精密涂布技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用狀況

1、-. z.精細涂布技術(shù)的開展及其應(yīng)用狀況涂布是將具備特定功能的材料附著在目的基材外表，取代原有基材的固氣界面，以保護基材，或改善基材的外表功能，以賦予基材新的功能特性，或直接利用涂層的外表特性，以提高終產(chǎn)品的使用價值或利于后續(xù)加工。一個完整的涂布工程包括上游的涂料合成、分散與流變特性分析，中游的涂料與基材界面技術(shù)，以及下游的涂布與枯燥技術(shù)，涂布工程中所有的操作步驟均在一定的高標(biāo)準下進展，即為精細涂布。精細涂布技術(shù)及其應(yīng)用涂布技術(shù)最早用于感光工業(yè)、紙加工工業(yè)和包裝工程等領(lǐng)域，早期的涂布基材主要為紙和塑料薄膜，隨著材料科學(xué)和材料工程的飛速開展，被涂基材已從紙、薄膜開展到各類高分子薄膜、鋁箔、銅箔及

2、鋼板等。自工業(yè)革命爆發(fā)以來，涂布技術(shù)就在傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品制造中占據(jù)著重要的地位，如綱印制版、民生組件的噴漆、膠帶、合成皮等，隨著涂布基材的高速開展，精細電子產(chǎn)業(yè)的興起以及新能源產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的制造，如各種平面顯示器的光學(xué)膜、軟性印刷電路板以及新能源相關(guān)的鋰離子電池電極等，都對涂布技術(shù)和涂布環(huán)境提出了越來越高的要求，精細涂布技術(shù)的開展尤為重要，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大。精細涂布技術(shù)依據(jù)涂料加工方式的不同，可以分為干式精細涂布和濕式精細涂布兩大類。干式涂布從字面上理解，干式精細涂布是指在整個涂布過程中沒有液體出現(xiàn)，常見的干式精細涂布方式有真空蒸鍍法，其原理為在真空環(huán)境中，通過電能等高能方式加

3、熱固體原料，待其升華成氣體后附著在*一固體基材?；瘜W(xué)氣相沉積法也是干式涂布的常見方式之一，其將含有構(gòu)成薄膜元素的反響劑蒸汽及反響所需氣體，通入放有基材的反響室，通過空間化學(xué)反響在基材外表沉積薄膜。日常生活中常見的金屬質(zhì)感包裝膜、刀具材料、大規(guī)模集成電路技術(shù)的鐵電材料等一般都是通過干式涂布技術(shù)制造而成。但是干式涂布本錢高昂，限制了許多產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。濕式涂布相對干式精細涂布，濕式精細涂布更適合諸多工業(yè)產(chǎn)品的實際量產(chǎn)，一般做法就是將不同性能的成分組合成液態(tài)涂料，通過不同的加工方式涂布在基材上，再經(jīng)枯燥固化成膜。濕式涂布依據(jù)流體力學(xué)的差異，分為后計量式和預(yù)計量式兩大類型。后計量式涂布方式的涂膜厚度

4、受涂料的流變性質(zhì)和涂布條件所影響；預(yù)計量式涂布方式的涂膜厚度由輸液系統(tǒng)決定，不受涂料的流變性質(zhì)或涂布速度的影響。1 浸沉式精細涂布浸沉式精細涂布是工業(yè)界中最普遍使用的涂布技術(shù)之一，為典型的后計量式涂布方式。在典型的浸沉涂布過程中，先將基材以固定的速度浸沉在含有涂料的容器，一段時間后以一定速度取出含有涂料的基材，最后將溶劑枯燥蒸出，涂料便形成薄膜附著在基材上。在浸沉涂布的整個過程中，涂膜厚度隨涂布速度增加而變厚，但不成線性關(guān)系，待厚度增大到一定值后，涂膜厚度反而隨涂布速度增加而降低。其原理為當(dāng)基材與液體涂料接觸時，由于毛細壓力，在基材接觸處的涂料會沿基材力指向液體的外部，導(dǎo)致液體部壓強小于外部壓

5、強，涂液便附著在基材外表。浸沉涂布最早用于在織布塑料外表形成薄膜，但是浸沉涂布的均勻度較差，車速較低，限制了其應(yīng)用。注：(a) 浸沉涂布過程示意圖(b) 浸沉涂布原理示意圖2 刮刀式精細涂布刮刀涂布是世界各國生產(chǎn)含有涂層的紙和紙板的一種常用涂布方式，也為后計量式涂布方式之一，其采用強度和硬度較好的合金鋼刀片來調(diào)節(jié)涂布量和涂布層的平滑度，這種涂布方式能夠使紙具有較高的平滑度和光澤度。其原理是涂布輥將過量的涂料涂在原紙外表上，在紙幅通過背輥與刮刀之間時，刮刀與紙幅之間的距離決定了涂膜厚度，同時將多余的涂料刮掉，并由此在原紙外表形成一層均勻的涂層。根據(jù)所用刮刀類型的不同，刮刀主要包括刮棒、逗號刮刀、

