。三种塑料材料表面张力随电流强度的变化趋势相似，增幅均可达到7～8达因/厘米。PVC塑料材料的峰值出现在电流强度为7A处，PET、PP塑料材料的峰值则出现在电流强度为8A处。由于不同材料在性能上的差别，电晕处理时需要的激发电流强度不尽相同，而且在处理过程中，材料会被氧化生成不同的基团，也会影响塑料的表面张力。

塑料承印材料经电晕处理后形成高能表面，但其保持时间受放置时间、环境温湿度的影响。图4表示PP、PVC、PET三种塑料材料经8A电流处理后，表面张力与放置时间的关系。在最初一段时间（3～5天）电晕处理效果消退速度较快，一般会降低几个达因。随着放置时间的延长，表面张力的下降速度逐渐减小，放置23天后，三种塑料材料的表面张力仍然比未经电晕处理时高出3～4达因/厘米。电晕效果消退的原因主要有两点：一是由于塑料承印材料高聚物分子链的自由旋转，使得活性基团逐渐转入到高聚物内部，导致表面润湿性降低；二是长时间放置使得活性表面吸附各种杂质导致表面能下降。因此实际生产中，塑料表面经处理后，应尽快实施印刷，不宜长时间放置，以免处理效果衰减造成材料印刷适性变差。

塑料表面电晕处理与油墨印刷适性

1.塑料表面处理对UV胶印油墨附着性的影响

油墨附着性是指油墨墨膜与承印材料表面通过物理和化学作用相互粘结的能力，通常用附着力来衡量。实验中油墨附着力采用划格法进行表征。具体方法为：在面积为1cm×1cm

的样张上等间距划出10个×10个方格，然后用胶带从这些方格上粘揭，计算粘揭后油墨墨膜脱落的面积率，以此表示油墨在承印材料表面的附着力。

图5表示品红油墨在三种塑料承印材料表面的附着力与电晕处理电流强度的关系。测试结果表明，在PET和PVC材料上打样，电晕处理前后，油墨均具有很强的附着性，无墨膜脱落现象。在PP材料上打样，油墨的附着性受电晕条件的影响，电晕处理电流强度增大，表面能增加，油墨附着力增强，但电流强度过大，表面能下降，油墨附着力也降低。使用白、黄、青、黑色油墨打样，各色油墨在三种塑料材料上的附着性都表现出同样的趋势。

塑料印刷通常先印白墨，再进行四色叠印。为了探讨印刷白墨后对其他颜色油墨附着性的影响，测试了各色油墨在白墨上叠印后的附着力。图6为三种塑料承印材料上品红油墨在白墨上的叠印效果与电流强度的关系。从图中可以看出，在PET、PVC材料上打白底后，品红墨的附着性很好。但在PP材料上打白底，再叠印品红油墨时，附着力极差。其他颜色油墨在白底上叠印时，也表现出同样的叠印结果。因此，实际印刷生产中需要在白墨上进行四色叠印时，应避免使用PP塑料材料。

2.塑料表面处理对油墨转移率的影响

油墨转移率是指从印版转印到承印材料上的油墨量与转印前印版上油墨量的比值，用百分比表示。通常油墨转移率越高印刷效果越好。

图7、图8、图9分别表示各色油墨在PET、PVC、PP三种塑料承印材料上的油墨转移率。从图中显示结果可以看出，总体上，三种塑料承印材料经表面电晕处理后，油墨转移率都有不同程度的提高。塑料经表面电晕处理后，增加了表面能，提高了油墨在塑料表面的润湿性，增强了油墨与塑料表面的结合力是提高油墨转移率的主要原因。白墨在三种承印材料上都有较高的转移率，表面电晕处理后，转移率高达50%以上，黄墨的转移率最低，约为30%。

3.塑料表面处理对油墨叠印率的影响

油墨叠印率是衡量彩色印刷质量的重要参数之一，油墨在承印材料表面的润湿性能对油墨叠印率有较大影响。为了探讨塑料承印材料表面能对UV胶印油墨叠印率的影响，用不同电流强度分别对三种塑料承印材料进行表面电晕处理后，先用白墨打样作为底色，再在白墨上进行青墨、品红墨叠印，测试的油墨叠印率与电流强度的关系如图10所示。从图示测试结果可以看出，随着电晕处理电流强度的增大，在塑料表面张力上升的范围，油墨的叠印率呈上升趋势。电流强度过大，导致塑料表面张力降低时，油墨叠印率也随之下降。这说明对塑料UV胶印来说，塑料材料的表面活性越高，越有利于提高UV胶印油墨的叠印率，从而获得更佳的印刷效果。

实验结论

（1）塑料承印材料的表面活性随电晕处理电流强度的增加而增大，电流强度过大将导致表面活性下降。

（2）UV胶印油墨转移率随塑料表面张力的增大而增加。使用7～8A的电流强度进行电晕处理，能够得到最大油墨转移率。

（3）塑料承印材料经电晕表面处理后，能够提高UV胶印油墨的附着力。但电晕处理电流强度过大，由于降低了塑料表面活性，反而导致附着力降低。

（4）在用白色打底的塑料承印材料上进行其他颜色油墨叠印时，油墨叠印率随塑料表面张力的增大而上升。

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