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光學膜涂布設備與涂布技術
時間:2013-10-09   來源: 包裝前沿   閱讀:22034次

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一、不同光學膜產品不同涂布方式的選擇
1、具有微結構光學膜產品的涂布方式
(1)棱鏡膜又稱增亮膜(BEF),涂布特點是棱鏡膜涂布厚度為:基材:PET薄膜 38~250μm,涂布方式為輥涂,最好選用三輥涂布。
(2)擴散膜(包括上擴散和下擴散膜),擴散膜涂布厚度通常在10~20um ,技術規范給出的厚度誤差為±5%,減去基材厚度誤差的1%后,還剩下4%,厚度誤差小(<2um),一般采用刮刀輥涂布,涂布厚度調節范圍大,適應涂布厚度10~30um,涂料粘度20~100s的各類膠水的涂布。計量輥涂布有線輥和網紋輥涂布,適應涂布厚度在10um左右,粘度低于20s的各類膠水的涂布。最好選用計量輥涂布和狹縫涂布方式。
2、做平面涂布的光學膜產品的涂布方式
(1硬化膜類:LCD抗反射膜AR,LR(抗炫AG),IMD手機外殼表面抗刮和耐磨層。涂布特點:涂布量小,均勻。硬涂層的厚度在0.5-50μm之間的厚度是正常的,在1-20μm和2-10μm之間是比較合適的,但最好是在3到7μm之間。涂布可選用:微凹版、狹縫涂布、逗號刮刀等,最好的涂布方式是為了對膠水的適應性廣,同時配備兩種涂布頭,選用微凹版和狹縫涂布。
二、松德公司硬化膜(抗刮膜)高精密涂布機技術介紹
應用于IMD抗刮膜的特點:具備較好耐刮性,硬度要求高,若以鉛筆硬度表示,一般光學膜為3H,強化型光學膜要求達到4H~5H硬度。
涂布機設計工藝流程按照:
(一)雙工位PET光學膜基材放卷→自動換卷裁切→表面電暈處理→糾偏→牽引及張力分隔→微凹版涂布頭(涂膠量小,粘度低時使用)→狹縫涂布頭(涂膠量大及粘度高時使用)→真空吸附輥牽引→21M熱風干燥→UV固化→糾偏→與保護膜復合→噴碼→收卷?????????????? ???????????????????????保護膜放卷→糾偏→
(二)在硬化層涂布完成后再在背面涂布硅膠→與離型膜復合
技術參數
涂布形式:微凹版涂布(MICRO GRAVURE)+ 狹縫涂布(SLOT DIE)?
涂布基材:PET:50u-188u?
涂布速度:10~50m/min(視工藝條件而定)
機械速度:80 m/min
基材最大寬度:1100mm
放卷最大直徑:Φ800 mm
收卷最大直徑:Φ800 mm
張力范圍:5~50Kg/全幅寬
烘箱最高溫度: 180℃?? 3m x 7段,長21m
基材卷芯內徑:放卷收卷均為3″, 6″
智能控制十二軸矢量變頻驅動
整機功率: 約110kw
烘干熱源:電加熱,加熱能耗63萬大卡
機器重量:約 50 T
1、微凹版涂布技術 Micro Roller System
微凹版涂布技術適用于溶劑型中低粘度涂布液。
粘度范圍: 10 ~800 cps
涂布量: 5 ~80 g/m2
涂布厚度1~40um 濕涂厚度, 偶爾也可以涂到0.5~80um
涂布基材:PET 1.6~350 um.
線速度: 5 ~ 40 mpm
微凹版涂布可以為使用者提供多種調整方式。兩支導輥的位置決定了微凹版與基材之間的接觸角度,包角的大小和線接觸可調。
微凹版涂布法和傳統凹版涂布比較
?
微凹版
傳統凹版
網紋輥直徑
20~50mm 與基材非常小的線接觸
寬度300mm 時直徑20mm,寬度1600mm時直徑50mm
?125~250mm
轉移方式
沒有壓輥,屬于吻涂方式
有壓輥
旋轉方向
逆向涂布
正向涂布,網穴中的涂布液一部分轉移到基材上,一部分留在網穴內。
刮刀
刮刀軟,壓力輕,
傳統刮刀
涂布量
1~40um 濕涂厚度
濕厚度1~50um
粘度
?
