CN102909810B - 一种平板式缝模涂布机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板式缝模涂布机，包括成膜台面（14），成膜台面（14）下面设有成膜步进电机（19）及与其相连的X轴丝杆（12），成膜台面（14）的上方设有缝模刀具（15），缝模刀具（15）设置在能够沿X轴平移的龙门架上，龙门架与X轴丝杆（12）相连，龙门架的位置受成膜步进电机（19）控制，缝模刀具（15）上固定有注射器（5），注射器（5）的注射头与缝模刀具（15）的缝模间隙（29）相连。本发明结构紧凑，操作方面，设备体积小，重量轻，便于实验室使用和小规模样品试制。

Description

一种平板式缝模涂布机

技术领域

本发明涉及薄膜及薄膜器件制备领域，具体是一种平板式缝模涂布机。

背景技术

缝模技术被广泛运用在溶液和熔融物质涂布领域，其结构简单，可靠性好，所成薄膜精度高。缝模通常由两个相互留有间隙的模唇组成，涂布液以一定流速注入缝模间隙，在间隙内展开后经开口吐出。缝模开口与成膜基片之间保持相对移动，吐出溶液附着在基片上形成均匀薄膜。或者熔融物质经缝模开口吐出口后快速冷却形成固定厚度和宽度的材料。缝模技术很好的兼容了卷对卷设备，适合快速、高效的生产方式，有效节省了生产成本。

申请号为200620018571.9的中国实用新型专利公开了一种双面缝模水平涂布机。其属于电池极片制造设备范围，密封涂布箱安装在该涂布机的中间位置，三道烘干箱内都安装红外发生元件、热风悬浮装置、旋转纠偏导辊和托辊；电池极片集流体经过自动纠偏放卷装置、恒张力传感器、托辊、旋转纠偏导辊、缝模挤压涂布头和三道烘干箱至自动纠偏恒张力收卷装置。因涂布层里外同时加热，顺利排出潮气，不仅解决了热风烘干造成的先外后里的烘干缺陷，而且节省了30-50%能源。与电池极片轧机和连续分条机可以联合组成电池极片涂布连轧使电池极片能够带滚压，减少电池极片的变形抗力和滚压后的厚度反弹量，使生产效率提高两倍和提高极片制造精度。

申请号为200480006017.2的中国发明专利公开了一种夹缝模具和具有涂膜的基体材料的制造方法以及制造装置。其通过一对相对的模唇的组合，在模唇之间具有模唇间隙和行成在该模唇间隙的下端的涂布液的吐出口，其特征在于，至少一方的模唇由沿着上下方向重合、并且可以沿着与所述吐出口的纵向成直角的方向相对移动的至少2个部件构成，进而，由以下各要件构成，即可调整这些部件的相对位置地与这些部件相配合的部件配合要件，在相对位置的调整后将这些部件相互连接的部件连结要件，安装在这些部件的与所述吐出口侧相一侧的外面、规定不部件的相对移动的位置的定位要件，以及，将所述定位要件固定在所述部件上的定位要件的固定要件。

申请号为200810003154.0的中国发明专利公开了一种可获得高精度的膜厚分布、构造简单且维护后无需在调整的缝模及垫片。在本发明的缝模中，在第一唇部与第二唇部的相对面上形成歧管，将垫片夹持在第一唇部与第二唇部之间固定，形成与歧管连通并将下端的开口作为输出口的槽，在垫片上设置有厚度从两端部朝着中央部变化的锥部。

申请号为201080010828.5的中国发明专利公开了一种将光学涂层涂布到基材上的方法，所述方法包括如下步骤：（a）制备含有溶剂组分和成膜组分的光学涂层制剂；（b）利用模具涂布机通过将所述光学涂层涂布到基材上而形成被涂基材，其中所述被涂布的光学涂层在所诉基材上形成厚度为8微米至100微米的湿膜；（c）干燥所述被涂基材，其中所述被涂基材处于基本水平的平面，从而使所述湿膜转换成厚度小于1微米的干膜。所述光学涂层制剂包含，相对于所述光学涂层制剂的总重量，大于0.3wt%但不超过10%的固体。所述被涂基材可选被固化。

