CC BY
21
Trapeznikova Olga Valerievna, senior lecturer, ol-trapeznikova@yandex. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Rovenskikh Anzhela Anatolievna, candidate of political sciences, professor, an-gelrovenamail.ru, South Korea, Taejon, University Joongbu
УДК 655.3.6:678.674 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-365-370
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК В ПЕЧАТНОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ
А.В. Чиженко, Е.А. Вилкова, Е.Г. Шаймарданов, Е.Б. Баблюк
Рассматрены подходы к выбору конструкции коронирующих устройств для обработки пленок из полиэтилентерефталата, предназначенных для изготовления изделий печатной электроники. Обоснован выбор материалов для изготовления коронирующих электродов, а также их конструкция. Даны рекомендации по выбору материала диэлектрического покрытия заземленного электрода.
Ключевые слова: пленка из ПЭТФ, коронный разряд, конструкция коронато-
ров.
Важное звено проблемы повышения качества изделий печатной электроники -создание гибкой прозрачной подложки с высокой адгезионной способностью к функциональным слоям. В настоящее время наиболее часто в качестве подложки изделий печатной электроники используют двухосно-ориентированные и термофиксированные пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Однако будучи гидрофобным полимером, ПЭТФ не способен к сильному адгезионному взаимодействию с гидрофильными композициями функциональных слоев изделий печатной электроники. Известно много способов повышения гидрофильности полимерных пленок, в том числе из ПЭТФ [1-3]. Из них наиболее эффективен способ активации пленок из ПЭТФ коронным разрядом [4,5]. Для успешной реализации способа активации пленок из ПЭТФ необходимо предложить конструкцию коронирующего устройства с параметрами его элементов позволяющими наиболее эффективно осуществлять активацию поверхности. В ряде работ [68] приведены конструкции коронирующих устройств, но из этих данных не ясно, каким особенностям нужно отдать предпочтение и как эти особенности будут влиять на адгезионные свойства пленок из ПЭТФ.
В качестве объекта исследования использовали пленку из ПЭТФ, ориентированную в двух взаимно перпендикулярных направлениях толщиной 65 мкм, изготовленную по ГОСТ 24234-80. Гидрофильность поверхности пленки оценивали по величине краевого угла смачивания дистиллированной водой. Обработку поверхности пленки проводили в переменном поле частотой 40 кГц на специальной лабораторной установке (рис.1).
Исследования показали [9], что при обработке ПЭТФ пленок коронным разрядом на ее поверхности индуцируется электрический заряд. Этот заряд распределяется неравномерно, что приводит к сильному разбросу гидрофильных свойств на активированной поверхности. Покрывая заземленный электрод слоем диэлектрика, как это показано в работе [9], удается снизить неравномерность распределения заряда и краевого угла смачивания по поверхности ПЭТФ пленки после её активации. На рис. 2 представлена диаграмма изменения гидрофильности поверхности по ширине пленки на образцах, обработанных коронным разрядом с применением диэлектрического покрытия
365
на заземленном электроде и без него. В качестве диэлектрического покрытия в данном эксперименте использовался слой полиэтилена толщиной 2 мм. При обработке коронным разрядом без покрытия заземленного электрода слоем диэлектрика, в качестве диэлектрика выступали образцы обрабатываемой ПЭТФ пленки.
Рис. 1. Блок-схема установки для исследования параметров коронного разряда: 1 — генератор УЗГ-З-0,4; 2 — трансформатор силовой повышающий; 3 — коронирующееустройство; 4 — осциллограф; 5 — вольтметр; 6 — миллиамперметр; 7 — частотомер; 8 - киловольтметр
Согласно данным исследования [10], наибольший эффект повышения уровня адгезионной прочности для пленок из ПЭТФ наблюдался при токе коронного разряда 60...80 мА. Осуществление коронного разряда с такими параметрами весьма затруднено вследствие частых случаев пробоя воздушного зазора. Поэтому при подборе диэлектрического покрытия заземленного электрода необходимо чтобы материал диэлектрика имел низкую диэлектрическую проницаемость и высокие значения пробивной напряженности. В табл. 1 представлены значения пробивной напряженности электрического поля и диэлектрической проницаемости некоторых полимеров, используемых в качестве диэлектрического покрытия в коронирующих устройствах.
о
Е, I | | | |_I_I_I_I_I
М 0 3 1(1 15 20
Ширина пленки, см
Рис. 2. Диаграмма изменения гидрофильности поверхности ПЭТФ пленки, обработанной коронным разрядом: 1 — без диэлектрического покрытия на заземленном электроде; 2 — с диэлектрическим покрытием
Из результатов, представленных в табл.1, видно, что наилучшим диэлектрическим материалом является резина из силиконового каучука. Практика показала, что использование диэлектрического покрытия из силиконовых резин позволяет создавать коронный разряд со значением тока разряда 80 мА при зазорах между электродами 1.5 мм, при этом исключена вероятность пробоя.
