一种卷对卷浸渍镀膜系统
技术领域
本发明属于柔性薄膜衬底镀膜功能化领域,具体涉及一种用于柔性薄膜衬底的卷对卷浸渍镀膜系统。
背景技术
浸渍镀膜是指将某一特定衬底浸渍到特定的溶液中,从而在衬底上形成具备一定功能的薄膜的制备方式。目前国内在该技术领域的相对比较成熟制备方式是采用浸渍提拉镀膜的方式。
其中浸渍提拉镀膜也称垂直提拉镀膜,采用垂直提拉的方式,通过控制提拉速度、提拉时间、镀膜次数和镀膜间隔参数的简单优化从而实现形成功能膜的作用,这是目前采取最多的方式,该方式原理简单,但是该方式无法解决大面积的均匀性问题、产品良率、节拍、规模化稳定性、连续式等问题。
近期由易晖能源公司刚提出的水平浸渍镀膜方式具备非常明显的优势,可以解决大面积的均匀性问题、实现快速的In-line工业化运作。同时,可以大幅度提升产品的良率和生产效率,以降低生产成本。
但是无论是垂直提拉镀膜还是水平浸渍镀膜,均存在以下不足:
(1)两者技术中采用的特定衬底均需要为硬质基底,比如玻璃等,无法适合于柔性衬底(Flexible substrates)的制备,比如不锈钢衬底、聚酰亚胺衬底(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、乙烯-四氟乙烯衬底(ETFE)、超薄挠性玻璃衬底、细菌纤维素纳米纤维薄膜等;
(2)两者技术中均采用的是夹具或是吸盘的方式,玻璃等硬质衬底的厚度一般都在毫米(mm)级别,因此通过以上方式可以实现抓取,但柔性衬底材料的厚度为微米(um)级别,夹具或是吸盘均无法实现抓取超薄衬底,也无法实现柔性衬底的张力控制;
(3)溶液对衬底会有一定的张力作用,若衬底不够硬质,就会导致局部出现较大的弯曲度,从而无法实现均匀的功能膜制备。
近年来,随着柔性薄膜太阳能电池、柔性触摸屏产业、户外移动能源的发展,柔性功能膜显得越来越重要。如柔性薄膜太阳能电池可应用于背包、太阳能帐篷、太阳能汽车、太阳能帆船、甚至在太阳能飞机上。柔性薄膜太阳能电池的另外一个重要领域就是光伏建筑一体化(BIPV),它可以直接集成在现有的建筑结构上,实现发电、装饰、隔热等功能。
在柔性太阳能电池的结构中,柔性衬底透明导电膜是其非常重要的核心部件之一,后续的所有电池和封装均是在此基础上完成的。基于这些功能膜均有庞大的市场潜力,因此大部分公司均采用卷对卷的磁控溅射方式来用物理方式实现功能膜的制备,比如采用卷对卷技术制备ITO film,这项技术在国际上还是比较成熟,但是物理方式的沉积一定程度上仅能实现部分功能膜的种类制备,比如ITO film,即仅能实现特定领域的需求。针对那些需要将溶液中的功能成分、溶液中的颗粒均匀的镀到柔性衬底上,该项技术就无法实现。液晶显示行业采用的喷涂的方式可以实现颗粒的均匀镀膜,但是其分散性太大,颗粒与颗粒之间的间隙达到几十个微米(um),甚至是毫米(mm)级别,对于需要在溶液中制备一定密排颗粒分布的功能膜,喷涂技术就无法实现,因此其技术的应用也存在局限性。
更为关键,现有的卷对卷技术,无论是在丝网印刷上,还是在电镀行业,还是在研发阶段的OLED制备等领域,其部分装置均存在需要通过上、下滚轮来压住基板,以实现对柔性基板的张力控制,但是往往在对特定功能膜的制备,在衬底材料的选型上均存在镀膜面和非镀膜面,为了提高功能膜与镀膜面的附着力,在工艺上是不允许镀膜面有任何的接触,否则会引入第三方的缺陷,直接导致产品良率下降。
发明内容
