微凹版涂布技術的應用

安志全，何偉楠

（樂凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

微凹版涂布是凹版涂布的一種，屬于輥式涂布，適用于溶劑型低粘度單層涂布。微凹版涂布使用一個凹版輥，凹版輥表面有網狀線紋，網狀線的多少決定了涂布的厚度。凹版輥兩端安裝有軸承，由支架上下拖動進入料槽，料槽中打滿物料，物料進入凹版輥的網紋中，旋轉時帶起物料，通過柔性鋼刀施加一定壓力，將網紋輥上物料刮勻，與反向運動的基材接觸，物料均勻轉移到基材上，實現均勻薄層涂布。

2 微凹版涂布原理

微凹版涂布是從印刷工業演變過來的技術。這個技術用于低粘度流體薄層高速涂布。一般的條件涂布厚度為1～50μm，粘度1～2000mPa·s，速度5～50m/min，涂布精度高達2%。微凹版涂布的最重要特征是雕花鍍鉻輥，輥表面的雕花可以用機械雕刻、化學蝕刻或機電雕刻，機械雕刻是最常用的。微凹版涂布時，過量的涂布液涂到凹版輥上，然后用撓性刮刀定厚，定量格中部分的充滿了涂布液，在格子通過輥之間的間隙時，格中的一部分涂液被轉移到片幅上，一部分則仍留在凹版輥的凹槽內，微凹版涂布如圖1所示。微凹版涂布的主要優勢是在高速時，借助于格子的容積和均勻度實現有一定厚度和均勻度的薄層涂布。

圖1 微凹版涂布示意Figure 1 Micro gravure coating diagram

3 微凹版涂層厚度與轉速比（S）的對應關系

微凹版的涂層厚度主要由凹版輥的網孔容積和轉移率來決定。凹版輥網孔容積的影響要素有：網紋輥線數、網穴形狀、網穴深度、網穴表面光潔度，這些跟網紋輥的型號相關，通常線數越多，網孔容積越小。凹版輥轉移率的影響因素有：網線角度和物料粘度，目前常見的網線角度為45°和65°，網線角度不變的條件下，物料粘度越低轉移率越高。

在凹版輥的型號和物料的物理特性不變的條件下，微凹版輥的線速度與被涂基材運行速度的比值，稱作轉速比（S），轉速比（S）決定涂層厚度的大小。涂層厚度大小與轉速比(S)之間的相互關系如圖2所示。一般情況下，當微凹版輥的轉速比（S）達到0.6時，可以開始進行涂布上料，但膠層表觀較差，涂層厚度偏低；當轉速比達到1.0～1.3時，涂層厚度逐漸增加，膠層表面光滑均勻；當轉速比（S）為1.3～2.0時，涂層厚度進一步增加；轉速比（S）超過2.0時，涂布呈不穩定狀態涂層厚度反而會降低。如圖2所示，直線部分的轉速比（S）為1.0～2.0，但通常1.0～1.3是最好的操作區間，既可以達到最好的膠層表觀，又可適當調節涂層厚度，保證涂布維持在最佳狀態[1]。

圖2 涂層厚度與轉速比（S）的對應關系Figure 2 relationship between coating thickness and speed ratio (s)

4 微凹版涂布常見弊病及解決方法

微凹版涂布過程中常見的涂布弊病主要有橫紋、縱條道（豎紋）、涂層不均或厚度難以保證、點子等。

4.1 橫紋

產生的原因主要有：

（1）Arm臂顫動或電機本身發生震動。

（2）片基或凹版輥的轉速過低。

（3）凹版輥本身網紋堵塞，異物造成規律性的橫紋。

（4）片基本身抖動傳到涂布頭或涂層在干燥過程中造成的。

針對橫紋產生，可采取以下方法進行處理與解決：

（5）通過設備調整Arm臂或電機，減少機械本身或電機本身的影響，消除橫紋。

（6）根據不同涂層或物料選取合適的輥速比，減少橫紋的產生。

（7）間距規律性橫紋，通過徹底清洗凹版輥，保證凹版輥網紋衛生，防止規律性橫紋的產生。

（8）調整片路張力與干燥箱的送回、風量的平衡，減少片基本身的顫動，防止橫紋產生。

4.2 縱條道（豎紋）

產生的原因主要有[2]：

（1）車速與凹版輥轉速不匹配。

（2）支持體運行時張力偏小。

（3）微凹版刮刀壓力不合適或刀片安裝兩端不平整。

（4）物料中有氣泡夾在刮刀與凹版輥之間。

（5）微凹版輥表面附著有異物。

針對縱條道（豎紋）的產生，可采取以下方法進行處理與解決：

（1）調整微凹版輥的轉速比率與基材的速度比，不同片種應用不同輥速比。

（2）通過對KISS輥及生產線張力的調整，解決張力對縱條道的影響。

（3）操作時正確安裝刮刀刀片，從中間開始向外按順序進行安裝，并使用力矩扳手緊固螺絲。保證各點受力均勻，防止刮刀刀片本身受力不均產生波紋。生產過程中調節好刮刀的壓力，在保證涂層厚度的情況下，刮刀壓力以最小為適宜。