6、氣流刮刀等。刮棒通常由強度硬度較好的圓棒精加工做成，圓棒上面纏繞精細的不銹鋼拉絲做成計量棒，其原理是利用計量棒控制涂布量，其可準確地將多余涂料刮掉，在實際生產(chǎn)中，可選擇不同型號計量棒精準控制涂膜厚度。梅春等人創(chuàng)造了一種可調(diào)計量刮棒涂布裝置，可有效克制涂層不均，涂布過程中出現(xiàn)氣泡的情況，并且解決了涂料流失的情況。逗號刮刀為刮刀涂布中一種新的涂布方式，其為涂布頭中的關(guān)鍵部件之一，一般在圓輥外表沿母線加工成形似逗號的刃口，這種刮刀具有高的強度和硬度，易于控制涂布量和涂布精度，適用于高固含量和高黏度的涂布液，但是逗號刮刀的刮刀條痕會影響涂層的表觀質(zhì)量，不適合涂布有色涂層。通過調(diào)整刮刀所受力的大小來實時

7、調(diào)節(jié)或者消除逗號刮刀的撓曲變形量，能有效提高逗號刮刀的高精度特性。與刮棒和逗號刮刀相比，氣刀涂布比擬特殊，其原理是由空氣調(diào)節(jié)涂布量和涂膜平滑度，在基材通過背輥與氣刀之間時，由氣刀噴嘴所噴射的氣體將過量涂布液吹掉，以此在基材外表形成一層厚薄均勻的涂層。從其工作原理可知，在涂布過程中，氣刀不直接與基材接觸，其適用于固含量低的涂布液和壓敏性涂料的涂布。方偉慶詳細闡述了氣刀涂布在生產(chǎn)中如何節(jié)約涂料的方法，對實際生產(chǎn)具有很強的指導(dǎo)意義。3 狹縫式精細涂布狹縫涂布為典型的預(yù)計量涂布方式，作為一種精細的濕式涂布技術(shù)，其目前被廣泛用于電子、光學(xué)薄膜、印刷以及新能源如太陽能電池鋰離子電池電極涂布等眾多領(lǐng)域。狹縫

8、涂布的工作原理為涂布液在一定壓力下沿著涂布模具的縫隙壓出而轉(zhuǎn)移到基材上的一種涂布方式。相比其它涂布方式，具有很多優(yōu)點，如涂布速度快、精度高、膜厚均勻；涂布系統(tǒng)封閉，在涂布過程中能防止污染物進入，涂布效率高，可同時進展多層涂布。狹縫涂布技術(shù)已臻于成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，從傳統(tǒng)領(lǐng)域不斷走向新興產(chǎn)業(yè)。采用狹縫技術(shù)生產(chǎn)的構(gòu)造簡化的OLED能大幅提高OLED的效率和穩(wěn)定性，其生產(chǎn)本錢約為由其它涂布技術(shù)生產(chǎn)的OLED的一半。操作窗口是狹縫涂布一個重要的工藝參數(shù)，在實際生產(chǎn)中，當(dāng)工藝參數(shù)超出操作窗口的圍時，涂布缺陷便會產(chǎn)生。在PVA涂布液中參加無機粒子，可有效增大PVA涂布液的操作窗口，同時降低涂布缺陷的產(chǎn)

9、生。注：(a)狹縫涂布模具(b)狹縫涂布原理示意圖4 落簾式精細涂布落簾涂布也是采用預(yù)計量涂布方式進展準確涂布，不同于傳統(tǒng)刮刀涂布直接接觸基材的涂布方式，落簾涂布是一種非接觸式涂布技術(shù)，因此其具有很多優(yōu)勢，它可減少涂布模具與基材之間的摩擦，減緩?fù)坎家合蚧牟繚B透，涂布量由供料泵的流量控制，能耗低，涂層薄以及涂布速度快是落簾涂布最顯著的兩個特點。其工作原理為涂料從噴嘴中流出后，以自由下落的方式形成連續(xù)性的液體幕簾沉積在噴嘴下面的基材上，對基材外表的覆蓋性好，整個涂布過程可以分成三個區(qū)域：幕簾形成區(qū)、幕簾流動區(qū)和幕簾沖擊區(qū)，每一個區(qū)域的工藝條件對產(chǎn)品的質(zhì)量保證都至關(guān)重要，如下圖：簾式涂布目前被廣泛用在熱敏紙、低量涂布紙、印刷紙和防護涂層紙中。結(jié)論隨