基于上述现有技术的缺陷与不足,为实现将溶液中的功能膜或溶液中的颗粒实现密排分布、间隙可调的附着在柔性衬底上,本发明的目的在于提供一种可用于柔性衬底的卷对卷浸渍镀膜系统,利用该系统可实现功能膜的制备。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种卷对卷浸渍镀膜系统,包括依次设置的用于放置柔性衬底卷轴的放卷台、用于放置镀膜液的浸渍镀膜槽、用于收取镀膜后的柔性衬底的收卷台,放卷台和收卷台之间还设置有卷对卷传动装置;所述卷对卷传动装置设置于所述浸渍镀膜槽的上方;所述放卷台和所述卷对卷传动装置之间设有用于吸取柔性衬底并对接到卷对卷传动装置的第一机器人;所述卷对卷传动装置和所述收卷台之间设有用于从卷对卷传动装置吸取柔性衬底并对接到收卷台的第二机器人。
具体的,所述卷对卷传动装置包括依次设置的传动电机、第一收放卷轴、用于支撑柔性衬底的支撑基底、用于将柔性衬底贴合到支撑基底的贴合装置、至少两个张力辊、用于将柔性衬底与支撑基底分离的分离装置以及第二收放卷轴;
所述传动电机通过传动机构与所述第一收放卷轴和所述第二收放卷轴连接;所述第一收放卷轴和所述第二收放卷轴轴向平行设置于卷对卷传动装置的两端;所述支撑基底为卷带结构,所述支撑基底的两端分别与第一收放卷轴和第二收放卷轴固定连接,所述支撑基底的中段依次通过贴合装置、张力辊及分离装置,且支撑基底的上表面紧贴张力辊。
具体的,所述张力辊水平排列在第一收放卷轴和第二收放卷轴的下方,所述张力辊的轴向与第一收放卷轴的轴向平行。
所述张力辊用于控制支撑基底的张力平衡以及改变支撑基底运行位置。
具体的,所述卷对卷传动装置还设有压辊轨道,所述压辊轨道用于控制支撑基底的精确运动轨道。
具体的,所述贴合装置设有若干贴合夹,所述贴合夹设置有控制贴合夹启闭的电磁开关。所述贴合夹用于将柔性衬底与支撑基底贴合夹紧。
所述分离装置用于将柔性衬底与支撑基底进行分离;具体的,所述分离装置设有位置感应装置,所述位置感应装置用于感应贴合夹的位置,当感应到贴合夹的到位时,控制贴合夹进行开启。
具体的,所述贴合装置还设有吸气装置;所述分离装置还设有吹气装置。
所述吸气装置的吸气口设置于柔性衬底与支撑基底贴合处的夹角空隙;所述吸气装置用于对空隙进行吸气,使柔性衬底与支撑基底更为贴合;所述吹气装置的吹气口设置于柔性衬底与支撑基底分离处形成的夹角空隙;所述吹气装置用于对空隙进行吹气以助于柔性衬底与支撑基底分离,同时可用于吹除柔性衬底与支撑基底之间存在的水分;吹气装置也可根据需求选择干净的热风气源。
具体的,所述张力辊与分离装置之间设有擦拭辊,所述擦拭辊设置于支撑基底的上表面。
在柔性衬底镀膜过程中,镀膜液会溅到支撑基底的上表面,导致支撑基底在回收卷过程中,由于液体的作用粘到一起,一定时间后镀膜成分会凝固在支撑基底上,影响支撑基底张力的控制。擦拭辊的作用是擦拭去除支撑基底上表面的溶液或杂质,同时也可作为提供支撑基底所需张力的控制点。
具体的,所述擦拭辊与分离装置之间还可设有烘干装置。所述烘干装置用于将柔性衬底功能膜表面的溶液烘干。
具体的,所述浸渍镀膜槽的槽体顶部为倒梯形的宽角结构。槽体顶部设计为倒梯形的宽角结构,可有效扩大浸渍镀膜槽的开口面积,有利于支撑基底与柔性衬底的浸入;并且,宽角结构可使镀膜液的液面趋近于与溢出面平行,甚至由于液体张力的作用,在槽体顶部的镀膜液的液面有可能高于溢出面,这样可确保柔性衬底的下表面紧紧贴在镀膜液表面掠过即可实现浸渍镀膜,而无需将整个柔性衬底与支撑基底完全浸没到镀膜液中,可降低对溶液稳定性的影响,提高镀膜均匀性。
具体的,所述浸渍镀膜槽还设有搅拌装置,所述搅拌装置安装于浸渍镀膜槽的槽体内底部。搅拌装置用于对镀膜液进行搅拌,使镀膜液内成分均匀分布。