1~1500mps
涂布精度
2%
2%
微凹版涂布方式是為了滿足均勻平整的小涂布量要求而發展起來的新技術,它簡單可靠,并且可重復。
凹版輥表面雕刻有圖案或槽穴,凹版輥兩端安裝高精密軸承,輥面部分浸在供料槽里,一端通過彈性聯軸節與伺服電機聯結,電機帶動凹版輥旋轉從液槽中帶起涂料,經過一個柔性鋼刮刀定量后,凹版輥圖案臺階上的物料被刮拭干凈,凹槽中保留一定體積的涂布液,當帶有定量涂布液的輥面與反向運動基材接觸后,涂布液在接觸處形成潤濕線,涂布液在表面張力作用下潤濕基材,凹槽中的涂布液由于粘性拉拽力被取出、進而轉移到基材表面后潤濕、鋪展,實現均勻薄層涂布。
標準凹版(網紋輥)涂布可分為正涂和逆涂,但都必須使用直徑約與網紋輥大致相同的橡膠壓輥。涂布基材從網紋輥和壓輥之間通過。經常遇到起皺和斷開的問題,另外壓輥接觸面還會帶來一些機械的、液壓的和壓力方面問題,影響涂布質量。
小直徑使微凹版與基材之間的接觸區域也變得很小。不同的直徑明顯會形成不同的包角。通常情況,比較大的接觸面所帶來的涂布問題遠遠大于接觸面小的。
傳統的凹版涂布,在基材進涂布點和出涂布點上存在涂布液堆積,這些滴液會造成涂布循環紊亂。傳統網紋輥直徑越大干擾滴液也越大,對涂布造成的不良影響越大。加上壓輥,壓輥可能出現傾斜,或者其他機械問題,涂布質量就更難以保證。
微凹版由于沒有壓輥就基本消除了因壓輥造成的不良影響,干擾滴液的問題也因為輥的直徑小而基本消除,入點和出點上的滴液量很少很穩定。
彈性流體動力接觸系統
當物理系統同時牽涉到流體流動造成的流體摩擦力與可變形固體所產生的彈性應力。并且此變形固體成為流體流動的邊界,這種相互作用的系統稱之為彈性流體動力接觸系統 (elastohydrodynamic systems, EHD)。
微凹版涂布方式中基材相當于可變形固體,涂布液則是其中的流體。微凹版涂布方式能夠實現高度均勻性的薄層涂布就是由于微凹版涂布方式應用了彈性流體動力接觸系統,其涂布間隙不再受背輥加工精度影響,涂布間隙主要由基材張力決定,間隙可以隨基材表面的改變而變化,實現輪廓型涂布。
常用概念包括:
(1)潤濕線、(2)包角、(3)上游分界線(upstream)和下游分界線(downstream)、(4)速度比s、(5)轉移率。

微凹版涂布彎月面
厚度公式
N. Kapur等在凹版涂布工藝研究中發現在其他條件不變的情況下:
???? H=1.34R(μv/σ)2/3
其中:H—涂層濕厚;R—涂珠彎月面半徑;μ—粘度;v—流體速度;(σ)表面張力。Blok 與van Rossum(1953)將薄膜以180°包覆一滾輪且使用油作潤滑劑,膜與滾輪之間的間隙為H=0.43R(6μv/N)2/3。
其中:R—滾輪半徑;N—薄膜張力;μ—粘度;v—滾輪轉速(線速度)。這個公式雖然沒有直接提供液膜厚度,但是H作為薄膜與滾輪之間的間隙是涂層厚度的重要影響要素,我們通過這一試驗驗證涂布張力是涂膜厚度的重要影響因素。綜合以上2個公式來看我們不難得出以下結論:h∝R(μv/σN)2/3?????
