كيفية منع التصاق ورق الذهب الناتج عن الكهرباء الساكنة باستخدام آلة تقطيع رقائق التذهيب الساخن

في عملية إنتاج وتقطيع رقائق الختم الساخن، تُعدّ الكهرباء الساكنة مشكلة شائعة ومعقدة. تتكون رقائق الختم الساخن من بنية متعددة الطبقات، تشمل طبقة حاملة (عادةً ما تكون من البوليستر PET)، وطبقة فصل، وطبقة لونية، وطبقة لاصقة. وتُحدد خصائص مادتها سهولة تراكم الشحنات الساكنة عليها أثناء التقطيع عالي السرعة. عندما تتراكم الكهرباء الساكنة إلى حدٍ معين، فإنها تتسبب في التصاق رقائق الذهب ببعضها، والتصاقها بالمعدات، بل وقد تُسبب مشاكل في الجودة مثل عدم انتظام التقطيع وانقطاع الأحزمة. فكيف يُمكن لآلة تقطيع رقائق الختم الساخن أن تمنع بفعالية التصاق رقائق الذهب الناتج عن الكهرباء الساكنة؟ تتناول هذه الورقة البحثية مبدأ عمل آلة التقطيع، وتعديل المعدات، والتحكم البيئي، وترشيد استهلاك المواد من أربعة جوانب.

1. العلاقة بين آلية توليد الكهرباء الساكنة والتصاق رقائق الذهب

أثناء عملية تقطيع رقائق الختم الساخن، تحتك رقائق الذهب بالبكرات الموجهة والشفرات وبكرات الضغط وغيرها من المكونات بسرعة عالية، وفي الوقت نفسه، تنفصل طبقات رقائق الذهب بسرعة، مما يُنتج شحنة كهربائية عند التلامس وأخرى عند التقشير. يُعد غشاء البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) عازلاً ممتازاً، ويصعب عليه تفريغ الشحنة بشكل طبيعي، مما يُسهل تراكم شحنة كهروستاتيكية عالية الجهد على سطح الرقائق.

عندما تقترب قطعتان من رقائق الذهب، تتسبب الجاذبية الكهروستاتيكية في تلامسهما، مُشكّلةً ما يُشبه "التصاقًا زائفًا" - ليس التصاقًا حقيقيًا بالصهر الساخن أو التصاقًا بالضغط، بل هو التصاق ناتج عن الامتزاز الكهروستاتيكي. إضافةً إلى ذلك، يمكن للكهرباء الساكنة أن تجذب الشوائب كالألياف والغبار في الهواء، مما يزيد من ضعف الالتصاق ويؤثر سلبًا على جودة ختم الرقائق. لذا، يُعدّ منع الكهرباء الساكنة أمرًا أساسيًا لضمان جودة القطع وكفاءة الإنتاج.

2. تأريض المعدات وتكوين مزيل الشحنات الكهروستاتيكية

1. التأريض العام للمعدات

يجب تأريض جميع الأجزاء المعدنية لآلة التقطيع (بما في ذلك أعمدة فك اللفائف، وبكرات التوجيه، وأعمدة إعادة اللفائف، وحوامل الأدوات، إلخ) بشكل موثوق، ويجب ألا تتجاوز مقاومة التأريض 10 أوم. يوفر التأريض الجيد قناة لتفريغ الشحنة ويقلل من تراكم الشحنات الساكنة الموضعية.

2. قم بتركيب جهاز لإزالة الشحنات الكهروستاتيكية

في المناطق التي تشهد تراكمًا كبيرًا للشحنات الساكنة، مثل عمليات فك اللفائف والتقطيع واللف، ينبغي تركيب أجهزة فعالة لإزالة الشحنات الساكنة. ومن الأنواع الشائعة ما يلي:

• قضيب إزالة الشحنات الساكنة من نوع كورونا AC/DC: يتم تركيبها أمام وخلف مجموعة سكاكين القطع، من خلال التفريغ الإكليلي لتوليد أيونات موجبة وسالبة معادلة وشحن على سطح الرقاقة.

• فرشاة إزالة الشحنات الساكنة (النوع السلبي): استخدم فرشًا من ألياف الكربون فائقة النعومة أو فرشًا من الألياف المعدنية للمس حافة سطح الرقاقة لتوليد الشحنة، وهي مناسبة للتحكم الموضعي في الكهرباء الساكنة، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب خدش سطح الرقاقة.

• فوهة هواء أيوني: بالنسبة لمنطقة اللف أو المساحات الضيقة الأخرى، استخدم تدفق الهواء الأيوني المضغوط لتنظيف سطح الرقائق، وفي نفس الوقت قم بإزالة الغبار والكهرباء الساكنة.

