CN103935056B - 一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备和方法。本发明采用特殊的挤出涂覆工艺，将透明热塑性树脂通过热挤出模头无拉伸地挤涂在包附于金属辊的耐高温纤维带上，通过辊与辊的对压和滚动，塑料熔体便在模具带挤压流动，从而填充每个凹陷的微棱镜单元，达到模压复制的目的，然后进入冷却区，冷却剥离。本发明的设备易造，模具带使用寿面长；其生产的反光膜的逆反射系数高，亮度均匀，耐候性好。
Description
技术领域
本发明涉及光学微结构的纳米压印成型技术领域，尤其涉及的是一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备和方法。
背景技术
微棱镜型反光材料以其超强的综合性能，用于升级甚至替代传统的玻璃微珠型反光材料，已成定局。道路反光标志新国标已颁布，并于2013年6月开始实施。新版GB/T18833-2012国标强化了微棱镜反光膜作为高等级反光材料的地位，限制了玻璃微珠型反光材料的使用范围。目前微棱镜型反光膜主要为美国、日本等国生产，国内研发进展还不乐观。
微棱镜阵列的逆反射原理虽不复杂，但制造困难，由于回复逆反射观测角的特殊要求，微棱镜单元几何体三个垂直面的任何微弱的形变，将使所需角度的逆反射亮度大幅衰减，对模压成型工艺技术提出了苛刻的要求；成形不易，而又要求材料具有广泛的适用性，而且要适应后续复合加工，须精心设计原材料配方。
微棱镜型反光材料成型技术有两种办法，热压成型和UV固化成型。UV固化法是由传统的光学增光膜工艺而来，有现成的设备和原料配方，准入门槛较低，成型工艺相对简单；成型硬度高，亮度好，耐温。但存在以下严重不足，UV固化树脂由于材料选择范围小，工艺配方特殊，价格是热性树脂的2-5倍，难获取反光膜所需要的指标要求；树脂UV固化后，分子成交联网状结构，难以用常规技术复合一层底膜，不利于后续加工和使用，更为严重的是紫外固化树脂本身对紫外光特别敏感，户外耐候性极差。
热压工艺即利用常规的热塑性树脂材料经加热滚压形成连续的卷状薄膜，原材料易得，价格适中，特别容易实现材料的多样化，复合功能化。而且光学性能更优，产品品质大大高于UV固化法，适合规模化工业生产，用此工艺生产的产品获得了市场的普遍认同。以热塑性树脂(如聚碳酸脂)为成型层，采用挤出模压工艺生产高性能微棱镜型反光膜是目前公认的较佳方法。聚碳酸脂以其优异的韧性，高透明，耐高温，易加工，而成为微结构成型层的首选原材料。
公开号1166152名称“光学元件集合体的连续形成方法及其装置”的发明专利和公开号CN1756648A名称“制造逆向反射片及制品的方法”的发明专利均披露了以聚碳酸脂等热塑性塑料为成型层，通过塑料热熔挤出涂覆，热滚压，将塑料熔体完全填充到环形带状模具表面呈凹陷状的微棱镜阵列的每一个单元，再经冷却剥离的工艺。但公开号为1166152专利的不足在于将加热辊温度设为280℃，环形模具带受热温度过高，时间太长。在小于200℃的中温下，电铸镍模具的性能尚可，当温度超支200℃时，不仅强度及塑性均明显下降，电沉积过程中产生的内应力也会高温释放，加之不断加热冷却的热应力和机械拉应力的共同作用，至使模具带上的微三棱镜单元的几何角度发生永久形变，加之镍板高温下表面氧化速度急剧加快，模具带的反射亮度会大幅下降，甚至完全破坏。公开号为CN1756648A的专利虽然将模具带的温度设定在200℃左右，但采用挤出模唇直接对辊筒上的环形模具带进行涂覆的工艺，对挤出模头、对应的加热辊筒、及环形模具带的加工精度提出了苛刻的要求，特别环形模具带采用拼接和电铸相结合的工艺制作，既无法保证拼接缝的绝对平坦无瑕疵，更不能保证大面积电铸镍板厚度的整体均匀性完全一致；环形镍带在运行过程中，因不同步的加热冷却会产生一定的扭曲变形，加之相关部位的热膨胀及挤压，要使模唇与环形镍带均匀地保持所想要的微小间隙，几乎是无法完成的任务。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术在制备微棱镜结构反光膜中存在的不足，提供了一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备和方法。
