生箔機(jī)陽(yáng)極槽密封方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化

摘 要 

生箔機(jī)陽(yáng)極槽是生產(chǎn)電解銅箔的主要設(shè)備，本文講述了陽(yáng)極槽的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，解決了陽(yáng)極槽滲漏CuSO4電解液的問(wèn)題，為高質(zhì)量銅箔的生產(chǎn)提供技術(shù)保證。

銅箔是電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料，也是制作印制電 路板（PCB）、覆銅板（CCL）和鋰電池的主要原材料。隨著電子信息產(chǎn)品趨于高性能化，電路板的多層化及密集化的發(fā)展，銅箔不但要求厚度越來(lái)越薄，而且物理和化學(xué)指標(biāo)都有了更高要求，特別是高品質(zhì)電解銅箔，在電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。銅箔品質(zhì)的提高主要依賴于工藝技術(shù)和與之相配套的設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步。眾所周知，銅箔設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備為電解生箔機(jī)、表面處理機(jī)和相關(guān)的檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備，以及排污處理設(shè)備等。其中，與銅箔生產(chǎn)品質(zhì)直接相關(guān)的是電解生箔機(jī)、表面處理機(jī)。

1.電解生箔機(jī)工作原理

目前世界上大多數(shù)國(guó)家生產(chǎn)電解銅箔采用輥式 連續(xù)電解方法。該方法是在電解槽內(nèi)安裝陰極輥?zhàn)鳛殛帢O和不溶性材料制成的陽(yáng)極，陰極輥浸入電鍍液中，通電后，電解液中的銅沉積到輥筒表面形成銅箔，再將此剝離、水洗、干燥、卷取，而后進(jìn)一步進(jìn)行表面處理。

該生箔機(jī)結(jié)構(gòu)一般主要由陰極輥、陽(yáng)極槽、供液裝置、收卷裝置、在線拋光裝置以及電器控制等系統(tǒng)構(gòu)成。在系統(tǒng)部件中陰極輥、陽(yáng)極槽是生箔機(jī)的關(guān)鍵部件，陽(yáng)極槽作為電解液容器，要保證電解液不滲 漏；并且為生產(chǎn)銅箔提供直流電。圖 1 為電解銅箔生箔機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

2.陽(yáng)極槽結(jié)構(gòu)及CuSO4溶液滲漏問(wèn)題分析

2.1 陽(yáng)極槽結(jié)構(gòu)

陽(yáng)極槽主要由陽(yáng)極槽支架、陽(yáng)極槽 PVC 組焊件、 陽(yáng)極母板組件、進(jìn)液裝置、陽(yáng)極槽密封組件、陽(yáng)極槽屏蔽組件、導(dǎo)電銅排組件等組成。陽(yáng)極槽的使用溫度為 50°C~60°C。

2.2 CuSO4 溶液滲漏問(wèn)題分析 

2012~2013 年我公司研制生產(chǎn)的陽(yáng)極槽在使用過(guò)程中出現(xiàn)了 PVC 板開(kāi)裂、陽(yáng)極母板底部滲漏電解液、唇形密封條與陰極輥 PVC 端板處滲漏電解液、硫 酸銅溶液結(jié)晶后侵蝕陽(yáng)極母板與密封條等問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)生箔現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程及陽(yáng)極槽結(jié)構(gòu)的研究分析，總結(jié)出造成 CuSO4 溶液滲漏的原因有以下兩點(diǎn)： 

（1）陽(yáng)極槽采用 PVC 內(nèi)弧板和鈦陽(yáng)極母板通過(guò)螺栓組裝在一起，陽(yáng)極槽工作溫度56℃左右，停機(jī)狀 態(tài) 15℃左右，溫差 40℃左右。鈦材線膨脹系數(shù)為 8.5× 10-6（1/℃），PVC 線膨脹系數(shù)為 80×10-6（1/℃），所以在 工作狀態(tài)和停機(jī)狀態(tài)會(huì)造成 PVC 材料焊縫與母材開(kāi)裂，造成陽(yáng)極槽 CuSO4 溶液滲漏，如圖 2 所示。 