في التطبيقات العملية، يتمتع قضيب إزالة الشحنات الكهروستاتيكية بالتأثير الأكثر استقرارًا، ويوصى باختيار نموذج ذي شدة إخراج أيوني قابلة للتعديل للتكيف مع احتياجات الإنتاج لسرعات المركبات المختلفة (مثل 50-300 متر/دقيقة).

3. تحسين معايير عملية التقطيع

1. التحكم في سرعة القطع

كلما زادت السرعة، زادت قوة الاحتكاك. يمكن لخفض سرعة القطع (مثلاً من 200 متر/دقيقة إلى 120 متر/دقيقة) أن يقلل بشكل ملحوظ من الكهرباء الساكنة مع الحفاظ على الإنتاجية. بالنسبة لرقائق الختم الساخن المعدنية أو الأنواع ذات قوة التحرير العالية المعرضة للكهرباء الساكنة، يجب خفض سرعة الإنتاج.

2. تقليل شد اللف

عندما يكون شدّ اللف مرتفعًا جدًا، يزداد الضغط بين طبقات الرقائق المعدنية، حتى أن الشحنات الكهربائية الساكنة الصغيرة قد تتسبب في تماسك الطبقات بشدة وصعوبة فصلها. لذا، يُنصح بالتحكم في الشدّ بشكل ثابت، وضبط شدّ اللف الابتدائي على قيمة أقل (عادةً ما تكون أقل بنسبة 15-25% من القيمة المعتادة). في الوقت نفسه، يجب تجنب الشدّ المفرط، ويُوصى بضبط صلابة السطح النهائي بين 60 و75 على مقياس شور (يمكن استخدام جهاز قياس الصلابة لاختبار السطح النهائي للفة الورق).

3. تحسين أداة القطع وطريقة التلامس

• استخدم سكينًا دائريًا حادًا للغاية أو شفرة حلاقة لتقليل الاحتكاك الإضافي الناتج عن مقاومة القطع.

• قلل زاوية التلامس وطول التلامس بين شريط الرقائق المعدنية وبكرة التوجيه واللوحة. يمكن استبدال بكرة التوجيه الثابتة ببكرة ألومنيوم ملساء ذات قطر كبير دون الحاجة إلى تحريكها (يتمتع الألومنيوم بموصلية كهربائية ساكنة أفضل من بكرة المطاط)، أو يمكن استخدام بكرة مطاطية مضادة للكهرباء الساكنة (مقاومة سطحية تتراوح بين 10^5 و10^8 أوم).

4. التحكم في رطوبة البيئة

تؤثر رطوبة الهواء بشكل كبير على تراكم الكهرباء الساكنة. فعندما تقل الرطوبة النسبية عن 40%، ترتفع مقاومة سطح البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) بشكل حاد، ويصعب تبديد الكهرباء الساكنة. أما عندما تتراوح الرطوبة بين 55% و65%، فإن سطح الرقاقة يمتص طبقة رقيقة جدًا من جزيئات الماء، مما يُسهّل تسرب الشحنات.

يُنصح بتركيب جهاز ترطيب (مثل جهاز ترطيب بالموجات فوق الصوتية أو جهاز ترطيب بالأغشية الرطبة) في ورشة التقطيع للتحكم في الرطوبة عند 55% ± 5%. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الرطوبة الزائدة (أكثر من 70%) قد تتسبب في تشوه رقائق الختم الساخن نتيجة امتصاص الرطوبة، أو في تلف طبقة الفصل بسبب الرطوبة. بالنسبة للورش الخالية من الغبار، يمكن تركيب نظام ترطيب موضعي بالرذاذ بشكل منفصل في منطقة آلة التقطيع. يجب توخي الحذر الشديد خلال الإنتاج في فصل الشتاء، حيث أن التدفئة قد تؤدي إلى انخفاض الرطوبة في الورشة بشكل كبير.

5. اختر رقائق الختم الساخن المضادة للكهرباء الساكنة والمواد المساعدة

1. رقائق ختم حراري مضادة للكهرباء الساكنة

تُصنع بعض منتجات رقائق الختم الساخن عالية الجودة بإضافة مواد مضادة للكهرباء الساكنة (مثل أملاح الأمونيوم الرباعية أو البوليمرات الموصلة) إلى الطبقة الخلفية (الطبقة اللاصقة أو الطبقة الخلفية المضادة للكهرباء الساكنة). عند التقطيع، يُفضل استخدام هذه المواد، ويمكن تقليل سعة الطاقة من المصدر.

2. يُوضع مع عامل مضاد للكهرباء الساكنة

بالنسبة لرقائق الختم الساخن العادية، يمكن رش سطح الرقاقة أو حوافها برذاذ أو قطعة قماش قبل قصها بمادة مضادة للكهرباء الساكنة غير أيونية مخففة بالإيثانول (مثل محلول SN المضاد للكهرباء الساكنة). يجب التأكد من أن ذلك لا يؤثر على التصاق الرقائق ولمعانها.

