电晕处理是提升基材表面张力以增强附着力的常用手段
电晕处理是提升基材表面张力以增强附着力的常用手段。然而，电晕处理后的表面张力并非永久稳定，而是存在表面张力衰减的现象，尤其是不同基材间衰减速度的巨大差异（短则数日，长则逾月），已成为制约工艺稳定性的核心难题。
本文将从衰减机制、影响因素、应对策略及典型案例等方面展开系统分析，并明确表面张力衰减对涂布的影响阈值。
电晕处理通过物理刻蚀或化学改性两个核心机制提升基材表面张力。然而，这些改性效果会随时间推移逐渐衰退，其机制包括：
分子热运动：表面极性基团在热扰动下向材料内部迁移，导致表面极性降低。
环境吸附：空气中的水分、油污等杂质吸附于高能表面，覆盖极性基团，形成物理屏障。
添加剂迁移：基材中的低分子量助剂（如滑爽剂、抗静电剂）向表面析出，削弱极性基团作用。
以聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）为例：电晕处理后，PE薄膜表面张力可能从30 mN/m提升至50 mN/m以上，但若存放于36℃环境中，1个月后表面张力可能降至38 mN/m以下；而PP薄膜在相同条件下，表面张力可能仅下降至42 mN/m，衰减速度明显更慢。这种差异源于基材分子结构与物理性质的根本不同。
#01-分子结构
极性基团
极性基团的作用：基材本身的极性基团（如PET的酯基、尼龙的酰胺基）增强了主链间的结合强度，使迁移阻力增大，表面张力衰减变慢。
非极性基材的劣势：PE、PP等非极性基材仅通过电晕处理引入少量极性基团，这些基团与主链结合弱，易通过分子链运动向内部迁移，导致衰减快。例如，PE薄膜表面张力衰减速度比PET薄膜快3-5倍。
结晶
高结晶度材料的稳定性：结晶区分子链排列紧密、相互作用力强，电晕产生的极性基团迁移需克服更高的能垒。
非晶区的影响：非晶区分子链柔性高，添加剂迁移速度快。低密度聚乙烯（LDPE）非晶区比例高，表面张力衰减速度比高密度聚乙烯（HDPE）快20%-30%。
分子链柔性
柔性链段的迁移：分子链柔性越高（如PE），极性基团和添加剂越易通过链段运动迁移至表面或内部。
#02-添加剂体系
滑爽剂
低分子量滑爽剂的加速效应：芥酸酰胺（分子量337 g/mol）、油酸酰胺（分子量281 g/mol）等常用滑爽剂迁移性强，会覆盖极性基团。PE薄膜中滑爽剂含量每增加0.1%，表面张力衰减速度提升10%-15%。
高分子量滑爽剂的抑制作用：聚乙烯蜡（分子量＞5000 g/mol）迁移性低，可显著延缓衰减。例如，添加0.5%聚乙烯蜡的PE薄膜，表面张力有效期延长40%。
抗静电剂
季铵盐类抗静电剂的迁移性：十八烷基二甲基苄基氯化铵等抗静电剂易迁移至表面，加速表面张力下降。其含量每增加0.05%，衰减速度提升8%-12%。
无机填料
纳米填料的阻隔效应：纳米二氧化硅（粒径10-50 nm）、碳酸钙等无机填料迁移性极低，可对极性基团和添加剂的迁移产生物理做个作用。添加2%纳米二氧化硅的PE薄膜，表面张力衰减速度降低40%-50%。
#03-表面形貌
表面粗糙度
粗糙表面的稳定性：电晕处理形成的微观粗糙结构可增加表面积，延缓极性基团和添加剂的迁移。但过度粗糙（如Ra＞0.5 μm）可能导致环境杂质吸附加速，反而促进衰减。
光滑表面的劣势：表面光滑（Ra＜0.1 μm）的基材，添加剂迁移路径短，衰减更快。例如，光滑PE薄膜的表面张力衰减速度比微粗糙薄膜快25%。
孔隙结构
多孔基材的吸附效应：多孔材料（如某些发泡基材）易吸附环境水分和杂质，加速表面张力下降。其孔隙率每增加10%，衰减速度提升15%-20%。
#04-热性能
玻璃化转变温度（Tg）的影响
Tg与分子运动的关系：Tg是分子链段开始运动的温度。基材Tg越高（如PET的Tg≈80℃），分子链在常温下运动能力越弱，极性基团和添加剂迁移阻力大，衰减慢。PE的Tg≈-120℃，PP的Tg≈-10℃，二者分子链在常温下运动活跃，衰减较快。
热稳定性
高温下的加速衰减：基材在高温下（如＞Tg）分子链运动加剧，表面张力衰减速度呈指数增长。例如，PE薄膜在60℃下的衰减速度是20℃下的5倍。
#05-环境响应性
吸水率
高吸水率材料的加速衰减：基材吸水后，水分子会渗透至表面，与极性基团形成氢键，削弱其与主链的结合力，促进迁移。尼龙（吸水率2%-10%）的表面张力衰减速度比PP（吸水率＜0.01%）快3-4倍。
化学稳定性