本发明的技术方案如下：
一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备，其技术方案为：
1)环形模具带(8)绕着加热辊(1)和冷却辊(2)作顺时针运转，两辊平直摆放，之间有一定的张紧力，保证环形模具带(8)张紧而不损伤；
2)加热辊(1)的右方是绕附着高温纤维带(13)的硅胶辊(3)和金属辊(4)，硅胶辊(3)通过气缸压力与加热辊(1)对压；
3)在纤维带(13)的左侧模压入口(A)的上方设置远红外加热装置(12)，起保温补温作用，以保证塑料熔体模压前有足够的温度；
4)在金属辊(4)的上方是挤出模头(7)，挤出模头(7)的模唇与金属辊(4)保持很细的一条缝隙，模唇与纤维带(13)之间缝隙间距等于或略大于所需成型膜的厚度，使模唇流出的塑料熔体以挤压的状态涂覆到纤维带(13)上，解决了低粘度塑料熔体拉伸流动易破裂和厚薄不均及缩颈现象；
5)环形模具带(8)上方靠近加热辊(1)设有预热装置(11)，起到使环形模具带(8)平稳升温的作用，防止骤热使环形模具带(8)扭曲受损；环形模具带(8)下方设有冷却区(10)，冷却采用强力风冷系统；
6)加热辊(1)的下方设有硅胶复合辊(5)，冷却辊(2)的左上方设有剥离辊(6)，剥离辊(6)与环形模具带(8)保持3-5cm的距离。
所述的环形模具带(8)为外表面具有凹陷的微棱镜单元集合体的电铸镍带。
所述的加热辊(1)通导热油加热，以保证环形模具带(8)模压时的温度；冷却辊(2)通冷水起进一步降温的作用；硅胶辊(3)通中温150-200℃导热油；金属辊(4)通200-300℃导热油。
所述的纤维带(13)是外表涂有特弗龙涂料的无接缝玻璃纤维织布带，表面经打磨抛光，光滑平整，通过张紧辊(14)将纤维带(13)张紧。
所述的硅胶复合辊(5)通水冷却，表面温度不大于100℃，将透明压克力簿膜或聚脂薄膜(9)与已成型的树脂薄膜在压合点(C)压合。
一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的方法，其具体方案为：将塑料熔体通过挤出模头(7)无拉伸地挤涂在包附着金属辊(4)的耐高温纤维带(13)上，通过纤维带(13)的运动将高温低黏度塑料熔体带入模压入口(A)，塑料熔体便在环形模具带(8)上挤压流动，从而填充每个凹陷的微棱镜单元，达到模压复制的作用，当已模压成型的塑料熔体运动至压合点(C)，通过硅胶复合辊(5)与透明压克力簿膜或聚脂薄膜(9)压合，再经强制风冷和冷却辊(2)的进一步冷却，然后通过剥离辊(6)剥离，从而制备出微棱镜反光膜。
本发明的有益效果为：a、本发明的工艺巧妙地解决了低粘度塑料熔体成膜性差、拉伸流动易破裂和厚薄不均及缩颈现象。实现了公开号CN1756648A的发明专利中想要达到的填充复制效果，规避了模唇直接对模具带涂覆这种难以实现的工艺。b、本发明通过模头、金属辊、纤维带、红外加热装置的协同作用，可将熔体温度控制在允许范围内的最高点，从而实现增加料温，降低模温的目地，让模具带在中温下运行，保证了模具带的使用寿命。c、由于纤维带进入模压入口时才与硅胶辊接触，硅胶辊的表面温度对纤维带上的熔体温度无影响，硅胶辊的温度可设置在较低水平，有效保护了硅胶辊的使用寿命。
附图说明
图1为本发明挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备结构示意图；其中，1加热辊、2冷却辊、3硅胶辊、4金属辊、5硅胶复合辊、6剥离辊、7挤出模头、8环形模具带、9透明压克力簿膜或聚脂薄膜、10冷却区、11预热装置、12远红外加热装置、13纤维带、14张紧辊；A模压入口、C压合点。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明的挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备，如图1所示，其技术方案为：
1)环形模具带8绕着加热辊1和冷却辊2作顺时针运转，两辊平直摆放，之间有一定的张紧力，保证环形模具带8张紧而不损伤；
2)加热辊1的右方是绕附着高温纤维带13的硅胶辊3和金属辊4，硅胶辊3通过气缸压力与加热辊1对压；