3. قلب أنبوب اللف المضاد للكهرباء الساكنة الداعم

يمكن استخدام المقاومات السطحية عند لف قلب بلاستيكي موصل أو أنبوب ورقي مبطن بورق موصل أقل من 10^5 أوم، وذلك لمنع التصاق السطح النهائي الناتج عن تراكم الكهرباء الساكنة في المنطقة النهائية.

6. مواصفات التشغيل والصيانة

• نظف مزيل الشحنات الساكنة بانتظامإذا امتصت رأس إبرة كورونا الغبار، فإن كفاءة الإزالة ستنخفض بشكل كبير، لذلك يوصى بتنظيفها أسبوعيًا بالكحول وقطعة قماش خالية من الغبار.

• تحقق من استمرارية التأريض: قم بقياس ما إذا كانت حلقة التأريض بين بكرة التوجيه والمحرك الرئيسي مفتوحة مرة واحدة شهريًا لمنع بكرة التوجيه من "الطفو إلى الأرض" بسبب تلوث زيت المحامل.

• ارتداء الموظفين ملابس مضادة للكهرباء الساكنةينبغي على المشغلين ارتداء أساور مضادة للكهرباء الساكنة أو أحذية مضادة للكهرباء الساكنة لتجنب امتصاص طبقات متعددة من الرقائق المعدنية على الفور بسبب التفريغ الكهروستاتيكي البشري عندما تلمس أيديهم سطح الرقائق المعدنية.

• لفها مباشرة بعد اللفيجب لف لفة رقائق الختم الساخن المشقوقة على الفور بغشاء مضاد للكهرباء الساكنة لتجنب المجالات الكهروستاتيكية الثانوية الناتجة عن التغيرات البيئية أو الاحتكاك أثناء التخزين.

7. تحليل الحالة

يعاني مصنع تقطيع رقائق الذهب بالختم الساخن من مشكلة "التصاق الحلقة الداخلية بعد لفّها بورق الذهب" منذ فترة طويلة، مما يتسبب في توقف الإنتاج بنسبة تصل إلى 15%. وقد كشف التحقيق أن نسبة الرطوبة في ورشة العمل خلال فصل الشتاء تتراوح بين 28% و32% فقط، وأن قضيب إزالة الشحنات الساكنة المستخدم في آلة التقطيع قديم، مما أدى إلى انخفاض حاد في إنتاج الأيونات. وتشمل إجراءات التحسين ما يلي:

• تركيب جهاز ترطيب صناعي لزيادة الرطوبة إلى 55٪ - 60٪؛

• تم استبداله بقضيب إزالة الشحنات الساكنة النبضية المغلقة بالكامل والتي تعمل بالتيار المستمر؛

• تم تخفيض قوة الشد اللازمة لإعادة اللف من 8 كجم إلى 5.8 كجم.

بعد أسبوعين من التنفيذ، انخفض معدل العيوب في الالتصاق من 12% إلى 1.8%، وانخفضت سرعة القطع من 180 متر/دقيقة إلى 150 متر/دقيقة، لكن الكفاءة الإجمالية زادت بنسبة 20% بسبب انخفاض وقت التوقف.

8. ملخص

لمنع التصاق رقائق الذهب الناتج عن الكهرباء الساكنة أثناء عملية تقطيع رقائق الختم الساخن، يجب اتخاذ تدابير معالجة شاملة ومنهجية:

1. الأساس:تأريض موثوق للمعدات + تركيب مناسب لجهاز إزالة الشحنات الساكنة؛

2. العملية: تقليل السرعة، تقليل الشد، تحسين مادة التلامس؛

3. البيئة:الحفاظ على نسبة رطوبة نسبية تتراوح بين 55% و 65%؛

4. المادة:اختر رقائق مضادة للكهرباء الساكنة أو معالجة مساعدة مضادة للكهرباء الساكنة؛

5. الإدارة: توحيد عادات التنظيف والتشغيل.

لا توجد طريقة للقضاء التام على الكهرباء الساكنة، ولكن من خلال استراتيجية الجمع بين عدة جوانب المذكورة أعلاه، يمكن التحكم في الالتصاق الساكن ضمن نطاق مقبول، مما يضمن استواء عملية تقطيع رقائق الختم الساخن، ونظافة اللف، وسلاسة عملية الختم الساخن اللاحقة. بالنسبة لرقائق الختم الساخن عالية الجودة (مثل رقائق الختم الساخن الهولوغرافية ورقائق الختم الساخن ذات الخطوط الدقيقة)، يُنصح بتركيب جهاز مراقبة كهروسكونية متصل مباشرةً بآلة التقطيع لتحقيق ضبط ديناميكي ومنع حدوث المشاكل قبل وقوعها.