不耐氧化基材的衰减：基材若易被臭氧等活性物质氧化（如某些橡胶），电晕处理后表面结构可能被破坏，加速衰减。例如，天然橡胶薄膜的表面张力衰减速度比PP薄膜快10倍以上。
#06-处理工艺参数
处理强度：电晕功率过高会导致基材表面碳化，破坏极性基团结构，反而加速衰减。例如，PE薄膜在功率超过20 W/min/m²时，表面张力衰减速度比适度处理（10-15 W/min/m²）快30%。
电极间隙：间隙过小易局部过热，间隙过大则能量分散，均影响处理均匀性与稳定性，间接影响衰减速度。
#01-衰减规律的“指数曲线”
表面张力衰减遵循指数规律：初始衰减快，后逐渐趋稳。不同基材斜率差异显著（PE：5%-10%/天，PP：2%-3%/天）。
处理后表面张力瞬间升至峰值（如PP从30-32mN/m升至40-50mN/m），曲线陡峭上升。
引入的极性基团受环境影响（如吸附污染物）导致张力下降，曲线平缓下降，持续数小时至数天。
表面达到动态平衡，张力稳定在高于基材但低于初始峰值的水平（如35-40mN/m），曲线接近水平直线。
#02-不同基材的衰减曲线差异
#01-涂布工艺对表面张力的基本要求
润湿性阈值：涂布液需完全润湿基材（接触角θ＜10°）。根据杨氏方程基材表面张力（γₛ）需比涂布液表面张力（γₗ）高 3-5 mN/m如：
水性涂布液（γₗ≈40）：γₛ需≥43 mN/m。
溶剂型涂布液（γₗ≈25）：γₛ需≥28 mN/m。
#02-表面张力衰减的临界值
短期影响（＜7天）：若γₛ衰减至低于γₗ（如从50mN/m降至38mN/m，γₗ=40mN/m），涂布液无法润湿，导致涂层不连续、附着力下降。
#03-不同涂布工艺的敏感度
高精度涂布（如光学膜、锂电池隔膜）：对波动敏感，γₛ衰减＞2 mN/m即可能导致涂层不均、性能下降。
普通包装涂布：可容忍γs衰减5-8 mN/m，但需确保最终γs仍高于涂布液要求值。
#01-工艺优化
基材适配性调整：根据基材类型（如PE、PP、PET）优化电晕功率、电压与处理时间。例如，PE薄膜处理功率建议控制在5-15 W/min/m²，PP薄膜可提升至10-20 W/min/m²。
二次处理：对需长期存放的基材，可在涂布或印刷前进行二次电晕处理，恢复表面张力至工艺要求值。
在线处理：在涂布机或印刷机前安装电晕装置，实现“处理-涂布/印刷”连续化生产，避免中间存放环节。
#02-环境管理
低温低湿储存：将电晕处理后的基材存放于温度≤20℃、相对湿度≤50%的环境中，可显著延长有效期。例如，某企业通过控制仓库温湿度，将PE薄膜表面张力有效期从1个月延长至3个月。
洁净包装：采用防尘袋或密封包装，减少环境杂质吸附。
#03-材料改性
选择低迁移添加剂：优先使用高分子量助剂（如分子量＞1000 g/mol的滑爽剂），减少低分子物质向表面迁移。
表面涂层保护：在电晕处理后立即涂布一层极薄的水性或溶剂型保护层（如聚乙烯醇涂层），隔离环境影响。
纳米复合技术：在基材中添加纳米无机颗粒（如二氧化硅、氧化铝），通过物理阻隔作用抑制添加剂迁移。例如，添加1%纳米二氧化硅的PE薄膜，表面张力衰减速度降低40%。
初始处理：PE薄膜电晕处理后γs=52 mN/m，涂布水性胶粘剂（γl=40 mN/m），接触角θ≈5°，涂层附着力达标。
衰减后：存放7天后γs降至38 mN/m（＜γl），接触角θ≈45°，出现缩孔；存放14天后γs=35 mN/m，涂层完全脱落。
阈值确定：该案例中，PE薄膜表面张力衰减至40 mN/m（即下降12 mN/m）时，涂布质量开始显著下降。因此，需控制γs衰减幅度＜10 mN/m（从初始值计算），或确保最终γs≥涂布液γl+3 mN/m。
通过以下措施解决问题：
工艺优化：将电晕功率从15 W/min/m²降至10 W/min/m²，避免过度处理；同时增加处理时间至3秒，确保改性深度。
环境控制：在仓库安装除湿机，将相对湿度从70%降至40%。
实施后，PE薄膜表面张力1个月后仍保持45 mN/m以上，涂布良率从82%提升至98%。
材料改性：将滑爽剂从芥酸酰胺（分子量337 g/mol）替换为高分子量聚乙烯蜡（分子量＞5000 g/mol），迁移速度降低80%。
结语
对于涂布基材表面张力的处理，不能再停留在简单的“提升后直接使用”，而应全面考虑基材选择、工艺优化、环境管理及材料改性的综合体系。
关键要点：根据基材特性精准调控电晕参数，在各环节将衰减防控措施落实到位，并构建数据驱动的闭环控制系统，以满足高端涂布对附着力和工艺稳定性的严苛要求。