3)在纤维带13的左侧模压入口A的上方设置远红外加热装置12，起保温补温作用，以保证塑料熔体模压前有足够的温度；
4)在金属辊4的上方是挤出模头7，挤出模头7的模唇与金属辊4保持很细的一条缝隙，模唇与纤维带13之间缝隙间距等于或略大于所需成型膜的厚度，使模唇流出的塑料熔体以挤压的状态涂覆到纤维带13上，解决了低粘度塑料熔体拉伸流动易破裂和厚薄不均及缩颈现象；
5)环形模具带8上方靠近加热辊1设有预热装置11，起到使环形模具带8平稳升温的作用，防止骤热使环形模具带8扭曲受损；环形模具带8下方设有冷却区10，冷却采用强力风冷系统；
6)加热辊1的下方设有硅胶复合辊5，冷却辊2的左上方设有剥离辊6，剥离辊6与环形模具带8保持3-5cm的距离。
所述的环形模具带8为外表面具有凹陷的微棱镜单元集合体的电铸镍带。
所述的加热辊1通导热油加热，以保证环形模具带8模压时的温度；冷却辊2通冷水起进一步降温的作用；硅胶辊3通中温150-200℃导热油；金属辊4通200-300℃导热油。
所述的纤维带13是外表涂有特弗龙涂料的无接缝玻璃纤维织布带，表面经打磨抛光，光滑平整，通过张紧辊14将纤维带13张紧。
所述的硅胶复合辊5通水冷却，表面温度不大于100℃，将透明压克力簿膜或聚脂薄膜9与已成型的树脂薄膜在压合点C压合。
实施例2微棱镜结构反光膜的制备方法
(1)挤出涂覆
将熔融指数大于20/g(10min)，熔融黏度小于800Pa*s的聚碳酸脂树脂，通过挤出模头7无拉伸地挤涂在包附着金属辊4的耐高温纤维带13上，挤出模头7的挤出温度为285℃，金属辊4的温度为300℃。
所述无拉伸挤涂是指模唇与包附在金属辊4上的纤维带13之间缝隙等于成膜的厚度，使模唇流出的塑料熔体挤涂到纤维带13上。如通过控制挤出模头内熔体的挤出量与加热辊1的运转速度，将熔体膜的厚度控制在80-150微米，优选厚度100微米，相应的模唇与纤维带的间距均匀地调到100微米左右，以熔体在缝隙口成挤压态不缺料为准。
所述纤维带13是外表涂有特弗龙涂料的无接缝玻璃纤维织布带。具有耐高温，抗拉性强，通过它可将涂覆的膜状熔体带入模压口。在模压入口A上方，设置有远红外加热装置12，起保温补温作用，以保证塑料熔体模压前有足够的温度。
(2)模压成型
在模压入口A通过硅胶辊3与加热辊1的对压和滚动，塑料熔体便在环形模具带8上挤压流动，从而填充每个凹陷的微棱镜单元，达到模压复制的作用。其中加热辊1导热油温度为220℃，环形模具带8表面温度约200℃，硅胶辊3导热油温度200℃。
由于环形模具带8和硅胶辊3温度不宜太高，在保证塑料熔体不黄变或分解的前题下，尽量提高模压入口A处熔体的瞬时温度十分关键。
在环形模具带8上方设有预热装置11，起到使环形模具带8平稳升温的作用，防止骤热使环形模具带8扭曲受损。
(3)复保护膜
在压合点C，通过硅胶复合辊5将透明压克力簿膜或聚脂薄膜9与已成型的聚碳酸脂薄膜压合。硅胶复合辊5通水冷却，表面温度应不大于80℃，通过复合一层压克力薄膜，可极大的提高耐紫外线的性能，通过复合一层聚脂薄膜，可对成型膜表面抛光并起保护功能。
(4)冷却剥离
当复合后的热膜离开压合点C后，便进入冷却区10，冷却采用强力风冷系统，让紧密贴附的膜和环形模具带8经过一段平坦区后，冷却至50-60℃以下，再经过冷却辊2冷却至室温，经过剥离辊6剥离。所述的冷却平坦区，是指环形模具带8没有包附辊筒的悬空平直区段，在此区段冷却至玻璃态温度以下，有利于反光亮度的提高。
实施例3
以下实施例中环形模具带8表面在观测角0.2°、入射角为-4°的逆反射系数平均值为830mcd/lx/m2，逆反射系数最大值为920mcd/lx/m2，逆反射系数最大值为750mcd/lx/m2。
(1)按实施例2的方案，将熔融指数为22/g(10min)抗紫外线级聚碳酸脂树脂通过挤出模压成厚度为150微米，宽度为1.25米带微棱镜成形层的树脂簿膜，在压合点C与BOPET膜复合，聚脂膜起抛光和保护作用，可最终剥离。所得反光膜取20个点位测量，经逆反射系数检测仪测试观测角0.2°、入射角为-4°的逆反射系数，测得逆反射系数最小值为770mcd/lx/m2，最大值为860mcd/lx/m2，平均值为820mcd/lx/m2，并与环形模具带8表面测得逆反射系数平均值830mcd/lx/m2相比较，逆反射系数在正常波动范围内，平均值数据几乎相等。
