生箔机阳极槽密封方案的设计优化

摘 要 

生箔机阳极槽是生产电解铜箔的主要设备，本文讲述了阳极槽的密封结构设计的优化，解决了阳极槽渗漏CuSO4电解液的问题，为高质量铜箔的生产提供技术保证。

铜箔是电子工业的基础材料，也是制作印制电 路板（PCB）、覆铜板（CCL）和锂电池的主要原材料。随着电子信息产品趋于高性能化，电路板的多层化及密集化的发展，铜箔不但要求厚度越来越薄，而且物理和化学指标都有了更高要求，特别是高品质电解铜箔，在电子信息产业发展中占有举足轻重的地位。铜箔品质的提高主要依赖于工艺技术和与之相配套的设备技术的进步。众所周知，铜箔设备的关键设备为电解生箔机、表面处理机和相关的检测试验设备，以及排污处理设备等。其中，与铜箔生产品质直接相关的是电解生箔机、表面处理机。

1.电解生箔机工作原理

目前世界上大多数国家生产电解铜箔采用辊式 连续电解方法。该方法是在电解槽内安装阴极辊作为阴极和不溶性材料制成的阳极，阴极辊浸入电镀液中，通电后，电解液中的铜沉积到辊筒表面形成铜箔，再将此剥离、水洗、干燥、卷取，而后进一步进行表面处理。

该生箔机结构一般主要由阴极辊、阳极槽、供液装置、收卷装置、在线抛光装置以及电器控制等系统构成。在系统部件中阴极辊、阳极槽是生箔机的关键部件，阳极槽作为电解液容器，要保证电解液不渗 漏；并且为生产铜箔提供直流电。图 1 为电解铜箔生箔机结构示意图。

2.阳极槽结构及CuSO4溶液渗漏问题分析

2.1 阳极槽结构

阳极槽主要由阳极槽支架、阳极槽 PVC 组焊件、 阳极母板组件、进液装置、阳极槽密封组件、阳极槽屏蔽组件、导电铜排组件等组成。阳极槽的使用温度为 50°C~60°C。

2.2 CuSO4 溶液渗漏问题分析 

2012~2013 年我公司研制生产的阳极槽在使用过程中出现了 PVC 板开裂、阳极母板底部渗漏电解液、唇形密封条与阴极辊 PVC 端板处渗漏电解液、硫 酸铜溶液结晶后侵蚀阳极母板与密封条等问题。

通过对生箔现场作业过程及阳极槽结构的研究分析，总结出造成 CuSO4 溶液渗漏的原因有以下两点： 

（1）阳极槽采用 PVC 内弧板和钛阳极母板通过螺栓组装在一起，阳极槽工作温度56℃左右，停机状 态 15℃左右，温差 40℃左右。钛材线膨胀系数为 8.5× 10-6（1/℃），PVC 线膨胀系数为 80×10-6（1/℃），所以在 工作状态和停机状态会造成 PVC 材料焊缝与母材开裂，造成阳极槽 CuSO4 溶液渗漏，如图 2 所示。 

（2）阳极槽密封组件中的三元乙丙唇形密封条与阴极辊 PVC 端板长期摩擦产生间隙，CuSO4 溶液结晶后侵蚀所产生的间隙，造成电解液渗漏，如图 3 所示。

图2 阳极槽 PVC 弧板开裂图

3.阳极槽密封方案设计优化

针对造成 CuSO4 溶液渗漏的两点原因，在新型 阳极槽设计中，对结构进行了改进，采用和阳极母板相同材料的钛衬组件与阳极母板焊接，钛衬组件主要由 4mm 厚的钛板钣金制作并组焊成，阳极槽钛衬组件与钛母板进行焊接，形成密闭电解液容器，将阳极槽钛衬组件、阳极母板及进液装置组焊成阳极槽电解液腔体，从而根本解决阳极槽的电解液渗漏。如图 4 所示。

图4 钛衬组件与阳极母板焊接图

同时设计 2mm 厚的聚四氟乙烯板密封板，安装在 PVC 密封板垫板上，并覆盖在三元乙丙唇形密封条之上。改进后的阳极槽密封组件由密封条固定板、 密封板垫板、密封板、唇型密封条组装成，如图 5 所 示。

其中密封条固定板、密封板垫板的材料为 PVC 板。密封板为聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯具有耐高 温、耐低温、耐腐蚀、高润滑、不粘附、电绝缘性良好等特性，是良好的密封材料，耐磨性极好，可以减小与阴极辊 PVC 端板的摩擦产生的阻力。该组件主要作用是解决阴极辊 PVC 端板侧漏问题，属于动密封。

图5 阳极槽密封组件设计优化后示意图

钛衬两边弧板上下分别焊接钛螺母，上部固定密封条固定板。下部连接钛衬组件和弧形支架，保证钛衬组件固定可靠的要求。

4.结束语

阴极辊与阳极槽长期处于高温、高电流、强腐蚀、强酸性的工作环境，只有保证阴极辊与阳极槽的密封性以及正确的设备材料选型，才能保证阴极辊的正常运行。

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原文作者：陆林，杨东海，陆小蕊，李学雷

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