精密涂布技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用狀況[業(yè)界借鑒]

1、精密涂布技術(shù)的發(fā)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表面，取代原有基材的固氣界面，以保護(hù)基材，或改善基材的表面功能，以賦予基材新的功能特性，或直接利用涂層的表面特性，以提高終產(chǎn)品的使用價(jià)值或利于后續(xù)加工。一個(gè)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)，以及下游的涂布與干燥技術(shù)，涂布工程中所有的操作步驟均在一定的高標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，即為精密涂布。精密涂布技術(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張和塑料薄膜，隨著材料科學(xué)和材料工程的飛速發(fā)展，被涂基材已從紙張、薄膜發(fā)展到各類(lèi)高分子薄膜、鋁箔、銅箔及鋼板

2、等。 自工業(yè)革命爆發(fā)以來(lái)，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發(fā)展， 精密電子產(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(duì)涂布技術(shù)和涂布環(huán)境提出了越來(lái)越高的要求， 精密涂布技術(shù)的發(fā)展尤為重要，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。精密涂布技術(shù)依據(jù)涂料加工方式的不同， 可以分為干式精密涂布和濕式精密涂布兩大類(lèi)。干式涂布從字面上理解， 干式精密涂布是指在整個(gè)涂布過(guò)程中沒(méi)有液體出現(xiàn)， 常見(jiàn)的干式精密涂布方式有真空蒸鍍法，其原理為在真空環(huán)境中，通過(guò)電

3、能等高能方式加熱固體原料， 待其升華成氣體后附著在某一固體基材。 化學(xué)氣相沉積法也是干式涂布的常見(jiàn)方式之一， 其將含有構(gòu)成薄膜元素的反應(yīng)劑蒸汽及反應(yīng)所需氣體，通入放有基材的反應(yīng)室，通過(guò)空間化學(xué)反應(yīng)在基材表面沉積薄膜。日常生活中常見(jiàn)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(guò)干式涂布技術(shù)制造而成。但是干式涂布成本高昂，限制了許多產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。濕式涂布相對(duì)干式精密涂布， 濕式精密涂布更適合諸多工業(yè)產(chǎn)品的實(shí)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(guò)不同的加工方式涂布在基材上，再經(jīng)干燥固化成膜。濕式涂布依據(jù)流體力學(xué)的差異，分為后計(jì)量式和預(yù)計(jì)量式兩大類(lèi)型。

4、后計(jì)量式涂布方式的涂膜厚度受涂料的流變性質(zhì)和涂布條件所影響； 預(yù)計(jì)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 浸沉式精密涂布浸沉式精密涂布是工業(yè)界中最普遍使用的涂布技術(shù)之一， 為典型的后計(jì)量式涂布方式。在典型的浸沉涂布過(guò)程中，先將基材以固定的速度浸沉在含有涂料的容器內(nèi)， 一段時(shí)間后以一定速度取出含有涂料的基材，最后將溶劑干燥蒸出，涂料便形成薄膜附著在基材上。 在浸沉涂布的整個(gè)過(guò)程中，涂膜厚度隨涂布速度增加而變厚，但不成線(xiàn)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(shí)，由于毛細(xì)壓力，在基材接觸處的涂料會(huì)沿基材力指

5、向液體的外部， 導(dǎo)致液體內(nèi)部壓強(qiáng)小于外部壓強(qiáng)，涂液便附著在基材表面。 浸沉涂布最早用于在織布塑料表面形成薄膜，但是浸沉涂布的均勻度較差，車(chē)速較低，限制了其應(yīng)用。注：(a) 浸沉涂布過(guò)程示意圖 (b) 浸沉涂布原理示意圖2 刮刀式精密涂布刮刀涂布是世界各國(guó)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(jì)量式涂布方式之一， 其采用強(qiáng)度和硬度較好的合金鋼刀片來(lái)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張具有較高的平滑度和光澤度。 其原理是涂布輥將過(guò)量的涂料涂在原紙表面上， 在紙幅通過(guò)背輥與刮刀之間時(shí)， 刮刀與紙幅之間的距離決定了涂膜厚度，同時(shí)將多余的涂料刮掉，并由此在原紙表面形成一層均勻

