徐樹(shù)波 韓汀

微凹版涂布技術(shù)是在普通逆向凹版輥涂布技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)開(kāi)發(fā)的涂布方式。其主要技術(shù)特點(diǎn)是吻涂、逆向涂布、涂布輥直徑小。微凹版涂布技術(shù)與普通凹版輥涂布技術(shù)最大的不同是普通凹版輥直徑約為125～250mm，而微凹版輥直徑約為20～50mm。微凹版涂布技術(shù)的濕涂層厚度最小可達(dá)0.8～2μm，且更加均勻。目前，微凹版涂布技術(shù)主要應(yīng)用于制備高端膜材，如高端防偽薄膜、有機(jī)高分子導(dǎo)電層、鋰電池隔膜等材料。

涂布的直觀結(jié)果是涂布厚度，確定影響涂布厚度的因素及這些影響因素與涂布厚度的關(guān)系，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有重要指導(dǎo)意義。目前，國(guó)內(nèi)外主要通過(guò)試驗(yàn)和建立涂布過(guò)程模型這兩種方式對(duì)涂布厚度的影響因素進(jìn)行研究。本文通過(guò)試驗(yàn)研究微凹版涂布技術(shù)中影響涂布厚度的因素、涂布厚度的測(cè)定方法，以及涂布影響因素與涂布厚度的關(guān)系，為微凹版涂布實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

影響涂布厚度的因素

通過(guò)對(duì)微凹版涂布實(shí)際生產(chǎn)的操作經(jīng)驗(yàn)和理論研究進(jìn)行總結(jié)，筆者將影響涂布厚度的各個(gè)因素歸納為圖1。

1.設(shè)備因素

設(shè)備因素主要指可在設(shè)備上調(diào)節(jié)的因素。其中，微凹版涂布輥是可替換件，一旦其加網(wǎng)線數(shù)、網(wǎng)穴形狀等因素確定下來(lái)，該涂布輥就不能發(fā)生任何變化。一般印刷企業(yè)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)需求，存儲(chǔ)多根微凹版涂布輥。

基材與涂布輥的速度比（以下簡(jiǎn)稱“速比”）是決定涂布厚度的另一關(guān)鍵因素。速比可以通過(guò)設(shè)備控制面板簡(jiǎn)單設(shè)定。

刮刀參數(shù)中，刮刀類型一旦確定，不再做任何更改，刮刀壓力和刮刀角度可以通過(guò)氣缸變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.材料因素

當(dāng)涂布液確定后，涂布厚度就可基本確定，如果必須要進(jìn)行更改，還可通過(guò)添加溶劑等方法改變涂布液的配比，但該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不太實(shí)用。

基材確定后，可通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行處理等方法來(lái)改變涂布厚度。

涂布厚度的測(cè)定方法

涂層厚度的測(cè)定方法有很多，從涂層的狀態(tài)來(lái)看，可分為濕膜法和干膜法。

濕膜法一般為在機(jī)檢測(cè)，即在微凹版涂布過(guò)程中使用立式電子測(cè)厚儀，在線檢測(cè)涂布厚度。這種方法檢測(cè)迅速，可實(shí)時(shí)監(jiān)控涂布厚度，及時(shí)修正涂布過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，但立式電子測(cè)厚儀價(jià)格較高。

干膜法是測(cè)量涂布層干燥后的干膜厚度，是對(duì)涂布厚度較為精確的測(cè)量，且干膜法測(cè)試方法較多，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，因此應(yīng)用較廣泛。干膜法主要有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法又分整卷稱重法、取樣稱重法和直接測(cè)厚法。其中，整卷稱重法是利用電子稱重計(jì)來(lái)測(cè)量，精度為0.1kg；取樣稱重法是利用電子天平來(lái)測(cè)量，精度為0.01mg；直接測(cè)厚法是利用立式電子測(cè)厚儀來(lái)測(cè)試，精度為1μm。為保證涂布厚度測(cè)試的均勻性，應(yīng)在不同位置進(jìn)行多次取樣，然后取平均值。間接測(cè)量法主要是使用掃描電子顯微鏡，精度在50～200nm，但該方法測(cè)量成本高，周期長(zhǎng)，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中不常使用。

根據(jù)試驗(yàn)條件，以及對(duì)比各檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本試驗(yàn)采用濕膜法作為涂布厚度的測(cè)定方法。

影響因素與涂布厚度的關(guān)系研究

1.試驗(yàn)設(shè)備和材料

采用鋰電池隔膜涂布機(jī)作為試驗(yàn)設(shè)備。該設(shè)備使用封閉刮刀式微凹版涂布單元，基材適用PP薄膜、PE鋰離子電池隔膜，基材卷徑為400mm，幅寬為500mm；漿料溶質(zhì)為納米級(jí)粉體，溶劑為水；烘箱長(zhǎng)度為6米。采用立式電子測(cè)厚儀測(cè)定涂布厚度。