具体的,所述浸渍镀膜槽还设有自动补液系统。所述自动补液系统包括补液控制箱、补液槽、补液泵及液面感应器;补液泵和液面感应器分别与补液控制箱信号连接,补液泵进水口与补液槽连通,补液泵出水口与浸渍镀膜槽连通,液面感应器设置于浸渍镀膜槽内;液面感应器用于感应浸渍镀膜槽内镀膜液的液位,并将液位数据传输至补液控制箱,补液控制箱根据液位数据将控制信号反馈至补液泵,控制补液泵的启动或停止。
本发明相对于现有技术具有的优点及效果:
(1)本发明所述的卷对卷浸渍镀膜系统采用卷对卷技术结合浸渍镀膜技术,可实现柔性衬底材料的溶液镀膜功能。
(2)本发明所述的卷对卷浸渍镀膜系统克服了现有喷涂装置的技术缺陷,可实现柔性衬底制备密排分布、高均匀性的功能膜。
(3)本发明所述的卷对卷浸渍镀膜系统可实现大面积、均匀性柔性衬底溶液功能膜的制备,可满足现有光伏行业、触摸屏行业、装饰镀膜行业的发展需求。
(4)本发明所述的卷对卷浸渍镀膜系统的设计和运行,可以实现溶液镀膜相关的核心设备、核心原材料的国产化,打破卷对卷核心源头技术被国外所垄断的困境,降低整个产品的生产成本。
(5)本发明所述的卷对卷浸渍镀膜系统可实现产线的连续化、规模化生产。
附图说明
图1为实施例中卷对卷浸渍镀膜系统的结构示意图。
图2为实施例中卷对卷传动装置的结构示意图。
图3为实施例中第一收放卷轴与支撑基底的连接结构示意图。
图4为实施例中压辊轨道的结构示意图。
图5为实施例中贴合装置的结构示意图。
图6为实施例中分离装置的结构示意图。
图7为实施例中浸渍镀膜槽的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
结合图1和图2所示,本实施例提供一种用于对柔性衬底100进行溶液镀膜的卷对卷浸渍系统,包括依次设置的用于放置柔性衬底卷轴101的放卷台1、用于放置镀膜液的浸渍镀膜槽2、用于收取镀膜后的柔性衬底的收卷台3,放卷台1和收卷台3之间还设置有卷对卷传动装置4;所述卷对卷传动装置4设置于所述浸渍镀膜槽2的上方;所述放卷台1和所述卷对卷传动装置4之间设有用于从放卷台1吸取柔性衬底100并对接到卷对卷传动装置4的第一机器人5;所述卷对卷传动装置4和所述收卷台3之间设有用于从卷对卷传动装置4吸取柔性衬底100并对接到收卷台3的第二机器人6。
柔性衬底100(如ETFT、PET、PI等柔性材料)以卷的方式卷好在卷轴上面,可以按30米、50米或是100米作为固定长度。然后通过机器人或人工将卷好的柔性衬底卷轴101放置到放卷台1上,为了实现规模化生产,放卷台1上可以放置多卷柔性衬底卷轴101。
本实施例中,如图2所示,所述卷对卷传动装置4包括依次设置的传动电机18、第一收放卷轴7、用于支撑柔性衬底的支撑基底8、用于将柔性衬底100贴合到支撑基底8的贴合装置9、张力辊10、用于将柔性衬底100与支撑基底8分离的分离装置11以及第二收放卷轴12。
所述传动电机18通过传动机构与所述第一收放卷轴7和所述第二收放卷轴12连接,传动电机18用于控制所述第一收放卷轴7和所述第二收放卷轴12的正向/反向旋转滚动;所述第一收放卷轴7和所述第二收放卷轴12轴向平行设置于卷对卷传动装置4的两端;所述支撑基底8为卷带结构,如图3所示,所述支撑基底8的一端固定卷在第一收放卷轴7上;同时,所述支撑基底8的另一端固定卷在第二收放卷轴12上。如图2所示,所述支撑基底8的中段依次通过贴合装置9、张力辊10及分离装置11,且支撑基底8的上表面紧贴张力辊10。
为了完整贴合且支撑柔性衬底,支撑基底8的长度要比需要镀膜的柔性衬底100的长度要长,且其长度是固定。
本实施例中,如图1和图2所示,所述张力辊10水平排列在第一收放卷轴7和第二收放卷轴12的下方,所述张力辊10的轴向与第一收放卷轴7的轴向平行。
