電解銅箔設(shè)備耳箔裝置改進優(yōu)化與應(yīng)用

劉利榮，王炎飛，劉協(xié)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(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，電解銅箔作為電子信息領(lǐng)域的關(guān)鍵性基礎(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用于銅覆板、印刷電路板以及鋰離子電池制造等領(lǐng)域，隨著新能源汽車、5G通信等行業(yè)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(chǎn)業(yè)發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨?。電解銅箔肩負(fù)著電子信號傳輸、電力傳遞和溝通的重任，因此被稱為“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。印刷電路和新能源鋰離子電池的精細(xì)化發(fā)展對電解銅箔的質(zhì)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(guī)厚度銅箔（>18μm而<70μm）、薄銅箔（>12μm而<18μm）、超薄銅箔（<12μm），電解銅箔應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是覆銅箔層壓板（CCL）、印制線路板用銅箔（PCB），以及新興行業(yè)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(guī)格的電解銅箔，其生箔機的耳箔收卷對電解銅箔質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，確保電解銅箔的耳箔收卷穩(wěn)定尤為重要。

2 生箔機工作原理

2.1 生箔機組成結(jié)構(gòu)

生箔機主要包括有電解槽（材質(zhì)：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(dǎo)電裝置（主要是用來連接母排和陰極輥并將母排上的電導(dǎo)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(shè)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(diào)整收卷時對銅箔所產(chǎn)生的張力保持在一定的范圍內(nèi)，主要是利用張力檢測信號的反饋，可編程控制器會根據(jù)設(shè)定值的要求進行自動調(diào)節(jié)）。

2.2 電解溶液制備工藝流程

電解銅箔的生產(chǎn)中，在配套系統(tǒng)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(xù)轉(zhuǎn)陰極輥表面形成銅箔，隨著陰極輥的轉(zhuǎn)動，達到一定的厚度的銅箔經(jīng)酸洗、水洗、烘干后連續(xù)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(diào)節(jié)陰極輥旋轉(zhuǎn)速度、電流密度、電解液的流量等工藝參數(shù)，即可生產(chǎn)出所需規(guī)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(zhì)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(xiàn)問題，耳箔將會出現(xiàn)切片不良、銅箔邊部銅粉、銅箔切屑、撕邊等問題。根據(jù)工作經(jīng)驗和現(xiàn)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(jù)耳箔質(zhì)量缺陷種類統(tǒng)計，其中耳箔面撕邊缺陷占比較大。通過測量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致撕邊的最主要原因是耳料導(dǎo)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(chǎn)生，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 生箔機耳箔導(dǎo)桿振動烈度測量值及標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)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(jì)60年代引進美國耶茲公司研制的設(shè)備，主要生產(chǎn)18～105μm及以上的電解銅箔，其主要構(gòu)件過于老舊，耳料導(dǎo)桿為不耐磨損的塑料件，直接套在軸上長時間摩擦導(dǎo)致間隙變大。

3.2 生箔機機械結(jié)構(gòu)分析

生箔機整體是否運行正常，對于銅箔質(zhì)量至關(guān)重要，隨即對生箔機進行結(jié)構(gòu)分析。分析發(fā)現(xiàn)生箔機減速機輸出軸磨損，旋轉(zhuǎn)盤與旋轉(zhuǎn)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(shè)計不合理，老款收卷脹軸結(jié)構(gòu)設(shè)計落伍，機械構(gòu)件同心度不合格。其耳箔收卷總成參數(shù)測量值如表2所示。

表2 耳箔收卷總成參數(shù)測量值

3.3 耳箔切片質(zhì)量情況分析

若耳箔切片不良，就會出現(xiàn)耳箔面粘銅粉情況出現(xiàn)，對切刀部件進行分析發(fā)現(xiàn)，切刀固定不牢，卷中移位造成切邊不良，切刀與切割輥接觸點處銅箔沒貼近輥面，導(dǎo)致切邊有銅粉。

4 改進優(yōu)化措施

針對以上耳箔收卷過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，提出改進措施，對生箔機進行優(yōu)化改造。

4.1 導(dǎo)桿易磨損問題

改變導(dǎo)桿旋轉(zhuǎn)方式，由自轉(zhuǎn)滾動摩擦改為軸承旋轉(zhuǎn)。組裝2件型號為6202氧化鋯陶瓷軸承，解決導(dǎo)桿易磨損問題。

4.2 陽極（FIP條）與陰極（陰極輥）不對中問題

現(xiàn)有的陰極輥寬幅有1410mm和1380mm兩種，對應(yīng)的薄片陽極是1410mm、1380mm，通過增加寬幅5mm，陽極寬幅改成1415mm、1385mm的陽極片，增加陽極寬度，解決陰極錕對中問題，陰極輥寬幅始終在薄片陽極寬幅內(nèi)。

4.3 更換機械脹軸

更換新款一體式機械脹軸或者一體式氣動脹軸，采用同步聯(lián)軸器軟連接，解決多段連接帶來的同心度精度不高的問題。

4.4 切片質(zhì)量問題

切刀位置下移，在設(shè)備機架上重新劃線定位，開孔加工。

5 應(yīng)用情況

（1 ）改進后生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。改進后6#生箔機31 d的運行跟蹤統(tǒng)計，耳料收卷長度可以到達1221 m，收卷時間達到6.36 h，如圖2所示。

圖2 6#生箔機耳箔收卷運行統(tǒng)計

（2）耳箔收卷裝置改進前后的圖片示例見圖3、圖4。

圖3 改造前

圖4 改造后

6 結(jié)語

本文對生箔機切邊裝置切下的耳箔收卷裝置進行了研究，根據(jù)目前的現(xiàn)有設(shè)備狀況，改進了耳箔收卷裝置結(jié)構(gòu)。通過創(chuàng)新性的改造，并結(jié)合實際應(yīng)用顯示，成品耳箔無撕邊無毛刺、且增加耳箔有效收卷時間、提高收卷卷長，銅箔質(zhì)量得到進一步的提升。