申请号为200810109812.4的中国发明专利公开了一种液体涂布装置。该液体涂布装置具有引导被涂布薄片的引导辊和缝模，缝模将溶液涂布于被引导辊引导的涂布薄片的表面，该缝模具有间隙，该间隙具有沿引导辊的旋转方向延伸的开口。缝模在引导辊上的旋转方向的后侧，还具有成为与引导辊对应的图面的前缘部，在引导辊的旋转方向上，前缘部与引导辊相对的部分的长度被设定为，以引导辊的轴为中心的中心角为0.95-3.0°。

现有的缝模设备都是为工业化生产而设计，有效提高了产品质量和生产效率，但由于体积庞大，费用昂贵，运行成本高，在实验和小规模试制过程中不适用，不利于科学研究和小批量生产。在实验室中大部分新材料一次最终只能合成数百毫克，假如用现有设备来制备薄膜显然不够用。再者，某些材料一克售价要上万元，价格非常昂贵，用现有设备一次制备大量器件，既浪费材料也起不到研究效果。市场上存在少量用于实验室的缝模设备，但功能单一，材料利用率不高，成膜效果也不够理想。

发明内容

本发明针对现有缝模涂布设备的不足，提供了一种用于实验室和小规模样品试制的平板式缝模涂布机，设备结构简单，成膜精度高，节省材料。

一种平板式缝模涂布机，包括成膜台面，其特征在于成膜台面下面设有成膜步进电机（19）及与其相连的X轴丝杆，成膜台面的上方设有缝模刀具，缝模刀具设置在能够沿X轴平移的龙门架上，龙门架与X轴丝杆相连，龙门架的位置受成膜步进电机控制，缝模刀具上固定有注射器，注射器的注射头与缝模刀具的缝模间隙相连。成膜步进电机带动活动龙门架沿X轴方向运动，从而形成缝模刀具与成膜台面之间的相对移动，移动速度和距离可以根据实际成膜需求在一定范围内任意设定。

进一步的，注射器竖直固定于缝模刀具上。注射器直接与缝模刀具相连，省去了连接软管，溶液固有浪费量尽可能减小，同时因为减少了中间环节，避免了二次污染。注射器中的溶液通过模唇块上的溶液注入孔注入，经导流孔进入模唇块与模唇片夹紧形成的缝模间隙，在其中展开后从下端开口吐出。

进一步的，缝模刀具设有多个缝模间隙，注射器的个数与缝模间隙的个数相同，每个缝模间隙与一个注射器相连。

进一步的，龙门架上设有Y轴丝杆及与其相连的手轮，通过转动手轮能够带动缝模刀具及注射器沿Y轴移动。

进一步的，龙门架上固定着注射步进电机，注射步进电机与Z轴丝杆相连，推块随着Z轴丝杆的转动而沿着Z轴移动。注射步进电机带动推块用以推动注射器按设定速度向缝模刀具注入溶液。