经400小时的人工气候加速老化试验后，测得反光膜逆反射系数平均值为540mcd/lx/m2，逆反射系数保持值大于60％。
(2)按实施例2方案，将熔融指数为22/g(10min)聚碳酸脂树脂通过挤出模压成厚度为100微米，宽度为1.25米带微棱镜成形层的树脂簿膜，在压合点C点与厚度80微米的PMMA膜复合，压克力簿膜PMMA起防紫外线兼抛光作用，和聚碳酸脂成形层成为一体，最终不可剥离。
所得反光膜取20个点位测量，经逆反射系数检测仪测试观测角0.2°、入射角为-4°的逆反射系数，测得逆反射系数最小值为750mcd/lx/m2，最大值为840mcd/lx/m2，平均值为805mcd/lx/m2，并与环形模具带8表面测得逆反射系数平均值830mcd/lx/m2相比较，逆反射系数在正常波动范围内，平均值数据接近。
经1200小时的人工气候加速老化试验后，测得表面具PMMA的反光膜逆反射系数平均值为520mcd/lx/m2，逆反射系数保持值大于60％。
所述(1)、(2)实施例反光膜检测结果证明此工艺设备复制精度高，生产的反光膜逆反射系数高，亮度均匀，耐候性好。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的设备，其特征是：
1)环形模具带(8)绕着加热辊(1)和冷却辊(2)作顺时针运转，两辊平直摆放，之间有张紧力，保证环形模具带(8)张紧而不损伤；
2)加热辊(1)的右方是绕附着高温纤维带(13)的硅胶辊(3)和金属辊(4)，硅胶辊(3)通过气缸压力与加热辊(1)对压；
3)在纤维带(13)的左侧模压入口(A)的上方有远红外加热装置(12)，以保证塑料熔体模压前有足够的温度；
4)在金属辊(4)的上方是挤出模头(7)，挤出模头(7)的模唇与金属辊(4)保持一条缝隙，模唇与纤维带(13)之间缝隙间距等于或大于所需成型膜的厚度，使模唇流出的塑料熔体以挤压的状态涂覆到纤维带(13)上；
5)环形模具带(8)上方靠近加热辊(1)设有预热装置(11)；环形模具带(8)下方设有冷却区(10)，冷却采用强力风冷系统；
6)加热辊(1)的下方设有硅胶复合辊(5)，冷却辊(2)的左上方设有剥离辊(6)，剥离辊(6)与环形模具带(8)保持3-5cm的距离。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是，所述环形模具带(8)为外表面具有凹陷的微棱镜单元集合体的电铸镍带。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征是，所述加热辊(1)通导热油加热，以保证环形模具带(8)模压时的温度；冷却辊(2)通冷水起进一步降温的作用；硅胶辊(3)通中温150-200℃导热油；金属辊(4)通200-300℃导热油。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征是，所述纤维带(13)是外表涂有特弗龙涂料的无接缝玻璃纤维织布带，表面经打磨抛光，光滑平整，通过张紧辊(14)将纤维带(13)张紧。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征是，所述硅胶复合辊(5)通水冷却，表面温度不大于100℃，将透明压克力簿膜或聚脂薄膜(9)与已成型的树脂薄膜在压合点(C)压合。
6.一种挤出法生产微棱镜结构反光膜的方法，将塑料熔体通过挤出模头(7)无拉伸地挤涂在包附着金属辊(4)的压模入口处，塑料熔体便在环形模具带(8)上挤压流动，从而填充每个凹陷的微棱镜单元，达到模压复制的作用，当已模压成型的塑料熔体运动至压合点(C)，经过压合，再经强制风冷和冷却辊(2)的进一步冷却，然后通过剥离辊(6)剥离，从而制备出微棱镜反光膜；其特征是，耐高温纤维带(13)包附着金属辊(4)，将塑料熔体通过挤出模头(7)无拉伸地挤涂在纤维带(13)上，通过纤维带(13)的运动将高温低黏度塑料熔体带入模压入口(A)，所述压合通过硅胶复合辊(5)与透明压克力簿膜或聚脂薄膜(9)压合。
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