（4）調整擋板位置，開車前涂布物料打循環時間要大于15min，消除物料中夾雜的微小氣泡。

（5）生產前嚴格檢查微凹版輥表面有無異物，開車前根據不同片種用無塵紙沾乙醇或其它溶劑，將微凹版輥表面擦拭干凈。

4.3 涂層不均或厚度難以保證

產生的原因主要有[2]：

（1）涂布物料粘度、固含量發生變化，不均勻。

（2）微凹版輥的目數選擇錯誤。

（3）微凹版輥的包角大小不合適。

（4）隨著涂布時間延長，刮刀刀片縫隙之間有物料滲入，造成刮刀刀片對微凹版輥的壓力增大，使涂布量難于保證。

（5）微凹版輥本身磨損嚴重，帶料量不足。

針對縱涂層不均或厚度難以保證，可采取以下方法進行處理與解決：

（1）物料使用前充分攪拌均勻后再供料，使用過程中要低速、勻速對物料進行攪拌，防止物料沉積造成粘度、固含量統一性差。

（2）根據涂層厚度要求，選擇合適目數的微凹版輥。

（3）調整KISS輥的包角。

（4）更換新刮刀刀片，消除因刮刀刀片內物料聚集，造成的刮刀壓力增大，對涂層厚度的影響。連續涂布過程中，涂層厚度隨著涂布軸數的增加，有逐漸下降的趨勢，涂層厚度的下降趨勢及更換刮刀刀片前后的涂層厚度變化見圖3。

圖3 涂層厚度變化Figure 3 variation of coating thickness

（5）微凹版輥涂布總軸數累計達到一定數量時，網紋磨損嚴重，涂層表觀及厚度難以保證。一般含Ti、Si類粒性物料磨損凹版輥要重一些，因此要根據不同的物料特性及產品質量要求，及時更換新微凹版輥。

4.4 點子

產生的原因主要有[2]：

（1）物料分散不佳或物料中有雜質。

（2）基材本身表面張力不均勻或表面不平整（鼓楞），產生的不潤濕點及脫涂點。

（3）凹版輥網紋局部堵塞，造成網穴內物料轉移不均勻。

（4）雜質、異物等造成的脫涂點。

針對點子的產生，可采取以下方法進行處理與解決：

（1）加強物料的分散及過濾，減少物料中的雜質。

（2）涂布過程中，對基材表面在線進行電暈處理，保證基材表面張力均勻；增大涂布張力，緩解基材表面不平整（鼓楞）造成的脫涂點，基材嚴重不平整（鼓楞）脫涂點無法消除的要停止使用。

（3）徹底清洗凹版輥網穴，保證網穴內物料的完全轉移。

（4）加強生產環境的潔凈度控制，減少雜質、異物造成的脫涂點。

5 微凹版輥的清洗

網紋輥的表面均勻分布著許多形狀相同的微小凹孔（網穴），正是這些小凹孔起著儲料、勻料和定量傳料的作用。當網紋輥的長期使用并未及時清洗時，物料會堵住部分網穴，導致網紋輥轉移率下降，涂層厚度下降。因此，清洗網紋輥對于微凹版涂布涂層厚度控制尤為重要。一般情況下，每次涂布完成或者長時間連續涂布達2d以上需及時清洗網紋輥，除去網穴中堵住的物料。目前，微凹版輥的清洗方法有：化學清洗法、超聲波清洗法、激光清洗法等多種，應用最簡易、最廣泛的是化學清洗法。化學清洗法可分為化學溶劑刷洗法和化學溶液浸泡法兩種[3]。

化學溶劑刷洗法是將化學溶劑（通常為乙酸乙酯）噴射在網紋輥表面，迅速用刷子反復刷洗。刷子選型原則為毛刷的硬度小于網紋輥鍍層材料的硬度。通常陶瓷網紋輥用不銹鋼絲刷，金屬網紋輥用銅絲刷子。缺點為這種方法只適于清洗網穴偏大的網紋輥，毛刷可以將網穴清洗干凈，但對于高網線數的網紋輥，網穴小，毛刷無法伸到小的網穴中，殘留物料無法被清理，堵塞網穴。優點為操作方便，成本偏低，時間短。

化學溶液浸泡法是將網紋輥放到裝有化學清洗劑的槽子中浸泡，溶解網穴中殘留的物料，然后再用自來水或酒精沖掉已溶解的殘留物。通常為將網紋輥全部或部分浸入PH值較高的堿液中（Na2CO3與NaOH或Na2CO3與NaHCO3的混合物），讓強堿溶解、軟化網中的物料，最后用清水或酒精洗去腐蝕性堿液及軟化的物料。缺點為清洗時間長，堿液成本偏高。優點為可以保護網穴的結構不被破壞。采取堿液浸泡法，可以清洗高線數、小網穴的網紋輥（線數在1000線／英寸以上）。

6 結語

涂布生產過程極為復雜，微凹版涂布是樂凱膠片服務有限公司最新引進的新技術。通過對其關鍵技術包括凹版輥的制作、清洗和涂布工藝技術的深入研究，掌握了微凹版涂布應用的關鍵控制點。隨著太陽能電池背膜及防眩光膜、硬化涂層保護膜等功能膜的日趨發展，微凹版涂布工藝將會得到廣泛應用。