所述张力辊10的作用在于控制支撑基底8张力平衡以及改变支撑基底8运行位置。
本实施例中,卷对卷传动装置4设有两个张力辊10,两个张力辊使支撑基底8水平贴近浸渍镀膜槽2的液面。
采用本实施例所述卷对卷浸渍镀膜系统进行柔性衬底镀膜的工艺步骤为:
S1、将成卷的需要镀膜的柔性衬底卷轴101放置于放卷台1上;
S2、通过第一机器人5吸取柔性衬底100并对接贴到支撑基底8的下表面;传动支撑基底8,使柔性衬底100连续贴附在支撑基底8上;
S3、通过控制第一收放卷轴7和第二收放卷轴12,使支撑基底8由第一收放卷轴7向第二收放卷轴12方向移动,从而使贴合在支撑基底8的柔性衬底100浸渍到浸渍镀膜槽2的镀膜液中,进行浸渍镀膜;
S4、浸渍镀膜完成后,支撑基底8继续向第二收放卷轴12方向移动,经过分离装置11使镀膜后的柔性衬底100与支撑基底8分离,并经第二机器人6对接到收卷台3中进行收卷;
S5、完成收卷后,通过控制第一收放卷轴7和第二收放卷轴12的运转方向,使支撑基底8回到初始位置,重复循环S1至S5的步骤。
柔性衬底均是非常薄、软的,一般是微米级别,因此其自身无法实现独立传输,也即无法实现该柔性衬底在溶液中的镀膜,因此需要借助支撑基底来作为其支撑结构带动柔性衬底的传输,完成功能膜的制备。
通过控制第一收放卷轴7和第二收放卷轴12的运转方向,可使连接在它们之间的支撑基底8实现来回反复运动。通过压辊轨道13可精确控制支撑基底8的运行轨迹。
张力辊10可用于控制支撑基底8的张力平衡控制,通过外接电机控制实现张力辊10正向或逆向的运转,通过紧贴支撑基底8产生的摩擦力,带动支撑基底8的运转。
本实施例中,所述卷对卷传动装置4还设有压辊轨道13,用于控制支撑基底8的精确运动轨道。如图4所示,压辊轨道13包括一压辊支架1301和若干成对设置且平行排布的压辊1302;压辊支架1301用于固定压辊1302从而对支撑基底8起到定位作用,每对压辊1302紧压支撑基底8。压辊轨道13的精确控制可确保支撑基底8可以稳定的传输。
柔性衬底100如何与支撑基底8贴合到一起、完成浸渍镀膜后又是如何分离的是整个系统的核心技术之一。柔性衬底100具有薄和柔软的特性,需要与支撑基底8贴合在一起才能平稳运转实现浸渍镀膜。
本实施例中,第一机器人5设有第一吸盘夹具501,可通过第一吸盘夹具501将柔性衬底100从卷轴中拉出,并通过贴合装置9实现与支撑基底8的对接;第二机器人6设有第二吸盘夹具601,可通过第二吸盘夹具601将镀膜后的柔性衬底100从支撑基底8分离出来并对接到收卷台3上。
本实施例中,所述贴合装置9设有若干贴合夹901,所述贴合夹901设置有控制贴合夹启闭的电磁开关902。所述贴合夹901用于将柔性衬底100与支撑基底8贴合夹紧。
如图5所示,第一机器人5的第一吸盘夹具501将柔性衬底100拉到贴合夹901中,电磁开关902感应,贴合夹901打开与关闭,实现柔性衬底100与支撑基底8的结合,并在可调的等间距的范围内,一般是选择0.3~0.5m作为间距,通过电磁开关902控制间隔实现贴合夹901启闭,贴合夹901在支撑基底8的两个边缘以间隔距离设计,通过调整贴合夹901的间距实现柔性衬底100与支撑基底8的良好贴合,从而确保柔性衬底100在镀膜过程中不会因为不平整出现功能膜制备不均匀的现象。为实现定位贴合功能,贴合装置9中还设有光电感应开关903。
本实施例中,所述贴合装置9还设有吸气装置904;吸气装置904的吸气口设置于柔性衬底100与支撑基底8贴合处的夹角空隙,用于对柔性衬底100与支撑基底8的空隙进行吸气,使柔性衬底100与支撑基底8更为贴合。
