電解銅箔設備耳箔裝置改進優化與應用

2022-04-13 03:32:08劉利榮王炎飛劉協政徐糾糾

銅業工程 2022年1期

劉利榮，王炎飛，劉協政，徐糾糾

（1. 江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西南昌 330096；2. 中國電建集團江西裝備有限公司，江西南昌 330103）

1 引言

隨著信息化產業的迅速發展，電解銅箔作為電子信息領域的關鍵性基礎材料，被廣泛應用于銅覆板、印刷電路板以及鋰離子電池制造等領域，隨著新能源汽車、5G通信等行業的快速崛起，以電解銅箔特別是鋰電銅箔為基材的上下游產業發展駛入了快車道。電解銅箔肩負著電子信號傳輸、電力傳遞和溝通的重任，因此被稱為“神經網絡”。印刷電路和新能源鋰離子電池的精細化發展對電解銅箔的質量提出了更高的要求［1-2］。

目前電解銅箔按厚度可分為：厚銅箔（>70μm）、常規厚度銅箔（>18μm而<70μm）、薄銅箔（>12μm而<18μm）、超薄銅箔（<12μm），電解銅箔應用最廣泛的領域是覆銅箔層壓板（CCL）、印制線路板用銅箔（PCB），以及新興行業5G通信、新能源動力電池為代表的超薄電解銅箔［3］。無論是哪一種厚度規格的電解銅箔，其生箔機的耳箔收卷對電解銅箔質量產生影響。因此，確保電解銅箔的耳箔收卷穩定尤為重要。

2 生箔機工作原理

2.1 生箔機組成結構

生箔機主要包括有電解槽（材質：鈦材TA1，主要是用來裝電解液和支撐鈦輥、陽極弧板）、陰極輥（外圈是一個10～12mm的無縫鈦圈，出廠時鈦圈外表面必須要達到一定的粗糙度，因銅箔亮面的粗糙度完全取決于鈦圈表面的粗糙度；陰極輥和陽極之間要保持一定的平行度，以便確保制造出來的生箔厚薄比較均勻一致）、導電裝置（主要是用來連接母排和陰極輥并將母排上的電導送至陰極輥上，裝配有冷卻水水套并可利用氣動裝置控制進退）、清洗裝置（主要是利用電解液和純水先后將銅箔表面清洗干凈，同時也設置有兩個橡皮輥來將銅箔表面殘存的清洗液擠壓掉）、在線拋光裝置（通過使用不同粒度的拋光刷對陰極輥表面進行拋光，可以使陰極輥表面粗糙度達到不同的要求）、切邊裝置（作用是對生箔進行切邊）、收卷裝置（分別將生箔及邊料收卷，其中邊料收卷就是耳箔收卷裝置）、張力控制裝置（作用是調整收卷時對銅箔所產生的張力保持在一定的范圍內，主要是利用張力檢測信號的反饋，可編程控制器會根據設定值的要求進行自動調節）。

2.2 電解溶液制備工藝流程

電解銅箔的生產中，在配套系統的作用下，將一定濃度的電解液送入生箔機，在低壓高直流電的作用下，電解液中的銅離子不斷移向陰極輥，并在其上取得兩個電子后變成銅原子沉積在連續轉陰極輥表面形成銅箔，隨著陰極輥的轉動，達到一定的厚度的銅箔經酸洗、水洗、烘干后連續的剝離下來，最后卷成銅箔卷［4-5］，工藝流程圖如圖1所示。通過調節陰極輥旋轉速度、電流密度、電解液的流量等工藝參數，即可生產出所需規格和性能的電解銅箔［6］。

圖1 電解溶液制備工藝流程簡圖

3 生箔機耳箔質量缺陷及分析

耳箔收卷是生箔機最重要的工作流程之一，若耳箔收卷出現問題，耳箔將會出現切片不良、銅箔邊部銅粉、銅箔切屑、撕邊等問題。根據工作經驗和現場實際情況，對以上問題逐步開展探究分析。

3.1 耳箔面撕邊缺陷分析

據耳箔質量缺陷種類統計，其中耳箔面撕邊缺陷占比較大。通過測量數據分析發現，導致撕邊的最主要原因是耳料導杠震幅較大，加劇耳箔面的抖動，最終造成耳箔撕邊情況的產生，測量數據如表1所示。

表1 生箔機耳箔導桿振動烈度測量值及標準

依據ISO2372機器振動分級表可判定為不合格。由于我司生箔機是上世紀60年代引進美國耶茲公司研制的設備，主要生產18～105μm及以上的電解銅箔，其主要構件過于老舊，耳料導桿為不耐磨損的塑料件，直接套在軸上長時間摩擦導致間隙變大。

3.2 生箔機機械結構分析

生箔機整體是否運行正常，對于銅箔質量至關重要，隨即對生箔機進行結構分析。分析發現生箔機減速機輸出軸磨損，旋轉盤與旋轉軸是通過螺栓頂絲夾緊，是一個間隙配合，裝配精度不高，同軸度，跳動都偏差大，收卷減速機、收卷脹軸、過渡傳動軸分三段連接，設計不合理，老款收卷脹軸結構設計落伍，機械構件同心度不合格。其耳箔收卷總成參數測量值如表2所示。