微凹版涂布厚度的影响因素分析
发布时间:2018-12-13 10:28:20
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微凹版涂布厚度的影响因素分析


微凹版涂布技术是在普通逆向凹版辊涂布技术基础上改进开发的涂布方式。其主要技术特点是吻涂、逆向涂布、涂布辊直径小。微凹版涂布技术与普通凹版辊涂布技术最大的不同是普通凹版辊直径约为125~250mm,而微凹版辊直径约为20~50mm。微凹版涂布技术的湿涂层厚度最小可达0.8~2μm,且更加均匀。目前,微凹版涂布技术主要应用于制备高端膜材,如高端防伪薄膜、有机高分子导电层、锂电池隔膜等材料。 


涂布的直观结果是涂布厚度,确定影响涂布厚度的因素及这些影响因素与涂布厚度的关系,对实际生产有重要指导意义。目前,国内外主要通过试验和建立涂布过程模型这两种方式对涂布厚度的影响因素进行研究。本文通过试验研究微凹版涂布技术中影响涂布厚度的因素、涂布厚度的测定方法,以及涂布影响因素与涂布厚度的关系,为微凹版涂布实际生产提供参考依据。


影响涂布厚度的因素 


通过对微凹版涂布实际生产的操作经验和理论研究进行总结,笔者将影响涂布厚度的各个因素归纳为图1。 


  

1.设备因素 


设备因素主要指可在设备上调节的因素。其中,微凹版涂布辊是可替换件,一旦其加网线数、网穴形状等因素确定下来,该涂布辊就不能发生任何变化。一般印刷企业会根据生产需求,存储多根微凹版涂布辊。

 
  基材与涂布辊的速度比(以下简称“速比”)是决定涂布厚度的另一关键因素。速比可以通过设备控制面板简单设定。 


刮刀参数中,刮刀类型一旦确定,不再做任何更改,刮刀压力和刮刀角度可以通过气缸变化进行调节。 


2.材料因素 


当涂布液确定后,涂布厚度就可基本确定,如果必须要进行更改,还可通过添加溶剂等方法改变涂布液的配比,但该方法耗时较长,在实际生产过程中不太实用。 


基材确定后,可通过对其表面进行处理等方法来改变涂布厚度。 


涂布厚度的测定方法 


涂层厚度的测定方法有很多,从涂层的状态来看,可分为湿膜法和干膜法。 


湿膜法一般为在机检测,即在微凹版涂布过程中使用立式电子测厚仪,在线检测涂布厚度。这种方法检测迅速,可实时监控涂布厚度,及时修正涂布过程中出现的问题,但立式电子测厚仪价格较高。

 
  干膜法是测量涂布层干燥后的干膜厚度,是对涂布厚度较为精确的测量,且干膜法测试方法较多,价格经济,因此应用较广泛。干膜法主要有直接测量法和间接测量法。直接测量法又分整卷称重法、取样称重法和直接测厚法。其中,整卷称重法是利用电子称重计来测量,精度为0.1kg;取样称重法是利用电子天平来测量,精度为0.01mg;直接测厚法是利用立式电子测厚仪来测试,精度为1μm。为保证涂布厚度测试的均匀性,应在不同位置进行多次取样,然后取平均值。间接测量法主要是使用扫描电子显微镜,精度在50~200nm,但该方法测量成本高,周期长,实际工业生产中不常使用。 


根据试验条件,以及对比各检测方法的优缺点,本试验采用湿膜法作为涂布厚度的测定方法。 


影响因素与涂布厚度的关系研究 


1.试验设备和材料 


采用锂电池隔膜涂布机作为试验设备。该设备使用封闭刮刀式微凹版涂布单元,基材适用PP薄膜、PE锂离子电池隔膜,基材卷径为400mm,幅宽为500mm;浆料溶质为纳米级粉体,溶剂为水;烘箱长度为6米。采用立式电子测厚仪测定涂布厚度。 


以研究速比、主机速度、包角大小和刮刀压力对涂布厚度的影响为目的进行试验。 


2.试验过程与分析 


采取了单因素试验法,即在安排试验时,只考虑单一因素,其他因素保持不变,研究该因素与涂布厚度的关系。 


(1)速比与涂布厚度的关系 


将主机速度、包角大小、刮刀压力设定为不变因素,通过改变涂布辊的速度来改变速比。固定参数的选取根据企业实际生产参数来定,各固定参数如下:主机速度V1为30m/min,包角大小为15°,刮刀压力为3kg。开机进行试验,记录对应的速比与涂布厚度,使用matlab软件绘制二者的关系趋势如图2。 


微凹参数与涂厚关系



从图2可以看出,随着速比的上升,涂布厚度也逐渐上升。当速比约为2时,涂布厚度达到最大值,然后随着速比的增加涂布厚度出现下降趋势。在速比为0.6~1.0时,涂布厚度上升得较快,但试验过程发现,涂层出现了条纹等问题。 


(2)主机速度与涂布厚度的关系 


将速比、包角大小、刮刀压力设定为不变因素,改变主机速度。这里需要说明的是,为了使速比保持不变,微凹版涂布辊的速度要随着主机速度的改变而改变。各固定参数如下:速比为1,包角大小为15°,刮刀压力为3kg。开机进行试验,记录对应的主机速度和涂布厚度,使用matlab软件绘制二者的关系趋势如图3。 


微凹速比与涂布关系



从图3可以看出,随着主机速度的上升,涂布厚度也随之上升,当主机速度达到40m/min时,涂布厚度达到最大值,主机速度继续升高的情况下,涂布厚度则缓慢下降。主机速度为10~50m/min时,涂布厚度变化了1.5μm。

 
  (3)包角大小与涂布厚度的关系 


将速比、主机速度、刮刀压力设定为不变因素,改变包角大小。各固定参数如下:速比为1,主机速度为30m/min,刮刀压力为3kg。开机进行试验,记录对应的包角大小与涂布厚度,使用matlab软件绘制二者的关系趋势如图4。 


从图4可以看出,随着包角大小的增大,涂布厚度出现递增趋势。包角大小在5°~15°之间时,涂布厚度变化较快;在15°~25°之间时,涂布厚度变化缓慢。 


(4)刮刀压力与涂布厚度的关系 


将速比、包角大小、主机速度设定为不变因素,改变刮刀压力。各固定参数如下:速比为1,包角大小为15°,主机速度为30m/min。开机进行试验,记录对应的刮刀压力与涂布厚度,使用matlab软件绘制二者的关系趋势如图5。 
  

从图5可以看出,在刮刀压力较小的情况下,涂布厚度较大。增加刮刀压力,涂布厚度会快速减小。当刮刀压力为1~4kg时,涂布厚度比较稳定。但试验过程发现,刮刀压力过大时,刮刀会出现轻微变形,导致涂布不均匀。 


通过分析研究,微凹版涂布的影响因素中,方便调节、易于改变的因素有速比、主机速度、包角大小和刮刀压力。试验可得,随着速比的上升、主机速度的上升、包角大小的增大、涂布厚度也会逐渐上升,而当刮刀压力较小时,涂布厚度较大。从各个影响因素对涂布厚度的影响大小进行分析,速比对涂布厚度的影响最大,主机速度的影响次之,包角大小大小影响较小,刮刀压力大小影响相对较小。可见,虽然涂布厚度的影响因素较多,但综合对比大部分都是可灵活变动的项目,生产企业可根据实际情况,通过改变易变因素来控制微凹版涂布生产,保证最佳的涂布厚度,从而获得最佳的涂布产品。


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