本实施例中,如图6所示,所述分离装置11设有位置感应装置1102,所述位置感应装置1102用于感应贴合夹901的位置,当感应到贴合夹901的到位时,控制贴合夹901进行开启,使柔性衬底100可与支撑基底8分离。
所述分离装置11还设有吹气装置1101。吹气装置1101的吹气口设置于柔性衬底100与支撑基底8分离处形成的夹角空隙,用于对空隙进行吹气以助于柔性衬底100与支撑基底8分离,同时可用于吹除柔性衬底100与支撑基底8之间存在的水分。吹气装置1101也可根据需求选择干净的热风气源。
本实施例中,如图2所示,所述张力辊10与分离装置11之间设有擦拭辊14,所述擦拭辊14设置于支撑基底8的上表面。
在柔性衬底镀膜过程中,镀膜液会溅到支撑基底8的上表面,导致支撑基底8在回收卷过程中,由于液体的作用粘到一起,一定时间后镀膜成分会凝固在支撑基底8上,影响支撑基底8张力的控制。擦拭辊14的作用是擦拭去除支撑基底8上表面的溶液或杂质,同时也可作为提供支撑基底8所需张力的控制点。
本实施例中,所述擦拭辊14与分离装置11之间还设有烘干装置15。所述烘干装置15用于将柔性衬底100功能膜表面的溶液烘干。
浸渍镀膜工艺段是本实施例镀膜方法的核心工艺。
本实施例中,所述浸渍镀膜槽2的槽体顶部为倒梯形的宽角结构。
槽体顶部设计为倒梯形的宽角结构,可有效扩大浸渍镀膜槽2的开口面积,有利于支撑基底8与柔性衬底100的浸入;并且,宽角结构可使镀膜液的液面趋近于与溢出面平行,甚至由于液体张力的作用,在槽体顶部的镀膜液的液面有可能高于溢出面,这样可确保柔性衬底100的下表面紧紧贴在镀膜液表面掠过即可实现浸渍镀膜,而无需将整个柔性衬底100与支撑基底8完全浸没到镀膜液中,可降低对溶液稳定性的影响,提高镀膜均匀性。
将浸渍镀膜槽8的槽体顶部设计为宽角结构,可以在同等浸渍镀膜面积下,缩小槽体的体积,将槽体下部设计成扁长状,减少镀膜液的使用。
另外宽角结构设计可以大幅度缩减原材料的损耗,传统的硬质基底提拉镀膜完全浸没导致硬质衬底的背面也会大幅度的附着上功能膜,导致材料的损耗,同时对后续如何把背面的材料去除也是给设计上带来难题和成本的增加。而宽角设计可使柔性衬底100从镀膜液的表面掠过,大量减少镀膜液的损耗。
由于镀膜功能材料在溶液中随着时间的推移,会逐渐沉降到底部,尤其是密度比溶液大的功能材料,沉降更明显。
因此,如图7所示,本实施例中,所述浸渍镀膜槽8还设有搅拌装置16,所述搅拌装置16安装于浸渍镀膜槽2的槽体内底部。搅拌装置16用于对镀膜液进行搅拌,使镀膜液内成分均匀分布,也迎合不间断生产的需求。
支撑基底8和柔性衬底100在浸渍镀膜槽2的水平位置由张力辊10的位置而定。而在镀膜时,若采用上下提拉张力辊10来调整支撑基底8和柔性衬底100的位置,而张力辊10的移动会导致支撑基底8的张力受影响,使柔性衬底100不够稳定,影响浸渍镀膜效果,且无法满足工业化的要求。
因此,如图7所示,本实施例中,所述浸渍镀膜槽2设有自动补液系统17。所述自动补液系统17包括补液控制箱1700、补液槽1701、补液泵1702及液面感应器1703;补液泵1702和液面感应器1703分别与补液控制箱1700信号连接,补液泵1702进水口与补液槽1701连通,补液泵1702出水口与浸渍镀膜槽2连通,液面感应器173设置于浸渍镀膜槽2内;液面感应器1703用于感应浸渍镀膜槽2内镀膜液的液位,并将液位数据传输至补液控制箱1700,补液控制箱1700根据液位数据将控制信号反馈至补液泵1702,控制补液泵1702的启动或停止,以对浸渍镀膜槽进行精确补液,维持液面位置稳定。