366
Таблица 1
Диэлектрические свойства ряда полимерных материалов_
Материал Пробивная напряженность, кВ/мм Диэлектрическая проницаемость
Полистирол 20...25 2,56
Полиметилметакрилат 25...30 2,84
Поливинилхлорид 22.26 3,0
Полиэтилен 22.26 2,3
Резина из силиконового каучука 35.40 2,0
Политетрафторэтилен 25.27 2,1
Для определения приемлемого значения толщины диэлектрического покрытия на заземленном электроде изучали влияние толщины диэлектрика на величину тока коронного разряда. На рис. 3 представлены обобщенные результаты, полученные при записи вольтамперных характеристик при различных величинах зазора между электродами
-1_I_I_1_I |
О 1,0 2,0 3,0
Зазор между электродами, мм
Рис. 3. Зависимость тока коронного разряда от величины зазора между электродами при различной толщине диэлектрического покрытия на заземленном электроде: 1 —1,0 мм; 2 —1,7 мм; 3 — 2,25 мм
Из полученных характеристик видно, что с увеличением толщины диэлектрика влияние зазора на величину тока коронного разряда уменьшается и при толщине 2,25 мм практически исчезает. Следовательно, увеличивать толщину диэлектрического покрытия заземленного электрода более 2,25 мм не целесообразно.
К материалу коронирующего электрода предъявляются следующие требования:
материал должен обладать минимальной энергией выхода электрона с поверхности;
материал не должен разрушаться под действием продуктов ионизации воздуха в разрядном промежутке.
В табл. 2 представлены значения работы выхода электрона для ряда материалов [11].
Таблица 2
Значения работы выхода электрона для ряда^материалов_
Материал Работа выхода электрона, эВ Материал Работа выхода электрона, эВ
Си 4,4 Ге 4,4
N1 5,03 С (графит) 4,8
W 4,52 Са 2,8
А1 4,2 № 2,3
Согласно данным, представленным в табл. 2, казалось бы, можно рекомендовать Са и № в качестве материала коронирующего электрода, однако эти материалы будут интенсивно разрушаться в плазме коронного разряда под действием образующе-
367
гося озона. Поэтому из указанных выше материалов целесообразно остановиться на А1. Применение коронирующих электродов из алюминия показало, что параметры разряда практически не изменяются в процессе эксплуатации установки при постоянстве величины зазора между электродами и коронирующего напряжения.
При исследовании зависимости параметров коронного разряда от профиля коронирующего электрода были изготовлены электроды пяти различных профилей (рис.4).
I И Ш IV V
Рис. 4. Поперечное сечение исследуемых типов коронирующих электродов
20 40 60 80
Ток разряда, мА
Рис. 5. Вольтамперные характеристики коронного разряда с различным типов электродов из алюминия (обозначения — см. на рис .4)
Анализ вольтамперных характеристик позволяет предположить, что электроды профилей I и II менее пригодны для использования их для изготовления коронирующих электродов. Для профилей III, IV и V вольтамперные характеристики имеют линейный вид в области рабочих параметров коронного разряда.
Выводы
1. На основе анализа имеющейся информации, а также в результате экспериментальных исследований даны рекомендации в части элементов конструкции корони-рующих устройств, используемых для производства изделий печатной электроники.
2. В результате теоретических и экспериментальных исследований обоснован выбор материалов для изготовления коронирующего электрода и диэлектрического покрытия заземленного электрода коронирующих устройств.
Список литературы
1. Журавлева Г.Н., Комарова Л.Ю., Кондратов А.П. Активация запечатываемой поверхности гибкой упаковки из полипропилена обработкой растворителями // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. №1, 2015. С. 20-26.
2. Reinhold I., Hendriks C.E., Eckardt R., Kranenburg J.M., Perelaer J., Baumannbd R.R., Schubert U.S. Argon plasma sintering of inkjet printed silver tracks on polymer substrates // Journal of Materials Chemistry. 2009. 19(21): P. 3384-3388. DOI: 10.1039/ b823329b.
3. Равшанов Д.Ч., Баблюк Е.Б., Уварова Н.В. Особенности обработки коронным разрядом полимерных запечатываемых материалов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2013. №4. С. 38-46.
4. Могинов Р.Г., Нагорнова И.В., Тамойкина Р.Н., Летяго А.Г., Баблюк Е.Б. Особенности флексографской печати электропроводящих элементов на полимерных подложках // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2017. № 1. С. 3-10.
