偏光片行業中的律動式作業研究

［摘 要］偏光片生產中的核心工站為延伸站，由于原材料聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，以下簡稱“PVA”）延展性強，需要拉伸等，只能采用單軸生產方式，導致整個偏光片生產需要每過1～3 d，均需要停機2～5 h 進行換料準備，故偏光片生產屬于“律動式”作業。律動式的特點決定了其必須圍繞著延伸站的生產節拍進行作業準備、生產、備庫存、接訂單。

［關鍵詞］偏光片；卷對卷；前推后拉；卷材；律動；單軸

［中圖分類號］F272 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）01–0044–03

1 偏光片生產的工序簡介

偏光片生產分為兩個主要部分：①前工序，屬于“卷對卷”（Roll-To-Roll，以下簡稱“R2R”）作業，主要包括預處理→延伸→涂工→（檢反）工站；②后工序，屬于“前推后拉”（Push-Forwards and Pull-Backs）型單件流水線或者自動化程度更高的“卷到片”（Roll-To_Pieces，以下簡稱“RTP”）設備。前、后工序通過分條機（Slitter）或模切設備（Roll-To-Chips或Roll-To-Sheets，以下簡稱“RTC”或“RTS”） 進行銜接。

一般的偏光片前工序為：預處理→延伸→涂工→熟成→檢反工序，有的偏光片廠商將預處理工序與延伸工序合二為一，也有的偏光片廠商將檢反工序嵌入延伸工序。部分窄幅產線會在預處理前增加分條工藝，目前，TAC 等原材料一般為1 330 幅寬以上的卷料，為了能在窄幅（650 mm 左右）產線使用，部分產線會在預處理工序前增加分條工序。

文章按照“延伸→涂工”工序對偏光片生產前工序進行展開說明。

1.1 延伸工序

偏光片核心部位為PVA 膜，經由特殊的染色延伸工藝加工、賦予偏光性能而成。由于PVA 膜較脆、易開裂折斷，且對使用環境的溫濕度耐受能力差，需要在其上下兩側貼合內保護膜，內保護膜以TAC 膜（三醋酸纖維素膜）最為常用。

偏光片生產受制于主材料PVA 單軸生產，無法雙軸切換，導致偏光片生產呈現“律動式”特征，典型表現如下：①延伸周期性的產出、停止；②延伸停機切換時間長、耗損大；③同1 卷PVA 產品，要盡可能一致，避免切換；④偏光片生產自動化水平較高，生產途中的干預會導致設備穩定性變差，異常情況增多。偏光片生產的特點決定了前工序必須圍繞延伸“律動”特點，走批量生產方式。

延伸工序是偏光片生產中的核心工藝，延伸工序包括以下幾點：① PVA 染色拉伸工藝；② 3 層膜貼合工藝；③ SPV 放卷工藝。其中，PVA 染色拉伸工藝最為核心，產線斷膜主要發生在PVA 染色拉伸區段。

延伸工序的關鍵點在PVA 染色拉伸，藥液的配比、拉伸比的變動不僅影響光學性能，也會對耐候性造成巨大影響。PVA 染色拉伸區段也是整個偏光片生產中的薄弱點，PVA 的單軸上料模式決定了PVA 卷材切換時間較長。

1.2 涂工與熟成工序

涂工工序是偏光片生產中的關鍵工序，主要是涂壓敏膠，以便后續貼敷在玻璃上。熟成是為了壓敏膠更好地交聯熟化而在特定溫度區放置特定時間的工序。

壓敏膠的膠水配方、烘箱溫度、熟成等組合會影響壓敏膠的性能，不適當的組配會導致溢膠、缺膠、異常紋路等一系列問題。

偏光片的后工序一般為：分條-RTC 或RTS 或RTP 或全檢→磨邊→清潔→內包→外包等工序，后工序較為靈活，根據實際情況，有的廠商僅有RTC、磨邊、全檢、內外包等工序；有的廠商僅有分條-RTP 工序；有的廠商存在兩者混合的模式。現以分條-RTP、分條-RTS- 磨邊、分條-RTS- 磨邊-Mark 品全檢3 個典型工序的關鍵環節進行闡述。

1.2.1 分條-RTP

該工序最為精簡，分條一般在偏光片廠商內。RTP 與客戶工序深度綁定。廠內噴碼卷材與帶有Mark 識別功能的RTP 搭配可以最大限度地降低耗損。

1.2.2 分條-RTS-磨邊

RTS 一般在偏光片廠商內，RTS 后分出的良品片材一般需要進行磨邊作業，保障偏光片邊緣效果，并在磨邊后直接進行內、外包作業，RTS 分出的不良品直接打為B 品，放入B 品倉。該作業在廠內前段AOI 過檢率較低時使用，可以最大限度地降低后工序人工成本。

