空气湿度对Zn－Al复合膜的影响与决策

摘要：叙述了金属化膜的发展历史，分析了湿度对Zn－Al膜的影响，提出了减少水份吸附的对策和防止金属化膜氧化的三种方法。在生产过程中，采取有效的防潮措施，是关键工艺之一。Zn－Al复合是一种自愈性能优异的金属化膜，只要采取适当的工艺措施，就能生产出性能很好的电容器。

关键词：Zn－Al复合膜 影响 湿度 措施

1　前言

20世纪80年代以来，金属化膜电容器在我国得到了快速发展，早期的金属化膜是Zn金属化膜，由于Zn沸点温度低，不易在PP膜上沉积成膜。先在薄膜上镀上熔点较高的锡和铜，用以敏化打底，形成凝聚核心，然后镀Zn才能形成均匀膜，但由于纯Zn膜极易氧化，工艺要求高，而后被Al金属化膜所替代，Al金属化膜由于表面易形成致密的Al2O3保护层，工艺要求不高，便于生产。但是由于电化学作用，Al金属化膜电容器在长期运行中存在容量衰减的问题。从九十年代后，一种新的金属化膜Al－Zn复合膜得到快速发展，由于它集中两者之优点：抗氧化能力比纯Zn金属化膜强，抗衰减能力则优于Al金属化膜电容器。在Al－Zn复合膜中，Al含量不到10％，其作用是：（1）敏化、打底，便于

Zn的蒸镀。（2）Al渗透到Zn的表面，形成Al2O3保护层，起保护作用。

2　潮湿空气对Zn－Al膜的影响

我们曾做这样的实验，把蒸镀好的Al金属化膜，在水中浸24h目测并无明显变化，说明了Al金属化膜对水的稳定性较好。同样把蒸镀好的Al－Zn金属化膜与水直接接触，结果，数秒钟内即可出现空白点。数分钟后，则薄膜几乎透明，完全不见Al－Zn金属层的存在，它充分说明了Al－Zn金属化膜对水的敏感程度。实际上它发生了如下化学反应：

反应（1）、（2）是同时存在的，其中反应（2）更为剧烈，这是一种氧化反应，被氧化后的Al－Zn膜方阻增大，tgδ增加，影响产品寿命，严重时将会造成产品的早期失效，我们曾多次解剖过早期失效产品，其中多为金属化膜被氧化所引起。所以我们在生产工艺中必须防止Al－Zn膜的氧化与腐蚀。从以上的反应式看，其关键是：尽量减少生产环境的湿度。

3　水蒸气的存在形式

要减少空气中水蒸气的含量，我们就有必要对水汽在空气中的形式与规律作一探讨。空气中的水汽是以气体形式存在的，实际上，我们平时周围环境的空气应当为湿空气。即表示为：

湿空气＝干空气＋水蒸汽

我们平时所说的湿度一般指相对湿度。它只是表示与饱和水蒸汽的相对比例。饱和水蒸汽压的定义为：当湿空气与液体水处于饱和状态时，这时空气中水蒸汽的压力即为这一温度时的饱和水蒸气压。相对湿度的定义为：空气中的实际水汽分压与相同温度下水的饱和气压之比值的百分率。

相对湿度＝（Pv／Pw）T×100％

其中，Pv为空气中实际水蒸气压，Pw为此温度时的饱和水蒸气压。实验和资料表明，饱和水蒸气压与温度有关。它是一个与温度有关的函数，温度越高，水蒸发的速率也越高，达到饱和时的水蒸气压也越高。不同温度下的饱和汽压对应列表如下。

4　水蒸汽的凝结与防止

如果元件从低温处移到高温潮湿的空气中，很快我们就可以看到它的表面出现一些小水珠。这是因为环境空气温度较高，含水量高，当接触到低温元件的表面时，由于元件表面温度低于空气的露点温度，空气中的水汽就凝聚成小水珠，这就是结露现象。露点温度的定义是：当空气中的水汽分压大于该温度下的饱和汽压时，空气中的水汽就有可能转为液相而结为露珠，这一温度，我们称为露点温度。对于我们生产电容器的实际过程来说，结露现象是绝对不允许发生的。因为，这将会造成金属化膜致命的损害。那么，我们怎么来防止呢？根据结露的特点，只有当产品温度较低，而空气湿度又大于产品温度的饱和水蒸气压时，才会出现结露现象。比如，温度为25℃的产品转移到环境温度为30℃的环境时，由于两者的饱和蒸汽压分别为2．96kPa和3．973kPa，当环境相对湿度大于2．96／3．973＝74．5度时，就会出现结露现象，所以，我们要避免结露现象出现的方法，一是避免从低温向高温处移动时的温差过大，并可根据高温处的绝对温度来得到最大允许的温差；二是减低高温处的湿度，如对于以上的例子，只要我们把温度30℃环境的相对湿度降低到74．5度时，也就可以避免出现结露现象，所以，只要我们在生产过程中，采取科学有效的方法，结露现象的防止并不困难。

5　水份的吸附与对策

由于Zn－Al膜的氧化是在水份的吸附后进行的，所以我们有必要来探讨一下水份的吸附与哪些条件有关。首先看一下在温度一定时，水蒸气压与吸附量的关系。当温度一定时，水蒸气压越高，单位时间内吸附在Al－Zn膜表面的水分子就越多，达到吸附与扩散平衡时的水份吸附量就越大。如图1表示。

当水蒸气压一定时，水的吸附量与温度的关系为：温度越高，相对湿度越小，水的吸

附量越少，如图2表示。

5．1　减少水吸附量的对策

根据以上所述，只要减少空气的绝对湿度或相对温度，就可以减少水的吸附量。采取的方法有：一是除湿，即减少空气含水量，减少水蒸气压的方法。二是升温，在空气绝对湿度不变时，通过升高温度的方法来达到降低相对湿度减少吸附量的目的。三是综合一二的优点，既升温，又除湿。

5．2　除湿的方法

（1）空调器除湿的方法，当空调机在制冷降温工作时，热湿空气经蒸发器表面而受到冷却后，湿空气温度低于其露点温度，所以空气中水凝聚成水滴而排出，起到除湿作用。由于其在除湿的同时，将使室温降低。根据这一特点，空调器除湿更适用于炎热的夏季有人工作的环境中。

（2）用去湿机除湿，其工作原理与空调器除湿非常相似，但由于其在除湿的同时，将使室温升高。所以，更适用于气温较低的冬天。

（3）高压冷凝去湿，其工作原理是先将空气压缩，再经过冷凝去水的方法。其优点是去水率高，缺点是投资大，工艺复杂。其适用于对干燥要求程度较高的环境。如金属化膜集中保存，且周期相对较长时。

升温减少吸附量的方法比较简单，但是既要升温又要除湿的工艺较为复杂，因为必须要考虑到除湿机的工作温度，一般在32℃以下。所以要考虑把压缩机与冷热交换器分离，让高温不影响到压缩机工作。

实践表明，采取以上的防潮工艺措施都是很有效的，但是如果生产周期过长，金属化膜还是要被氧化的，所以我们在注意防潮的同时，还必须尽可能缩短生产周期，避免产品

氧化。

总而言之，Al－Zn复合是一种自愈性能优异的金属化膜，只要我们能采取适当的工艺措施，就能生产出性能很好的电容器。生产电容器时，必须防止金属化膜的氧化，其方法有：

①减小生产环境的温差，防止产品结露。

②根据实际情况，采用合适的除湿方法，减少生产环境的相对湿度。

③加快产品流转，尽可能缩短生产周期。

参考文献：