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揭秘!精密涂布技术的前世今生

更新时间:2018-03-06 11:03:11 来源:中国塑膜网编辑部


点图了解

精密涂布技术培训
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涂布技术
可说是一种古老,但是又先进的加工技术,用比较浅显的话说,就是把特定功能的薄层材料被覆在基材上。涂布产品种类很多,加工方式也不尽相同。以世界知名的3M公司为例,在5万种产品中,有相当数目和涂布加工技术息息相关的。


一  两大传统涂布技术


传统的涂布加工技术因产品的特性不同,种类很多,大致可以分为干式涂布及湿式涂布两大类。


干式涂布技术


所谓的干式涂布就是没有液体出现在整个加工过程中,例如真空蒸镀是在一真空环境中,以电能加热固体原物料,经升华成气体后附着在疡一个固体基材的表面上,完成涂布加工。日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜,就是以干式涂布方式制造的产品。但是干式涂布成本高昂,限制了许多产品的大规模生产。


湿式涂布技术

湿式涂布一般的做法是把具有各种成分混合成液态的涂料,以不同的加工方式涂布在基材上,然后使液态涂料干燥固化做成产品。


湿式涂布技术发展的历史相当长,但是直到1940年代,才有比较严谨的基础理论分析。从1940年代至今约70年,对于湿式涂布相关的物理现象,大致都已有所认知,以下介绍几种常见的湿式涂布技术。 

01 浸沾式涂布技术

浸沾式涂布(浸沉式涂布)是一种非常简单的涂布方式,例如希望在水壶的表面涂上一层油漆,只要把有色涂料放在一个大缸子中,然后把要着色的水壶泡浸其中,取出后旋转一下移去多余的涂液,烘干后即得到成品。浸沾式涂布可以用于几何形状复杂的基材,但是涂布厚度及均匀度的控制并不太理想,而且生产速度也快不了。

02 滚轮式涂布技术

滚轮式涂布技术最基本的结构是由3组零件组成: 盛液盘、携带轮及传送轮。盛液盘提供稳定的涂液量以进行加工,携带轮靠转动把涂液带起,然后传递给附着在传送轮上一起转动的基材上,完成涂布加工。


滚轮式涂布技术可以有许多变化,例如增加传送轮的数目,可以减低涂布的厚度,或在滚轮表面上做些改变,用软的材质,或挖些小洞、小沟槽,有利于不同状况的涂布。滚轮式涂布造价不高,而且具操作弹性,是一项相当普遍的涂布技术。但是涂布均匀度有时不能达到要求,而涂液中如果含有有机溶剂,也会造成环保上的一些问题。


滚轮式涂布的变化:A多轮组合;B同层反向;C凹版轮

03 刮刀式涂布技术

刮刀式涂布的基本架构和滚轮式涂布有点类似,也有一盛液槽,一携带轮把涂液带起,但用一把刮刀来控制涂布量,以进行可达预期厚度的涂布。刮刀可以是硬的,也可以是软的金属片,也可以加压来控制涂布量。

 


国内目前比较流行的就是刮刀式涂布技术,业界所用的刮刀形状像标点符号的逗点(comma),因此这一类的涂布设备称为comma coater。刮刀式涂布适用于黏度高的涂液,国外造纸业发展了先进的刮刀式涂布技术,能够以每分钟千米(时速60公里)以上的极高速率进行涂布。

刮刀式涂布示意图如下


逗点式涂布示意图如下


二 现代涂布技术


在1950-1970年间,执世界照相产品牛耳的美国柯达公司,开发出一系列极具突破性的涂布技术,以下介绍3项由柯达公司发明的涂布技术。

1  狭缝式涂布技术


1954年柯达公司发明了狭缝式涂布技术,发明者是贝衮(Beguin)。这项发明的特色是利用一模具挤出一液膜,涂布于移动的基材上。


这项涂布技术能否成辞,关键因素有二: 一是模具要能提供一宽度大,厚度及均匀度合于产品要求的液膜;二是液膜必须完整无缺地涂布在移动基材上,这必须依靠各种力的平衡,如重力、表面张力、液体黏滞力等,才能达到预期的效果。

这种技术最大的特点是模具提供的液膜流量是固定的,基材移动的速度也是固定的,如果涂布加工可以平顺进行,涂膜厚度可由流量及涂速直接估计出来。


这一类的技术又称为预调式涂布技术,优点是涂布膜的均匀度相当好,涂布速度可以相当快。涂液由模具中流出涂在基材上后迅速进入烘箱,由于大致上是密闭式的操作方式,如果涂液中有挥发性成分,可以减少挥发所造成的污染、质量不良等问题。

Beguin有一项重大的发现,就是
在模具下方装上一抽真空的装置,利用一点抽气的力量,在涂液被基材带走之前稍微后拉一下,使得涂布更为稳定,如此可以涂得更薄、更快。


2  狭缝式涂布技术升级——多层涂布技术


柯达公司当年制作传统的照相胶卷,必须涂上显示各种颜色的感光材料,可能有6-8种涂层。如果每次涂一层,在干燥后再涂一层,则花费的功夫极大,而且如果每一层的生产良率不高,几层涂下来产品的良率就可能极低。


罗素(Russell)等人便发明了一种一次可同时进行多层涂布的技术。虽然把单层狭缝式涂布技术改成同时进行二层涂布的技术是可行的,但是如果要同时涂二层以上,以狭缝式涂布技术而言,各涂层间模具的安排并不容易。

罗素想到一个非常巧妙的方法,他
把每层模具直立起来,涂液由下而上,流到出口时因重力会沿斜板流下,因此这项技术又称为斜板式涂布技术。如此安排使得多涂层涂布的困难度大幅降低,事实上最高可以同时涂15层。这项技术的限制是涂液黏度不可太高,否则难以自斜板流下。多层涂布技术是一个极有效率的生产方式,也具有极高的技术门坎,不是一般涂布公司可以轻易掌握的


当今,狭缝多层涂布技术作为一种精密的湿式涂布技术,目前被广泛用于电子、光学薄膜、印刷以及新能源如太阳能电池锂离子电池电极涂布等众多领域。

3  淋幕式涂布技术


柯达公司开发的这两项涂布技术,模具非常靠近基材,通常有两个问题必须克服。一是如果稍有不慎,会造成撞击或出现其他操作不易的因素;二是涂液必须在很小空间里作大幅度的转移,有时会造成涂液不稳定而在液面产生波浪。


1970年柯达公司提出淋幕式涂布技术(帘式/落帘涂布技术),这项技术是把模具组合拉高,然后利用边导杆让液体形成类似瀑布的淋幕,直接冲击到移动的基材上完成涂布加工。淋幕式涂布目前是世界上生产速度最快的方式之一。

这是国内目前主流的涂布加工技术,如同其他高科技产品及技术的发展,趋势应是走向轻、薄、短、小。对涂布加工方式而言,愈涂愈薄,是技术升级最关键的课题。

 



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