5. Равшанов Д.Ч., Баблюк Е.Б. Влияние коронного разряда на качество печати полимерных пленок // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. Душанбе: Сино, 2017. С. 149-155.
6. Collaud Coen M., Lehmann R., Groening P., Schlapbach L. Modification of the micro- and nanotopography of several polymers by plasma treatments // Applied Surface Science. 2003. № 1-4 (207). P. 276-286.
7. Gancarz Irena, Piclowski Jacek. Badanie adhezji miedzy poliamidem 6 i polipro-pylenem modyfikowanym plazma mikrofalowa // Polimery. 2001. № 9 (46). P. 622-630.
8. Pospieszna J. Effect of surface treatment on polypropylene film-oil interactions // IEEE Trans. Dielec. and Elec. Insul. 2001. № 4 (8). P. 710-713.
9. Анохина И.В., Максимов С.В., Летяго А.Г., Баблюк Е.Б. Об особенностях измерения параметров электрического поля полимерных пленок // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2012. №3. С. 3-8.
10. Губкин А.Н., Перепелкин А.Н., Баблюк Е.Б. Гидрофильность поверхности полиэтилентерефталатной пленки, активированной коронным разрядом // Электронная обработка материалов, АН Молдавской ССР. 1978. №5. С. 59-62.
11. Краткий справочник физико-химических величин. Л.: Химия, 1974.
243 с.
Чиженко Анна Валерьевна, старший преподаватель, anna_selkina@,mail.ru, Россия, Симферополь, Крымский федеральный университет,
Вилкова Екатерина Андреевна, аспирант, jusykatya@mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Шаймарданов Егор Галимжанович, магистрант, plow er9@gmail. com, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Баблюк Евгений Борисович, д-р техн. наук, профессор, bablyuk. evgeny@ yandex. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
FEATURES OF THE DESIGN OF EQUIPMENT FOR THE PROCESSING OF POLYMER
FILMS IN PRINTING ELECTRONICS
АУ. Chizhenko, E.А. Wilkova, E.G. Shaimardanov, Е.B. Bablyuk
Approaches to the design of crowning devices for the processing of films from PET, designed for the manufacture of printed electronics products are considered. The choice of materials for the manufacture of crowning electrodes, as well as their design, is substantiated. Recommendations are given for the choice of the material of the dielectric coating of the ground electrode.
Key words: PET film, crown discharge, design of crown discharge equipment.
Chizhenko Anna Valerievna, senior lecturer, anna_selkina@,mail. ru, Russia, Simferopol, Crimean Federal University,
Wilkova Ekaterina Andreevna, postgraduate, jusykatya@,mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnical University,
Shaimardanov Egor Galimganovich, undergraduate, plower9@,gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnical University,
Bablyuk Evgeniy Borisovich, doctor of technical sciences, professor, bablyuk. evgeny@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnical University
УДК 778.14.072 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-370-373
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРАСИТЕЛЕЙ В ДИАЗОГРАФИИ
О.В. Демьянов
Рассмотрена специфика получения азокрасителей разных цветов. Описаны особенности одновременного использования нескольких азокрасителей.
Ключевые слова: диазография, краситель, азокраситель, азосочетание, реакция, энергия активации.
Когда речь заходит о характеристиках диазотипных материалов, в первую очередь оцениваются их светочувствительность, контрастность, разрешающая способность, фотографическая широта, сохраняемость самого материала, а также изображения на нем.
Однако не последнюю роль среди фотографических и эксплуатационных характеристик диазотипных слоев играет цвет сформированного изображения.
Специфика образования цвета преимущественно связана с химическим составом и строением азосоставляющей. Применяя одну и ту же диазониевую соль при реакции азосочетания с различными азосоставляющими, получают красители разных цветов [1].
Диазографические пленки оранжево-коричневого цвета используют азокраси-тель, пропускающий часть зеленого и красного спектра [2]. Пропускание начинается с 580 нм и продолжается в инфракрасной спектральной области. Реакция азосочетания для получения коричневого красителя будет иметь вид
H C V соон н с соон
JLN-O-Wcf+O-OH HCl +,/ 'Vo-N=N-0-OH он он
вещество ---___---
соль диазотш фенолъного
г азокраситель коричневого цвета характера ^ г '
Но если взять за основу ту же хлорцинковую соль пара-диазодиэтиланилина (самую распространенную из солей диазония, применяющихся в диазографических пленках) и добавить к ней другую азосоставляющую (вещество фенольного характера), то можно получить, к примеру, красный краситель [3]:
НО НО
Н5С2Ч + _ Н;С2Ч
и О-№№С1+ >=<-► НС1+ М-О-^-Я
503П 30,Н
азокраситель красного цвета