其中:h—涂層濕厚度;R—凹版輥半徑;N—薄膜張力;μ—粘度;v—滾輪轉速(線速度);σ—涂布液表面張力。這個公式全面概括了微凹版涂布厚度的影響因素,以及各因素對厚度的影響關系,對試驗、生產具有指導意義。
微凹版涂布工藝
微凹版涂布技術在國外已經是比較成熟的涂布技術,其操作控制基本采用自動化電氣控制,一般的控制過程包括:刮刀進、退,刮刀壓下、抬起,懸臂壓下、抬起,kiss輥壓下、抬起,涂布輥速(或速度比s)調解。涂布頭上的手動機械調節部分包括:刮刀角度、壓力,包角大小調整,這些機械調整一旦確定后一般不會改變,只有在涂層出現表觀弊病時才會做微量調整。另外,拖動控制部分與其他方式的控制基本相同,只是提出的控制精度會更高些,這與產品的性能要求相關,一般微凹版涂布的產品均勻性要求都很高。
涂層厚度控制
微凹版涂布不屬于精確預定量涂布,有別于坡流、落簾和條縫,其涂布量要根據物料和涂布工藝條件來確定。
首先,微凹版涂布的涂布量主要由凹版輥的網孔容積決定。凹版輥自身對涂布液轉移率的影響要素有:網紋輥線數、開口與網墻比、網穴形狀、網穴深度、網穴表面光潔度、網線角度,這些都直接跟凹版輥制作有關。
物料從孔穴里取出率與車速與凹版輥線、速度的比率S的關系。

涂布液從網孔里取出百分數與比率S
關系
可以看出在S比例一定的情況下(1~1.5之間),適當增加包角也可以增加涂層厚度,但這種調整都是微量的,并且包角過大易產生渦流,從而捕獲空氣或粒子造成拉絲弊病。

涂層厚度與比率S
關系
h∝R(μv/σN)2/3這個公式全面概括了微凹版涂布厚度的影響因素,以及各因素對厚度的影響關系,其他條件一定,涂層厚度與粘度成正比,與表面張力成反比。式中的μv/σ恰好是毛細準數的度量,因此隨毛細準數增長與涂層厚度增加。式中的涂布張力N的增加則會減小涂布間隙,最終減薄涂層,因此在實際生產與試驗過程中要不斷摸索每根涂布輥針對不同特性物料與涂布工藝參數的涂層厚度,積累經驗,以便在較短的時間內選擇滿足厚度要求的凹版輥。
微凹涂布法中的涂布條件,整個凹版輥表面的網線數在50到800線每英寸都是可以的,在100到300線每英寸就很合適。網線的雕刻深度在1到600μm都是可以的,在5到200μm之間更合適。微凹版輥的旋轉速度在3到800轉每分之間都是可以的,在5到200轉每分之間最好。基材的傳輸速度在0.5到100米每分鐘之間都是可以的,在1到50米每分鐘之間最好。
微凹版要求的加工精度:行為公差
圓度
0.02mm
圓柱度
0.02mm
直線度
0.03mm
跳動
0.03mm
微凹版線數與上膠量的關系:
線數
濕涂厚度μ *
線數
濕涂厚度μ *
25
50 - 80
85
13 - 22
30
30 - 45
90
8 - 16
36
28 - 43
95
7 - 15
38
25 - 40
100
6 - 14
45
28 - 43
110
6 - 13
50
25 - 35
120
5 - 11
55
20 - 30
150
4 - 9
60
21 - 31
180
3 - 8
65
13 - 22
200
2 - 5
70
16 - 30
230
1.5 - 3.5
75
20 - 30
250
0.8 -2
80
12-20
?
?
注明: *涂布量是由微凹版轉速÷線速度的速差決定的。
微凹版涂布方式的缺陷
微凹版涂布方式在高精度薄層涂布領域的應用是多數涂布方式無法比擬的,也是目前在薄層涂布領域應用最廣的,其地位是不容動搖的。但是微凹版涂布方式也有其自身的不足:
(1)所謂的預訂量涂布是相對的,并非精確的預訂量涂布,涂層厚度影響因素很多,要想實現某一種產品的精確預訂量涂布,需使用固定廠家制造的凹版輥,保證物料特性的穩定、涂布參數經過反復試驗確定;
(2)不同的涂布厚度要更換凹版輥,而且凹版輥本身也有使用壽命;
(3)涂布車速一般不超過40m/min,生產效率不高。
??