进一步的，成膜台面从下至上依次由隔热板、加热板、导热板组成，加热板由密布加热丝向外依次包裹高温绝缘布、不锈钢板而成。

进一步的，成膜台面上固定一个或多个用于探测台面温度的温度探测器。如此即可达到控制成膜台面温度的目的。

进一步的，缝模刀具主要由模唇块和模唇片组成。

进一步的，缝模刀具上设有用于调节缝模刀具与成膜台面之间的间隙的调节螺栓。间隙宽度通常为0-10mm可调。

进一步的，缝模刀具上设有电加热器以及温度探测器。其目的是对缝模刀具内的溶液进行预热，从而更好地成膜。

本发明结构紧凑，操作方面，设备体积小，重量轻，便于实验室使用和小规模样品试制。

本发明将注射器直接插入缝模刀具，省去了连接软管，尽可能减小了溶液固有浪费量，起到了节约材料的效果，同时避免了溶液的二次污染。

附图说明

图1为平板式缝模涂布机结构示意图之一；

图2为平板式缝模涂布机结构示意图之二；

图3为缝模刀具结构示意图；

图中示出：1：Z轴左侧光杆；2：Z轴丝杆；3：Z轴右侧光杆；4：推块；5：注射器；6：左侧龙门柱；7：Y轴丝杆；8：Y轴光杆；9：调节螺栓；10：紧固螺栓；11：X轴左侧光杆；12：X轴丝杆；13：X轴右侧光杆；14：成膜台面；15：缝模刀具；16：X轴滑块；17：右侧龙门柱；18：手轮；19：成膜步进电机；20：龙门背板；21：龙门顶板；22：注射步进电机；23：注射基座；24：左侧法兰块；25：右侧法兰块；26：模唇块；27：溶液注入孔；28：导流孔；29：缝模间隙；30：模唇片；31：Y轴滑块；32：电加热器导线。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明中涉及的平板式缝模涂布机主要由成膜步进电机19带动的成膜单元、通过手轮18调节的Y轴定位单元、注射步进电机22带动的溶液注入单元，以及间隙调整装置和缝模刀具15组成。成膜步进电机19带动固定于X轴滑块16上的所有部件沿X轴方向运动；旋转手轮18可以移动固定于Y轴上的部件沿Y轴运动，从而实现缝模吐出口的定位；注射步进电机22带动推块4沿Z轴方向运动，进而推动注射器5将溶液注入缝模刀具15；调节螺栓9和紧固螺栓10配合使用可调节缝模吐出口与基片之间的距离。

成膜步进电机19通过左侧法兰块24和右侧法兰块25固定到涂布机基座上，用联轴器与X轴丝杆12连接。X轴左侧光杆11、X轴丝杆12、X轴右侧光杆13处在平行于成膜台面14的同一平面上，且相互平行。成膜步进电机19转动可带动X轴滑块16沿X轴做直线运动。

成膜台面14从下至上依次由隔热板、加热板、导热板组成。隔热板用于隔绝加热板的热量，防止涂布机底部温度过高，同时保存热量，节约能源；加热板由密布加热丝向外依次包裹高温绝缘布、不锈钢板而成；导热板作为成膜平台，且使成膜台面14温度更加均匀。成膜台面14上固定一个或多个温度探测器，用于探测台面温度，从而达到温度控制的目的。

X轴滑块16两侧固定有左侧龙门柱6和右侧龙门柱17，成膜台面14之上所有部件都由龙门支撑。两侧龙门柱上固定有Y轴丝杆7和Y轴光杆8，手轮18与Y轴丝杆7连接，转动手轮18能带动滑块31沿Y轴移动。Y轴丝杆7和Y轴光杆8相互平行且垂直于X轴。龙门架顶端固定有龙门架顶板21，用于放置注射步进电机22，背面有龙门架背板20，用于固定溶液注入单元。

龙门架顶板21之上是注射步进电机22。注射基座23、注射步进电机22、Z轴左侧光杆1、Z轴丝杆2、Z轴右侧光杆3、以及推块4等共同组成溶液注入单元。溶液注入单元是一个整体，用螺栓固定于龙门架背板20上中间位置，也可根据需求沿Y轴挪动。注射步进电机22与Z轴丝杆2是一体，为市售直线电机。推块4通过直线轴承和丝杆螺母固定在Z轴方向上。注射步进电机22转动带动推块4沿Z轴运动，从而推动注射器5。

缝模刀具15通过两侧的紧固螺栓10固定于Y轴滑块31上，两侧的调节螺栓9用于调节缝模刀具15与成膜台面14之间的间隙和水平度，间隙大小0-10mm可调。

缝模刀具15可设计成一个或多个缝模单元，图1中为三个缝模单元，可一次制备三种不同溶液薄膜；在制备薄膜器件时每种溶液可使用固定缝模单元，避免污染，减少反复更换缝模刀具15的步骤。