（2）陽(yáng)極槽密封組件中的三元乙丙唇形密封條與陰極輥 PVC 端板長(zhǎng)期摩擦產(chǎn)生間隙，CuSO4 溶液結(jié)晶后侵蝕所產(chǎn)生的間隙，造成電解液滲漏，如圖 3 所示。

圖2 陽(yáng)極槽 PVC 弧板開(kāi)裂圖

3.陽(yáng)極槽密封方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)造成 CuSO4 溶液滲漏的兩點(diǎn)原因，在新型 陽(yáng)極槽設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，采用和陽(yáng)極母板相同材料的鈦襯組件與陽(yáng)極母板焊接，鈦襯組件主要由 4mm 厚的鈦板鈑金制作并組焊成，陽(yáng)極槽鈦襯組件與鈦母板進(jìn)行焊接，形成密閉電解液容器，將陽(yáng)極槽鈦襯組件、陽(yáng)極母板及進(jìn)液裝置組焊成陽(yáng)極槽電解液腔體，從而根本解決陽(yáng)極槽的電解液滲漏。如圖 4 所示。

圖4 鈦襯組件與陽(yáng)極母板焊接圖

同時(shí)設(shè)計(jì) 2mm 厚的聚四氟乙烯板密封板，安裝在 PVC 密封板墊板上，并覆蓋在三元乙丙唇形密封條之上。改進(jìn)后的陽(yáng)極槽密封組件由密封條固定板、 密封板墊板、密封板、唇型密封條組裝成，如圖 5 所 示。

其中密封條固定板、密封板墊板的材料為 PVC 板。密封板為聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯具有耐高 溫、耐低溫、耐腐蝕、高潤(rùn)滑、不粘附、電絕緣性良好等特性，是良好的密封材料，耐磨性極好，可以減小與陰極輥 PVC 端板的摩擦產(chǎn)生的阻力。該組件主要作用是解決陰極輥 PVC 端板側(cè)漏問(wèn)題，屬于動(dòng)密封。

圖5 陽(yáng)極槽密封組件設(shè)計(jì)優(yōu)化后示意圖

鈦襯兩邊弧板上下分別焊接鈦螺母，上部固定密封條固定板。下部連接鈦襯組件和弧形支架，保證鈦襯組件固定可靠的要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

陰極輥與陽(yáng)極槽長(zhǎng)期處于高溫、高電流、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)酸性的工作環(huán)境，只有保證陰極輥與陽(yáng)極槽的密封性以及正確的設(shè)備材料選型，才能保證陰極輥的正常運(yùn)行。

功能性材料應(yīng)用反饋

泰晟供給的耐熱PVC板，經(jīng)銅箔領(lǐng)域客戶使用實(shí)際反饋：

◆加工及使用中不會(huì)有分層、起屑、變形現(xiàn)象；

◆無(wú)離子析出，避免了污染藥液及影響產(chǎn)品質(zhì)量；

◆泰晟供給的耐熱PVC板經(jīng)過(guò)HTD(熱變形溫度)和維卡軟化溫度測(cè)試，優(yōu)良的性能參數(shù)更適用于高溫度的加工設(shè)備。

上海泰晟功能性材料解決方案，專業(yè)為銅箔領(lǐng)域提供耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿的改性材料PVC及工程塑料，期待與您的合作！

本文來(lái)源聲明：本著尊重原創(chuàng)作品的原則，向本文創(chuàng)作者們致以崇高的敬意！

本文內(nèi)容來(lái)源于鍛壓裝備與制造技術(shù)2018年53/3期刊，版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本公眾號(hào)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題，請(qǐng)來(lái)電或致函告之，我們將及時(shí)給予處理！

原文作者：陸林，楊東海，陸小蕊，李學(xué)雷

（西安航天動(dòng)力機(jī)械有限公司，陜西 西安 710025）