松德公司已經安裝的微凹版涂布頭及凈化房
2、狹縫涂布技術 Slot Die System
狹縫涂布相對于輥涂和其它傳統的涂布方式而言是一種更高效和更好控制的涂布方式。
狹縫涂布技術具備下列特點:
1) 能涂布1~100μ的厚度;10 ~100gsm(濕涂量);線速度:大約300mpm;用于光學膜涂布,擠出涂布的涂布速度在30m/min左右是比較合適的。
2) 能涂布不連續模式。
3) 能從事大面積一次涂部 , 不會產生邊緣厚度不同造成的污漬現象。
4) 清洗拆卸容易。
5) 適用寬廣的黏度:500~5,000 cps。
狹縫模頭,模頭定位裝置,真空箱,真空供給系統,流料遞送系統。定位裝置高度是固定的,模頭與背輥的角度是可調的,與背輥成90°或平行方向10°范圍內可調。在三個位置提供線性滑動導軌和氣壓裝置以保證模頭運動的精確性和準確度。
在定位裝置的末端裝有指示器用于保證定位裝置測量的準確性和可重復性。指示器可測量2.5個微米的厚度差,以便精密決定目前涂布位置。
我們對SLOT-DIE水平與垂直涂布進行比較分析發現,由于產生涂布缺陷有所?同,涂布機理有所?同,因此,在低粘度操作時垂直涂布比較有?,而高粘度時水平涂布比較有?,二者之分界點為粘?在75 mPa?s 附近。
狹縫模頭的模唇與背輥上料膜的傳輸方向所形成的角度在30°左右或者在90°左右是很好的。
真空抽氣的影響
真空抽氣方式如何對水平或垂直涂布產生影響,我們發現其可有效?低涂布厚?,特別是對水平涂布的影響最大。
不銹鋼流料遞送系統安放在一個定制的可活動的車上面,包括:螺桿泵、防爆式電機、控制器、過濾系統、壓力顯示表、閥門和鏈接軟管、壓力穩定的流體輸送系統才能保證獲得均勻一致的涂層。
3、干燥技術
硬化膜涂布烘箱特點:
1由于硬化膜涂布基本上為單面涂膠方式,采用有溶劑涂布液,干燥通常使用熱風干燥烘箱,普通輥式對流烘箱即可,不需要氣浮式烘箱結構。可以節省成本。
2、烘箱長度:18~24m,每段3米。
3、滿足潔凈要求的制作方法:烘箱整體不銹鋼制作;連接部分采用滿焊,鈍化處理;沒有直角,全部為圓角,便于清理。
在第一干燥區內用干燥的氣流對涂布后的溶液進行干燥,涂布膜表面最大的風速在1m/s左右是可以的,在2m/s左右和30m/s左右是比較合適的,在3m/s左右或20m/s左右最好。
當風速小于1m/s時,基材寬度方向上干燥速率的不同就會變得很明顯,這樣會產生干燥不均勻性,也會延長干燥時間,最終降低生產效率。當風速過大時,產生的風壓會吹走已涂布的溶液。
干燥氣流的方向并沒有什么特別的限制。風速的最小值在0.1m/s是比較合適的。
干燥氣流的溫度在室溫- 200℃之間都是可以的,在室溫-150℃之間是比較合適的,在室溫- 100℃之間最好。
第二干燥階段是在第二干燥區內進行的,它的溫度要比第一干燥區的溫度高大約50℃。若這種溫差在60℃左右是比較合適的,在70℃左右最好。
干燥的溫度最好是等于或低于涂布溶劑開始蒸發的溫度。例如,商用的光學引發劑可以和UV固化樹脂一同使用,當在120℃的熱氣流干燥下,它們的含量只需幾分鐘就會蒸發掉幾十個百分點;含有單官能團或雙官能團的丙烯酸鹽單體在100℃的熱氣流干燥下,它的含量也會急劇下降。在以上所提到的情形中,溫度最好要控制在等于或低于各涂層成分開始蒸發的溫度。
4、固化技術
采用UV無極燈固化。在經過干燥區后,涂布膜將會進入固化區,它是通過離子輻射或加熱來固化涂布膜。離子輻射并不受什么限制,只要化合物能夠被紫外線、電子束和r射線激活而發生交聯和固化即可。從操作簡易性和獲得高能量的角度來說,紫外線是最合適的。
5、涂布張力控制方式
微凹版和狹縫涂布獨特的張力控制方式:以真空吸附輥作為驅動牽引輥位,取代了牽引輥/壓輥,位置位于涂布之后和干燥之前
真空輥具有合適的輥表層來適合各種基材。例如:完全無網的面、不銹鋼(鉻鋼)網;不同表面材料的橡膠表層,它的上面也相應地鉆有吸附孔;等離子體陶瓷表層。做光學膜涂布應選擇表面為不銹鋼網的真空吸附輥,以避免因為吸氣孔造成基材變形導致濕涂層形成印跡,破壞涂層均勻性。
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