1.2.3 分條-RTP-磨邊-Mark品全檢

在第2 條基礎上，增加了Mark 品全檢動作，在廠內前段AOI 過檢率較高時使用。新增的Mark 品全檢表面上彌補了AOI 過檢率高導致良品判為不良品的問題，但在實際運行中會起到反作用：Mark 品全檢比例及全檢人員穩步增加，而解決AOI 過檢率的投入持續不足。

2 律動作業在偏光片生產過程中的應用

律動作業類似于“心臟”周期性的搏動，將偏光片物料周期性地生產出來并流轉到后工序，可從以下方面闡述律動作業的特點

2.1 作業準備

作業準備是律動式作業的核心。偏光片生產自動化水平高，初始狀態基本可以保持到最后。準備工作做得越充分，生產階段越穩定。準備工作主要分為輥輪維保、設備清潔、藥液調配、材料準備。

2.1.1 輥輪維保

偏光片生產中，膜材均在輥輪上穿行。輥輪的水平、硬度、粗糙度、壓強一致性、掉粉程度及運轉平順性等特性對產品質量、斷膜等影響較大。停機時，需要逐一排查輥輪故障并清除。

（1）上次生產過程中的異常維修。生產單位、設備單位聯合作業，生產或其他單位點檢到異常時，聯絡設備單位一同確認異常并記錄，并盡量不在生產中進行設備維修，而是生產單位、技術單位、設備單位一道討論方案，并在停機時優先進行修復。常見的問題有：輥輪鼓包、輥輪受傷、轉動不暢、不規則震動、膜材偏膜、膜材擦傷等。

（2）重點點位輥輪檢測并排查。對于歷史上發生過2 次以上故障的輥輪點位進行重點檢測，確認是否需要更換。

（3）需更換輥輪的前置作業并實施。前置作業，就是安裝前的預備動作。例如：需要更換的輥輪，在停機更換作業前，就將輥輪送達待更換位置，并且將軸承、卡座等預安裝到位。

（4）其他。其他需要停機時作業的項目，例如，輥輪墊邊、增加輥輪等。

2.1.2 設備清潔

（1）烘箱清潔。主流偏光片生產工藝屬于“濕法拉伸”工藝，PVA 浸潤在碘液中拉伸，需要烘干箱進行烘干。烘干箱中的風量平衡對于烘箱內部的清潔度有較大的影響。烘干箱排風機的排風量應當是給風機給風量的105%～110%，簡單地說，烘干箱的進膜口與出膜口需要保持“輕微的負壓狀態”。所謂“負壓”狀態是說在給/ 排風機同時運轉的條件下，在烘干箱的進膜口與出膜口處應有環境中的冷空氣被吸入烘干箱內，而不應是烘干箱內的熱空氣被吸出來，被吸入烘干箱的冷空氣的風速應為0.3～1 m/s。在烘干箱的應用過程中，容易出現風口堵塞、導輥臟污、膜材斷裂碎片、腔體臟污等問題。

（2）藥液清潔。主流偏光片使用“濕法拉伸”工藝，藥液染色配方是決定信賴性、光學特性的關鍵點。藥液中的硼酸等在膜材流動中容易失水結晶或者斷膜后的碎屑殘留在藥液中。如果不定期清潔，藥液會越來越臟，PVA 上攜帶的臟物質會磨損切刀、輥輪等，并帶來捏痕等不良外觀。

（3）輥輪清潔。偏光片生產過程中涉及膠水黏合、電暈放電等工序，且偏光片行進過程中易摩擦起電，帶有強烈的靜電，很容易將周圍的浮塵吸附在偏光片上并最終在黏塵輥上富集。故每次停機時均需清潔輥輪。

2.1.3 藥液配置

各藥液槽的藥液濃度和溫度對信賴性、光學、斷膜、外觀等影響均較大。

碘– 碘化鉀溶液中K-5、K-3、K+2等離子的濃度對偏光片的光學性能具有決定性作用，而各含量的離子濃度平衡常數、分配系數與溫度具有強相關關系。不同機速、不同型號的PVA 需要設置不同的溫度、濃度配方。

藥液槽的溫度過低，會導致PVA 延展性能較差，容易斷膜。溫度過高又會導致PVA 膜材融化。故不同拉伸比的藥液槽必須設置合適的溫度。

硼酸類的化學藥液容易結晶形成顆粒狀的異物堵塞在PVA 刮刀上，導致刮刀崩刃、外觀捏痕爆量等。必須控制PVA 刮刀前的硼酸濃度，避免損傷刮刀。藥液配置過程需要在開機前1～2 h 內完成。

