鉅大LARGE | 點擊量：2295次 | 2018年12月14日
影響微凹版涂布厚度因素的分析
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)上改進開發(fā)的涂布方式。其主要技術(shù)特點是吻涂、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，對實際生產(chǎn)有重要指導(dǎo)意義。目前，國內(nèi)外主要通過試驗和建立涂布過程模型這兩種方式對涂布厚度的影響因素進行研究。本文通過試驗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，為微凹版涂布實際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。
影響涂布厚度的因素
通過對微凹版涂布實際生產(chǎn)的操作經(jīng)驗和理論研究進行總結(jié)，筆者將影響涂布厚度的各個因素歸納為圖1。
1.設(shè)備因素
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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，該涂布輥就不能發(fā)生任何變化。一般印刷企業(yè)會根據(jù)生產(chǎn)需求，存儲多根微凹版涂布輥。
基材與涂布輥的速度比（以下簡稱“速比”）是決定涂布厚度的另一關(guān)鍵因素。速比可以通過設(shè)備控制面板簡單設(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氣缸變化進行調(diào)節(jié)。
2.材料因素
當涂布液確定后，涂布厚度就可基本確定，如果必須要進行更改，還可通過添加溶劑等方法改變涂布液的配比，但該方法耗時較長，在實際生產(chǎn)過程中不太實用。
基材確定后，可通過對其表面進行處理等方法來改變涂布厚度。
涂布厚度的測定方法
涂層厚度的測定方法有很多，從涂層的狀態(tài)來看，可分為濕膜法和干膜法。
濕膜法一般為在機檢測，即在微凹版涂布過程中使用立式電子測厚儀，在線檢測涂布厚度。這種方法檢測迅速，可實時監(jiān)控涂布厚度，及時修正涂布過程中出現(xiàn)的問題，但立式電子測厚儀價格較高。
干膜法是測量涂布層干燥后的干膜厚度，是對涂布厚度較為精確的測量，且干膜法測試方法較多，價格經(jīng)濟，因此應(yīng)用較廣泛。干膜法主要有直接測量法和間接測量法。直接測量法又分整卷稱重法、取樣稱重法和直接測厚法。其中，整卷稱重法是利用電子稱重計來測量，精度為0.1kg；取樣稱重法是利用電子天平來測量，精度為0.01mg；直接測厚法是利用立式電子測厚儀來測試，精度為1μm。為保證涂布厚度測試的均勻性，應(yīng)在不同位置進行多次取樣，然后取平均值。間接測量法主要是使用掃描電子顯微鏡，精度在50～200nm，但該方法測量成本高，周期長，實際工業(yè)生產(chǎn)中不常使用。
根據(jù)試驗條件，以及對比各檢測方法的優(yōu)缺點，本試驗采用濕膜法作為涂布厚度的測定方法。
影響因素與涂布厚度的關(guān)系研究
1.試驗設(shè)備和材料
采用鋰電池隔膜涂布機作為試驗設(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)為納米級粉體，溶劑為水；烘箱長度為6米。采用立式電子測厚儀測定涂布厚度。
以研究速比、主機速度、包角大小和刮刀壓力對涂布厚度的影響為目的進行試驗。
2.試驗過程與分析
采取了單因素試驗法，即在安排試驗時，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
將主機速度、包角大小、刮刀壓力設(shè)定為不變因素，通過改變涂布輥的速度來改變速比。固定參數(shù)的選取根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)參數(shù)來定，各固定參數(shù)如下：主機速度V1為30m/min，包角大小為15°，刮刀壓力為3kg。開機進行試驗，記錄對應(yīng)的速比與涂布厚度，使用matlab軟件繪制二者的關(guān)系趨勢如圖2。
微凹參數(shù)與涂厚關(guān)系
從圖2可以看出，隨著速比的上升，涂布厚度也逐漸上升。當速比約為2時，涂布厚度達到最大值，然后隨著速比的增加涂布厚度出現(xiàn)下降趨勢。在速比為0.6～1.0時，涂布厚度上升得較快，但試驗過程發(fā)現(xiàn)，涂層出現(xiàn)了條紋等問題。
（2）主機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，改變主機速度。這里需要說明的是，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。開機進行試驗，記錄對應(yīng)的主機速度和涂布厚度，使用matlab軟件繪制二者的關(guān)系趨勢如圖3。
微凹速比與涂布關(guān)系
從圖3可以看出，隨著主機速度的上升，涂布厚度也隨之上升，當主機速度達到40m/min時，涂布厚度達到最大值，主機速度繼續(xù)升高的情況下，涂布厚度則緩慢下降。主機速度為10～50m/min時，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，主機速度為30m/min，刮刀壓力為3kg。開機進行試驗，記錄對應(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。包角大小在5°～15°之間時，涂布厚度變化較快；在15°～25°之間時，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°，主機速度為30m/min。開機進行試驗，記錄對應(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，涂布厚度會快速減小。當刮刀壓力為1～4kg時，涂布厚度比較穩(wěn)定。但試驗過程發(fā)現(xiàn)，刮刀壓力過大時，刮刀會出現(xiàn)輕微變形，導(dǎo)致涂布不均勻。
通過分析研究，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、主機速度、包角大小和刮刀壓力。試驗可得，隨著速比的上升、主機速度的上升、包角大小的增大、涂布厚度也會逐漸上升，而當刮刀壓力較小時，涂布厚度較大。從各個影響因素對涂布厚度的影響大小進行分析，速比對涂布厚度的影響最大，主機速度的影響次之，包角大小大小影響較小，刮刀壓力大小影響相對較小。可見，雖然涂布厚度的影響因素較多，但綜合對比大部分都是可靈活變動的項目，生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)實際情況，通過改變易變因素來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。
