用于精密平膜生产的压延系统滗水器

用于精密平膜生产的压延系统

用于精密平膜生产的压延系统 2011年12月03日 来源： 生产高质量光学和电子薄膜对加工过程和设备的灵活性提出了极大的挑战。实验室范围的设备对该加工窗口来说是理想的。一方面，在原型期间，他们保持较低的材料消耗，另一方面，他们非常适合短期的高效生产。 用于电子电路的柔性衬底正以每年12%的速率增长，其中大多数的增长来自于亚洲。其中最重要的应用是计算机、电信和显示设备。 对薄膜质量提出的需求正变得更加严格，薄膜要变得更薄，允许的厚度公差也更严格。在这个背景下，使用柔性高精密平膜生产线对于短期生产来说是经济合理的。现在这类系统正获得越来越多的应用，尤其在亚洲国家。 用于精密平膜生产的压延系统 根据薄膜厚度以及所使用的狭缝模，高达30 m/min的生产速度能够轻松地达到从30 kg/h到150 kg/h的产量。这表示一个操作窗，它既意味着原型开发中的低材料消耗，同时也允许短期生产中的高效生产。经验显示，在这类设备上被优化过的工艺能够容易地按比例增加生产。

通过共挤出能够生产范围广泛的薄膜结构（多达七层）。标准方法是使用水(达150℃)或油(达230℃) 来控制辊筒温度。决定使用哪种温度控制液主要取决于是需要高冷却能力（水）还是高加热能力（油）。辊筒温度能够被控制精确到±1℃。电加热系统能够达到更高的辊筒温度，但是其温度控制就没有这么精确了，因为他们仅生成热，而多余的温度必须通过压出型材或自然对流来释放掉。挤出机的挤出温度设计到了400℃。 开始提到的对具有更严格的公差和更薄的薄膜的需求，对设备生产商、测量技术，以及设备控制系统都提出了极大的挑战。题图以双辊卧式压延机为例显示了具有技术挑战性的薄膜生产线的重要基础。没有严格而精确制造的机架，在实验室内也不可能生产出高技术产品。显然，对于生产设备来说，当有“小设备”参与时常常容易被忽视、或有意地无视成本因素。 对于安装于机器上的测试技术来说也是如此。图1显示了一台实验室压延机到实际生产时必不可少的方面：对于非常严格的公差要求(±5μm)，轴承运转必须被完全地补偿，薄膜厚度为50 μm或更少。辊端部（nip）的测量为辊间隔的控制提供了基础。测量范围从0.05mm到2.99mm，公差±0.002 mm。

在非常坚硬、具有高粘度的材料，以及非常薄的薄膜(<30 μm)的案例中，薄膜破损的后果是碰触到辊筒，并且伤害辊筒表面。为了防止这一点，研制了一种安全装置。它使用两条比最薄的薄膜更薄的钢带。这两条钢带位于压送辊的左右两端，但位于工作区之外。当薄膜破损时，压送辊端的线载荷突然跌落，拉入钢带。这立刻触发一次紧急停止，辊筒自动分开。 加工注意事项 除了上述描述的压延设备的设计措施之外，柔性短期生产以及原型开发也涉及了大量能够确定最终产品质量的加工参数。但由于空间限制，不在此讨论。本文讨论范围仅限于加工下游从模头出口到相关的设备。 除其他标准之外，结晶度在确定最后的特性之中扮演着重要的角色。例如，增加PEEK材料的结晶度，结果得到机械特性的显著提高。当在电子电路中使用柔性衬底时，这时大家所期望的效果。相反地，在光学应用中，则需要尽可能低的结晶程度。对任何给出的材料，这基本上是通过冷却速度确定的。而冷却速度则是由薄膜在压延机中的运行情况决定的。图2至图5表示了一台三辊压延机的四种不同的压辊设计，每一种都有相当不同的卷绕条件。这些不同是通过将第三个压辊围绕压辊2旋转70°达到的。姿态1和姿态2代表了流延膜的情况；姿态3和姿态4代表了压延膜。在15 m/min线速度下进行的冷却，是根据一种400μm的薄膜计算出的。三个压辊的表面温度被设想为25℃。图2和图3表现了几乎相同的冷却行为，尽管在姿态1当中辊筒2的包角比姿态2中大90°。原因是，在辊筒1上很大的环绕角度能够允许材料完全冷却。下游压辊对冷却不再有影响。

此外，可以看到，在辊筒1上由非常不对称的温度曲线图，这必然会对薄膜的平整程度产生影响。在这种情况下，第一个压辊的温度必须提高到80℃，以使薄膜上表面冷却得更慢。总的来说，可以看到，当使用这种方法进行操作，薄膜完全以辊筒温度离开第三个辊筒。 图4和图5显示了压延膜的情况。这里的冷却行为非常不同。在所有四种情况下，薄膜的上表面温度都在0.25秒或在45°环绕角度后呈现了辊筒温度，换言之，在该压辊更长的停留时间并不会产生影响。这在图4中显示地尤其清晰：从辊筒2到辊筒3明显加快地传输的后果是薄膜下表面在一半的时间内已经达到了辊筒温度。因此薄膜中间层的温度也冷却地更快了。

设备 上述的例子说明，自由选择某一种辊筒设计对于所希望达到的冷却行为来说是多么重要。这对于原型开发以及短期生产来说尤其重要，它们需要满足不同材料各不相同的需求。 图6显示了用于原型开发和短期生产的压延机辊筒设计。该机器设计的线速度为15 m/min，并提供50 μm到2,000μm的薄膜厚度。辊筒的工作范围是250mm。两个辊筒的直径为144mm，而另一个的直径是180mm。辊筒直径的选择在于很薄的薄膜以及非常狭窄的凝固温度范围，例如LCP，模头能够尽可能地接近压辊端部（roll nip）。在上方的图片中，滚筒3对应0°位置。下图显示第三个辊筒在70°位置。辊筒能够通过马达移动到0°到70°之间每一个可能的位置。机器部件被设计具有1.2 kN/cm的线载荷，它能够毫无困难地配合使用。该设备可以非常流畅地进行操作。

由于产品需要满足更加严格的要求，提供精密的加工设备以及高度的灵活性并不是面临的唯一挑战。更复杂的加工过程需要对整条生产线进行严格的控制。为此，今天，计划用于实验室和短期生产的机器也至少装配了比得上生产线上的控制机构。 结论 这里描述的平膜压延机仅仅是此类系统的一个化身。对于功能性薄膜的生产，可以谈的还有很多。事实上，加工中最具灵活性的变化已经在此处讨论了。应该提到的是，当这些设备“比生产设备尺寸小”的时候，它们在获得精密生产和控制能力的同时，并没有失去什么。考虑到加工柔性，它们甚至比专门生产的大型生产线更加先进，并且要经济得多，相比于小批量生产尤其如此。(end)

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