电晕放电处理

典型的电晕放电处理装置由高压绝缘电极、反相接地电极(一般为辊子，也称感应辊)和高频发生器组成。处理时。高分子材料在电极和感应辊之间通过，当所施加的电压达到空气的击穿电压后，电极间就会放电，生成常压等离子体。等离子体和高分子表面发生各种化学反应，使羰基、酮、醚、羧基及酯等化学基团以化学键结合在高分子表面上。从而提高了材料的表面能，并最终改善了材料表面对印刷油墨、油漆、黏合剂及各种其他涂料等的黏合性能。

电晕放电处理使得材料表面黏结性能提高的原理在于：电晕放电区形成的低温等离子虽作为物质的整体在宏观上是电中性的，但电离后产生的带负电荷的自由电子、带正电荷的离子，以及原子在电离和复合中产生的光子具有较高的能量，电子能量可达2～10ev，光子能量可达2～4eV。这么高的能量(温度)是其他化学方法所不能提供的。另一方面，构成塑料等的有机化合物的许多键能一般为几个eV。其结合能的大小与电晕放电等离子体中电子、离子、光子的能量相接近。因此，当这些粒子与材料表面作用时，可以轻易地把分子链打开，使它们成为自由基，进而生成有活性的基团，如一OH、一C=O和一COOH等，加速了表面的活化，同时使表面结构紧密大分子变成较小的分子。这种活化后的表面润湿性能大大改善，更易于与其他材料结合，所以可大大提高印刷油墨的附着强序。

电晕放电处理主要用于塑料薄膜的处理，对于纸、纸板、泡沫带以及铝箔类的导电性材料的表面处理也有明显的效果。但电晕处理方法还存在一些问题，如处理过度，则薄膜会自粘，并造成增塑剂、防静电剂等添加剂析出表面，使薄膜透明度下降。此外，处理效果会随时间而衰减，因此表面处理后最好立即印刷才能取得较好的印刷质量和油墨附着强度。处理铝箔之类导电材料还须对处理装置做适当改进后才能适用，对于异形体材料的表面处理，目前已开发出了专门的电晕放电处理装置。

承印物印前表面处理除采用电晕处理的方法外，还有火焰处理、臭氧处理、紫外线处理、化学药品处理等方法。

电晕放电处理(又称电火花处理)是将2～100kV、2～10kHz的高压高频施加于放电电极上．以产生大量的等离子气体臭氧，其与高分子材料表面分子直接或间接作用，使高分子材料表面分子链上产生羰基和含氮基团等极性基团，表面张力明显提高，而强烈的离子冲击会使高分子材料表面粗化，去油污、水汽和尘垢等。这些作用协同的结果导致高分子材料表面的黏附性明显改善，实现高分子材料表面预处理的目的。

电晕处理具有处理时间短、速度快、操作简单、控制容易等优点，因此目前已广泛应用于高分子材料薄膜印刷、复合和黏接前的表面预处理。但是电晕处理后的效果不稳定，因此处理后最好当即印刷、复合、黏接。

影响电晕处理效果的因素有处理电压、频率、电极间距、处理时间及温度、印刷性和黏接力随时间的增加而提高，随温度升高而提高。实际操作中．通过采取降低牵引速率、趁热处理等方法，以改善效果。

电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光；当导体上有曲率半径很小的尖端存在时，则发生电晕放电。电晕放电可能指向其他物体也可能不指向某一特定方向。电晕放电时，尖端附近的场强很强，尖端附近气体被电离，电荷可以离开导体；而远离尖端处场强急剧减弱，电离不完全，因而只能建立起微小的电流。电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光。电晕放电可以是连续放电，也可以是不连续的脉冲放电。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度。在某些情况下，如果升高尖端导体的电位，电晕会发展成为通向另一物体的火花。

形成电晕所需电场不均匀的程度与气体的种类有很大关系。在负电性的气体中，当电极为球一平面、电极间隙为球半径时，产生电晕放电。相反，若气体为非负电性气体时，则不产生电晕放电。

电晕放电的极性决定于具有小曲率半径电极的极性。如果曲率半径小的电极带正电位，则发生正电晕放电，反之发生负电晕放电。此外，按提供的电压类型也可将电晕放电分为直流电晕、交流电晕和高频电晕。按出现电晕电极的数目分为单极电晕、双极电晕和多极电晕。

（1）电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕，会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。进行线路设计时，应选择足够的导线截面积，或采用分裂导线降低导线表面电场的方式，以避免发生电晕。对于高电压电气设备，发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能。电晕放电的空间电荷在一定条件下又有提高间隙击穿强度的作用。当线路出现雷电或操作过电压时，因电晕损失而能削弱过电压幅值。

（2）利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理、空气净化等。

（3）地面上的树木等尖端物体在大地电场作用下的电晕放电是参与大气电平衡的重要环节。

（4）海洋表面溅射水滴上出现的电晕放电可促进海洋中有机物的生成，还可能是地球远古大气中生物前合成氨基酸的有效放电形式之一。

（5）电晕放电的能量可通过光辐射、中性分子流和离子流而作用于材料表面，这些能量的作用是材料表面改性的根本原因。电晕放电过程及在高分子材料表面的作用如图1：电晕放电过程及在高分子材料表面的作用图所示。

电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。

在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。

电晕电流这一现象是G.W.特里切尔于1938年发现的，称为特里切尔脉冲。若电压继续升高，电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大，转变为负辉光放电。电压再升高，出现负流注放电，因其形状又称羽状放电或称刷状放电。当负流注放电得以继续发展到对面电极时，即导致火花放电，使整个间隙击穿。正极性电晕在尖端电极附近也分布着正离子，但不断被推斥向间隙空间，而电子则被吸进电极，同样形成重复脉冲式电晕电流。电压继续升高时，出现流注放电，并可导致间隙击穿。

工频交流电晕在正、负半周内其放电过程与直流正、负电晕基本相同。工频电晕电流与电压同相，反映出电晕功率损耗。工程应用中还常以外施电压与电晕电荷量的关系表示电晕特性，称为电晕的伏库特性。