6、的涂層。 根據(jù)所用刮刀類(lèi)型的不同，刮刀主要包括刮棒、逗號(hào)刮刀、氣流刮刀等。刮棒通常由強(qiáng)度硬度較好的圓棒精加工做成，圓棒上面纏繞精密的不銹鋼拉絲做成計(jì)量棒， 其原理是利用計(jì)量棒控制涂布量， 其可精確地將多余涂料刮掉，在實(shí)際生產(chǎn)中，可選擇不同型號(hào)計(jì)量棒精準(zhǔn)控制涂膜厚度。 張梅春等人發(fā)明了一種可調(diào)計(jì)量刮棒涂布裝置，可有效克服涂層不均，涂布過(guò)程中出現(xiàn)氣泡的情況，并且解決了涂料流失的情況。逗號(hào)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， 一般在圓輥表面沿母線(xiàn)加工成形似逗號(hào)的刃口，這種刮刀具有高的強(qiáng)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(hào)刮刀的刮刀

7、條痕會(huì)影響涂層的表觀(guān)質(zhì)量，不適合涂布有色涂層。通過(guò)調(diào)整刮刀所受力的大小來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)或者消除逗號(hào)刮刀的撓曲變形量，能有效提高逗號(hào)刮刀的高精度特性。 與刮棒和逗號(hào)刮刀相比，氣刀涂布比較特殊，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(guò)背輥與氣刀之間時(shí)，由氣刀噴嘴所噴射的氣體將過(guò)量涂布液吹掉，以此在基材表面形成一層厚薄均勻的涂層。 從其工作原理可知，在涂布過(guò)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(xì)闡述了氣刀涂布在生產(chǎn)中如何節(jié)約涂料的辦法，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。3 狹縫式精密涂布狹縫涂布為典型的預(yù)計(jì)量涂布方式，作為一種精密的濕式涂布技術(shù)，其目前被廣泛

8、用于電子、光學(xué)薄膜、印刷以及新能源如太陽(yáng)能電池鋰離子電池電極涂布等眾多領(lǐng)域。狹縫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(diǎn)，如涂布速度快、精度高、膜厚均勻；涂布系統(tǒng)封閉，在涂布過(guò)程中能防止污染物進(jìn)入，涂布效率高，可同時(shí)進(jìn)行多層涂布。 狹縫涂布技術(shù)已臻于成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)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)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的OLED能大幅提高OLED的效率和穩(wěn)定性，其生產(chǎn)成本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(gè)重要的工藝參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)工藝參數(shù)超出操作窗口的范圍時(shí)，涂布缺陷便會(huì)

9、產(chǎn)生。在PVA涂布液中加入無(wú)機(jī)粒子， 可有效增大PVA涂布液的操作窗口，同時(shí)降低涂布缺陷的產(chǎn)生。注：(a)狹縫涂布模具 (b)狹縫涂布原理示意圖4 落簾式精密涂布落簾涂布也是采用預(yù)計(jì)量涂布方式進(jìn)行精確涂布，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(shì)，它可減少涂布模具與基材之間的摩擦，減緩?fù)坎家合蚧膬?nèi)部滲透， 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(gè)特點(diǎn)。 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(duì)基材表面的覆蓋性好，整個(gè)涂布過(guò)程可以分成三個(gè)區(qū)域：幕簾形成區(qū)、幕簾流動(dòng)區(qū)和幕簾沖擊區(qū)， 每一個(gè)區(qū)域的工藝條件對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量保證都至關(guān)重要，如圖所示：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(hù)涂層紙中。結(jié)論隨著材料科學(xué)和