以研究速比、主機(jī)速度、包角大小和刮刀壓力對(duì)涂布厚度的影響為目的進(jìn)行試驗(yàn)。

2.試驗(yàn)過(guò)程與分析

采取了單因素試驗(yàn)法，即在安排試驗(yàn)時(shí)，只考慮單一因素，其他因素保持不變，研究該因素與涂布厚度的關(guān)系。

（1）速比與涂布厚度的關(guān)系

將主機(jī)速度、包角大小、刮刀壓力設(shè)定為不變因素，通過(guò)改變涂布輥的速度來(lái)改變速比。固定參數(shù)的選取根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)來(lái)定，各固定參數(shù)如下：主機(jī)速度V1為30m/min，包角大小為15°，刮刀壓力為3kg。開(kāi)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄對(duì)應(yīng)的速比與涂布厚度，使用matlab軟件繪制二者的關(guān)系趨勢(shì)如圖2。

從圖2可以看出，隨著速比的上升，涂布厚度也逐漸上升。當(dāng)速比約為2時(shí)，涂布厚度達(dá)到最大值，然后隨著速比的增加涂布厚度出現(xiàn)下降趨勢(shì)。在速比為0.6～1.0時(shí)，涂布厚度上升得較快，但試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，涂層出現(xiàn)了條紋等問(wèn)題。

（2）主機(jī)速度與涂布厚度的關(guān)系

將速比、包角大小、刮刀壓力設(shè)定為不變因素，改變主機(jī)速度。這里需要說(shuō)明的是，為了使速比保持不變，微凹版涂布輥的速度要隨著主機(jī)速度的改變而改變。各固定參數(shù)如下：速比為1，包角大小為15°，刮刀壓力為3kg。開(kāi)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄對(duì)應(yīng)的主機(jī)速度和涂布厚度，使用matlab軟件繪制二者的關(guān)系趨勢(shì)如圖3。

從圖3可以看出，隨著主機(jī)速度的上升，涂布厚度也隨之上升，當(dāng)主機(jī)速度達(dá)到40m/min時(shí)，涂布厚度達(dá)到最大值，主機(jī)速度繼續(xù)升高的情況下，涂布厚度則緩慢下降。主機(jī)速度為10～50m/min時(shí)，涂布厚度變化了1.5μm。

（3）包角大小與涂布厚度的關(guān)系

將速比、主機(jī)速度、刮刀壓力設(shè)定為不變因素，改變包角大小。各固定參數(shù)如下：速比為1，主機(jī)速度為30m/min，刮刀壓力為3kg。開(kāi)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄對(duì)應(yīng)的包角大小與涂布厚度，使用matlab軟件繪制二者的關(guān)系趨勢(shì)如圖4。

從圖4可以看出，隨著包角大小的增大，涂布厚度出現(xiàn)遞增趨勢(shì)。包角大小在5°～15°之間時(shí)，涂布厚度變化較快；在15°～25°之間時(shí)，涂布厚度變化緩慢。

（4）刮刀壓力與涂布厚度的關(guān)系

將速比、包角大小、主機(jī)速度設(shè)定為不變因素，改變刮刀壓力。各固定參數(shù)如下：速比為1，包角大小為15°，主機(jī)速度為30m/min。開(kāi)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄對(duì)應(yīng)的刮刀壓力與涂布厚度，使用matlab軟件繪制二者的關(guān)系趨勢(shì)如圖5。

從圖5可以看出，在刮刀壓力較小的情況下，涂布厚度較大。增加刮刀壓力，涂布厚度會(huì)快速減小。當(dāng)刮刀壓力為1～4kg時(shí)，涂布厚度比較穩(wěn)定。但試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，刮刀壓力過(guò)大時(shí)，刮刀會(huì)出現(xiàn)輕微變形，導(dǎo)致涂布不均勻。

結(jié)論

通過(guò)分析研究，微凹版涂布的影響因素中，方便調(diào)節(jié)、易于改變的因素有速比、主機(jī)速度、包角大小和刮刀壓力。試驗(yàn)可得，隨著速比的上升、主機(jī)速度的上升、包角大小的增大、涂布厚度也會(huì)逐漸上升，而當(dāng)刮刀壓力較小時(shí)，涂布厚度較大。從各個(gè)影響因素對(duì)涂布厚度的影響大小進(jìn)行分析，速比對(duì)涂布厚度的影響最大，主機(jī)速度的影響次之，包角大小大小影響較小，刮刀壓力大小影響相對(duì)較小?？梢?jiàn)，雖然涂布厚度的影響因素較多，但綜合對(duì)比大部分都是可靈活變動(dòng)的項(xiàng)目，生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)改變易變因素來(lái)控制微凹版涂布生產(chǎn)，保證最佳的涂布厚度，從而獲得最佳的涂布產(chǎn)品。