2.1.4 材料準備

開機前20 min，需要將需要的原材料提前入無塵車間并進行清潔；清潔后上架備用。

2.2 穩定生產

2.2.1 少干預

實踐證明，生產過程中的人工干預會導致制程不穩定，引發異物/ 纖維上升、周期性缺陷增多等問題。盡可能少人或無人進入核心區域，能最大程度地保證不良控制在較低水準。生產的原則是：①“輕傷不下火線，重傷重在預防”，即對生產過程中產生的輕微缺陷不進行人工干涉，僅記錄異常，待停機后進行徹底整修。②周期性的缺陷注重從環境上進行解決。從異物的源頭、攔截措施上進行處理，而不是安排人盯頻發區域，隨時準備干預。人是最大的污染源，人員在核心區域會帶來更多的環境污染。統計表明，水膠系產品溢膠一次，會帶來10% 的良率損失并會污染輥輪、烘箱邊緣，造成邊緣異物連續爆量及后工序褶皺。溢膠改善重在控制溢膠范圍及溢膠影響，避免溢膠污染后工序環境，不能通過人員盯著涂膠區域的方法來解決。

2.2.2 控接頭

延伸站新增1個接頭，會導致至少20 m 的卷材料浪費，并對后工序造成產能損失。每過1 個站，卷首3 m 因為表面臟污需要割除，卷末3 m 由于管底壓跡而無法使用，經過4 個站就會導致24 m 的材料耗損。

延伸站新增1 個接頭，會對后工序造成產能損失。分條/RTP/RTS 等后段設備多設計為單軸模式，換卷必須停機，每新增1 個接頭，就會影響到產能。以分條機為例，假設分條機時速60 m/min，生產1 卷1 800 m 的卷材，僅需要30 min。如果生產2 卷900 m的卷材，由于停機換卷/ 再調試的原因，同樣1 800 m的卷材，則需要60 min 才能完成，產能降低50%。接頭處如果發生不良情況，有時候會產生至少30 m 的異物爆量，影響良率，增加了漏檢風險。最佳的改善方案為減少接頭數量，在延伸盡可能地大卷。

2.2.3 高機速

正常情況下，由原材料導入的異物顆粒等都可以較好地被去除。缺陷的來源主要為藥液中的硼酸結晶、核心區域中的異物顆粒。硼酸結晶、異物顆粒等可近似為平均分布。單位時間記作T，落入偏光片等薄膜產品的異物顆粒記作a，膜材寬度記作W，機速記作S，則異物分布率為：a/（STW）。機速提升則異物分布率降低，例如，機速提升1/4，則異物分布率降低20%，約等于降低20%。假設機速提升率為K，現有良率為 p0，提速后的良率為 p1，則 p1=（K+p0）（/ K+1）。良率越低時，機速提升帶來的良率上升越明顯。

實踐證明，低機速時，設備運行中抖顫較為嚴重，系統穩定性不佳，容易出現偏膜等問題。高機速生產時，膜材運行平順，設備穩定性良好。故建議設備盡可能在高機速下運行。

2.3 庫存策略

“律動式”生產要求延伸站周期性的同批次大批量生產。這個特點決定了“延伸做庫存”為最適合的庫存策略。

實踐表明。如果貼敷保護膜保存，超過2 周后，會在膜材上出現微小的凹凸不平的肉眼不可見的變形，形成“自由光學曲面”，導致依賴反射檢測的AOI 無法正常檢測。故如果做“延伸庫存”，且如果是延伸貼保護膜工藝，則下一工站的AOI 反射通道不能設計為高敏感度的配置。

2.4 訂單方針

“律動式”生產決定了偏光片生產必然是批量生產模式，且偏光片的工藝特點決定了最佳的訂單方式為組合式訂單。以65 吋為例，最佳的利用率方案是：上片使用2.5m 幅寬產品制作，一卷切3 取65 吋，利用率可以近似100%。下片使用2.3m 幅寬制作，切一區65 吋/ 一區32 吋，利用率97%。高利用率的前提是65 吋、32 吋必須組合搭配。如果大、小尺寸不能配平，則會導致產出低價值的“副商編”。

3 結束語

偏光片行業“前卷后片”的特性，導致偏光片行業無法實現“準時生產”等精益概念。前工序要求大批量生產，才能攤平成本，頻繁的切題不僅無法保障產能，而且良率、耗損等各項指標均飆高難下。片材各機種、各尺寸的訂單不平衡，導致組配的副商編加工出來時只能積壓庫存。適合偏光片特點的模式是以前段延伸律動式為核心組織生產。降低成本的方法是保障律動生產時的穩定性、高機速，生產中盡可能減少人工干預，并強化定期的設備維保，同時把技術改善重點在保障初始生產上。為適應“前卷后片”的特性，要采取“延伸做庫存”策略，這樣既可保障前工序穩定、批量產出，也可以適應客戶訂單規模急遽變換、產品品質逐日加嚴、尺寸規格紛繁多變的需求。

參考文獻

[1] 石鵬飛，王志誠，胡文平，等. 大尺寸偏光片缺陷檢測技術[J]. 電子工藝技術，2023，44（4）：55-58.