生箔機陽極槽密封方案的設計優化

陸 林，楊東海，陸小蕊，李學雷

（西安航天動力機械有限公司，陜西 西安 710025）

銅箔是電子工業的基礎材料，也是制作印制電路板（PCB）、覆銅板（CCL）和鋰電池的主要原材料。隨著電子信息產品趨于高性能化，電路板的多層化及密集化的發展，銅箔不但要求厚度越來越薄，而且物理和化學指標都有了更高要求，特別是高品質電解銅箔，在電子信息產業發展中占有舉足輕重的地位。銅箔品質的提高主要依賴于工藝技術和與之相配套的設備技術的進步。眾所周知，銅箔設備的關鍵設備為電解生箔機、表面處理機和相關的檢測試驗設備，以及排污處理設備等。其中，與銅箔生產品質直接相關的是電解生箔機、表面處理機。

1 電解生箔機工作原理

目前世界上大多數國家生產電解銅箔采用輥式連續電解方法。該方法是在電解槽內安裝陰極輥作為陰極和不溶性材料制成的陽極，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，而后進一步進行表面處理。

該生箔機結構一般主要由陰極輥、陽極槽、供液裝置、收卷裝置、在線拋光裝置以及電器控制等系統構成。在系統部件中陰極輥、陽極槽是生箔機的關鍵部件，陽極槽作為電解液容器，要保證電解液不滲漏；并且為生產銅箔提供直流電。圖1為電解銅箔生箔機結構示意圖。

圖1 電解銅箔生箔機結構示意圖

2 陽極槽結構及CuSO4溶液滲漏問題分析

2.1 陽極槽結構

陽極槽主要由陽極槽支架、陽極槽PVC組焊件、陽極母板組件、進液裝置、陽極槽密封組件、陽極槽屏蔽組件、導電銅排組件等組成。陽極槽的使用溫度為 50°C～60°C。

2.2 CuSO4溶液滲漏問題分析

2012～2013年我公司研制生產的陽極槽在使用過程中出現了PVC板開裂、陽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、硫酸銅溶液結晶后侵蝕陽極母板與密封條等問題。

通過對生箔現場作業過程及陽極槽結構的研究分析，總結出造成CuSO4溶液滲漏的原因有以下兩點：

（1）陽極槽采用PVC內弧板和鈦陽極母板通過螺栓組裝在一起，陽極槽工作溫度56℃左右，停機狀態15℃左右，溫差40℃左右。鈦材線膨脹系數為8.5×10-6（1/℃），PVC線膨脹系數為80×10-6（1/℃），所以在工作狀態和停機狀態會造成PVC材料焊縫與母材開裂，造成陽極槽CuSO4溶液滲漏，如圖2所示。

圖2 陽極槽PVC弧板開裂圖

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

圖3 陽極槽密封處滲漏示意圖

3 陽極槽密封方案設計優化

針對造成CuSO4溶液滲漏的兩點原因，在新型陽極槽設計中，對結構進行了改進，采用和陽極母板相同材料的鈦襯組件與陽極母板焊接，鈦襯組件主要由4mm厚的鈦板鈑金制作并組焊成，陽極槽鈦襯組件與鈦母板進行焊接，形成密閉電解液容器，將陽極槽鈦襯組件、陽極母板及進液裝置組焊成陽極槽電解液腔體，從而根本解決陽極槽的電解液滲漏。如圖4所示。

圖4 鈦襯組件與陽極母板焊接圖

同時設計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。改進后的陽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端板的摩擦產生的阻力。該組件主要作用是解決陰極輥PVC端板側漏問題，屬動密封。

圖5 陽極槽密封組件設計優化后示意圖

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 結束語

陰極輥與陽極槽長期處于高溫、高電流、強腐蝕、強酸性的工作環境，只有保證陰極輥與陽極槽的密封性，才能保證陰極輥的正常運行。本次優化設計解決了該密封問題，為高質量銅箔的生產提供了技術保證。