缝模刀具15上直接插入注射器5，Y轴滑块31上端装有注射器固定片，注射器5穿过其中，避免推动时晃动。注射器5直接与缝模刀具15相连，省去了连接软管，溶液固有浪费量尽可能减小，同时因为减少了中间环节，避免了二次污染。

缝模刀具15主要由模唇块26和模唇片30组成，通过螺丝锁紧。注射器5中的溶液通过模唇块26上的溶液注入孔27注入，经导流孔28进入模唇块26与模唇片30夹紧形成的缝模间隙29，在其中展开后从下端开口吐出。

缝模刀具15内设置电加热器，通过电加热器导线32通电后给缝模间隙内的溶液加热，且其表面设置温度探头。通过控制吐出溶液的温度，能进一步提高成膜均匀性，尤其对易结晶共混物，能优化薄膜相分离形貌。

该涂布机开机后自动回归初始位置，将成膜基片置于成膜台面14上，旋转缝模刀具15两端的调节螺栓9控制间隙和水平度；根据需求选择加热温度对成膜台面14加热；将装有溶液的注射器5插入缝模刀具15上，调节手轮18使相应的注射器5在推块4之下；设定溶液注入速度、龙门架移动速度、龙门架移动距离等；启动溶液注入单元，推块4按设定好的速度推动注射器5，当溶液经缝模间隙29流出至接触成膜基片时启动成膜电机19，龙门架按设定好的速度移动，在完成设定距离后停止，注射步进电机22也停止注入溶液；按需求温度干燥处理后就得到了所需条状薄膜；若需要制备薄膜器件，依次重复上述步骤即可。

例如，在平整的金属基片上制备一层ZnO薄膜，加热干燥后再依次涂布活性层P3HT:PCBM，空穴传输层PEDOT:PSS，最后印刷一层银浆即可制备出有机太阳能电池。全过程都不需要真空设备，极大的减少了制备过程中的能量消耗，是未来有机太阳能电池产业化研究的一个重要方向。

Claims (1)

1.一种平板式缝模涂布机，包括成膜台面（14），其特征在于成膜台面（14）下面设有成膜步进电机（19）及与其相连的X轴丝杆（12），成膜台面（14）的上方设有缝模刀具（15），缝模刀具（15）设置在能够沿X轴平移的龙门架上，龙门架与X轴丝杆（12）相连，龙门架的位置受成膜步进电机（19）控制，缝模刀具（15）上固定有注射器（5），注射器（5）的注射头与缝模刀具（15）的缝模间隙（29）相连，注射器（5）竖直固定于缝模刀具（15）上，缝模刀具（15）设有多个缝模间隙（29），注射器（5）的个数与缝模间隙（29）的个数相同，每个缝模间隙（29）与一个注射器（5）相连；

龙门架上设有Y轴丝杆（7）及与其相连的手轮（18），通过转动手轮（18）能够带动缝模刀具（15）及注射器（5）沿Y轴移动；龙门架上固定着注射步进电机（22），注射步进电机（22）与Z轴丝杆（2）相连，推块（4）随着Z轴丝杆（2）的转动而沿着Z轴移动；

成膜台面（14）从下至上依次由隔热板、加热板、导热板组成，加热板由密布加热丝向外依次包裹高温绝缘布、不锈钢板而成，成膜台面（14）上固定一个或多个用于探测台面温度的温度探测器；缝模刀具（15）主要由模唇块（26）和模唇片（30）组成，缝模刀具（15）上设有用于调节缝模刀具（15）与成膜台面（14）之间的间隙的调节螺栓（9），缝模刀具（15）上还设有电加热器以及温度探测器；

成膜步进电机（19）通过左侧法兰块（24）和右侧法兰块（25）固定到涂布机基座上，用联轴器与X轴丝杆（12）连接；X轴左侧光杆（11）、X轴丝杆（12）、X轴右侧光杆（13）处在平行于成膜台面（14）的同一平面上，且相互平行；成膜步进电机（19）转动带动X轴滑块（16）沿X轴做直线运动。