CN109112475A - 一种高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备及其镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空镀膜技术和塑料薄膜包装应用领域,具体公开高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,包括真空镀膜室,所述真空镀膜室内设有薄膜卷绕装置、隔板、离子源放电装置、磁控溅射装置和金属铝热蒸发装置,所述真空镀膜室包括上腔室和下腔室,所述下腔室的真空度高于上腔室,所述离子源放电装置和磁控溅射装置置于上腔室内,所述金属铝热蒸发装置置于下腔室内,所述放卷辊、前过渡辊、后过渡辊和收卷辊置于上腔室内,所述冷却辊一部分置于上腔室内,另一部分置于下腔室内。该卷绕镀膜设备能有效提高热蒸发金属铝膜与柔性塑料薄膜基材之间的附着力,结构简单,工艺可操作性高,镀膜产品性能优良,可实现镀铝产品的应用附加值的提高,实现连续产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域和塑料薄膜包装应用领域,具体涉及一种在柔性塑料薄膜表面制备高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备及其镀膜方法。
背景技术
现有技术中,塑料薄膜表面通过真空镀膜的方式用于制备不同颜色的薄膜产品,广泛地应用于包装行业,烟包和防伪包装领域。
现有采用的真空卷绕镀膜技术主要采用磁控溅射、热蒸发等手段。采用卷绕磁控溅射能够得到效果十分理想的镀膜产品,具有高亮度、高附着力的镀膜质量,但是由于磁控溅射镀膜工艺的限制,卷绕镀膜的速度比较低,正常为几米每分钟,很大程度上限制了磁控溅射的使用,并且磁控溅射的设备投入相对较高,生产速率和成本也限制了磁控卷绕镀膜的使用,更多的是应用于附加值更高的防伪产品镀膜方面。
对于热蒸发卷绕方式,热蒸发主要采用电阻丝热蒸发和电子枪热蒸发,电子枪热蒸发卷绕镀膜需要大功率电子枪,常需要100千瓦的大功率电子枪,针对大宽幅的基材,一个完整镀膜工艺需要两套以上的电子枪实现镀膜宽幅内的蒸发耗材的往复式扫描,电子枪的热蒸发设备投入是十分巨大的,此外,目前真空镀膜用的大功率电子枪技术主要由日本、美国和德国等大型真空镀膜公司所垄断,也限制了国内真空镀膜设备的引进和配置。而传统热蒸发工艺中所采用的电阻丝热蒸发,由于技术相对简单,投入成本比较低,所以在金属铝包装和烟包领域得到了广泛的使用。
塑料薄膜基材主要包括聚酯薄膜(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙(NY)等等,是用于金属热蒸发的基材薄膜,在薄膜吹塑成膜后,通常需要经过表面处理,其表面张力需要达到38~48达英每厘米,以保证后续镀膜工艺中表面张力的要求,这也是影响镀层与基材表面附着力大小的因素之一;另外,热蒸发所升华的金属铝层,虽然铝层厚度较薄,其厚度值为几十纳米至几百纳米,但是由于金属铝的特性,卷绕过程中容易与基材发生脱落、断裂、针孔等现象。传统电阻丝热蒸发卷绕镀铝方式具有技术简单,成本投入低的优势,但是其工艺也存在不足,导致其镀膜产品应用的低端性。
因此,改善传统热蒸发金属铝热蒸发镀膜工艺,实现高附着力金属铝薄膜卷绕镀膜设备及其镀膜方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,公开一种在柔性塑料薄膜表面制备高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,该卷绕镀膜设备可在一定范围内提高热蒸发金属铝膜与柔性塑料薄膜基材之间的附着力,整体结构简单,工艺可操作性高,镀膜产品性能优良,可实现镀铝产品的应用附加值的提高,实现连续产业化生产。
为了达到上述技术目的,本发明是按以下技术方案实现的:
本发明所述的一种高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,包括真空镀膜室,所述真空镀膜室内设有薄膜卷绕装置、隔板、离子源放电装置、磁控溅射装置和金属铝热蒸发装置,所述薄膜卷绕装置包括沿着走膜路线的放卷辊、若干前过渡辊、冷却辊、若干后过渡辊和收卷辊,所述真空镀膜室包括由隔板分隔开的上腔室和下腔室,所述下腔室的真空度高于上腔室,所述离子源放电装置和磁控溅射装置置于上腔室内、邻近于薄膜卷绕装置且沿着走膜路线方向前后设置,所述金属铝热蒸发装置置于下腔室内,所述放卷辊、前过渡辊、后过渡辊和收卷辊置于上腔室内,所述冷却辊一部分置于上腔室内,另一部分置于下腔室内。
作为上述技术的进一步改进,所述离子源放电装置采用的离子源为大宽幅条形离子源。
作为上述技术的更进一步改进,所述磁控溅射装置采用的电源为直流电源或中频电源或者射频电源,采用磁控溅射镀膜方式,在基材表面沉积过渡层金属,所述磁控溅射装置采用的过渡层金属主要为金属铬或不锈钢或者金属钛,过渡层金属的厚度为5nm~50nm。
作为上述技术的更进一步改进,所述上腔室的气压范围值为10-1Pa~1Pa,所述下腔室的气压范围值为10-3Pa~10-2Pa。
本发明还公开了所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其具体步骤是:
(1)将塑料薄膜基材穿模工作:
(2)将镀膜室抽本地真空;
(3)启动薄膜卷绕装置;
(4)离子源表面放电预处理工序;
(5)磁控溅射金属过渡层工序;
(6)金属铝热蒸发工序;
(7)塑料薄膜镀膜工作完成。
具体来说,所述步骤(1)的塑料薄膜基材的穿模工作具体是:沿着走膜路线依次安装于薄膜卷绕装置的放卷辊、若干前过渡辊、冷却辊、若干后过渡辊和收卷辊,塑料薄膜基材经过离子源表面放电预处理区域、磁控溅射的方式沉积过渡金属层区域和金属铝热蒸发区域的走膜路线实现穿膜,完成穿膜准备工作。
所述步骤(2)的本底真空的具体步骤是:关闭真空腔室,通过真空泵组抽本底真空至3.0×10-3Pa以下。
所述步骤(4)所述的离子源表面放电预处理工序是:通过大宽幅条形离子源放电处理,辅助放电气体为惰性气体,放电气压为0.1Pa~1Pa,设定电流为0.5A~1.5A,优选气体为氩气(Ar),放电气压为0.5Pa,放电电流为1A。
所述步骤(5)的磁控溅射金属过渡层工序采用的电源为直流电源或中频电源或射频电源,过渡层金属为金属铬或金属钛或不锈钢;过渡层金属的厚度为5nm~50nm。
所述步骤(6)的金属铝热蒸发工序,采用大电流电阻丝热蒸发方式,金属铝的热蒸发温度为1000℃~1200℃,通过高温可实现金属铝丝的升华,在塑料薄膜基材表面冷却后形成金属铝膜。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,其通过连续化卷绕镀膜方式,依次通过离子源表面放电预处理、磁控溅射金属过渡层和金属铝热蒸发,磁控溅射金属过渡层可以在一定范围内提高热蒸发金属铝膜与柔性塑料薄膜基材之间的附着力,整体结构简单,工艺可操作性高,镀膜产品性能优良,可实现镀铝产品的应用附加值的提高,实现连续产业化生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明:
图1是本发明所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明所述的一种高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,包括真空镀膜室1,所述真空镀膜室1内设有薄膜卷绕装置、隔板2、离子源放电装置3、磁控溅射装置4和金属铝热蒸发装置5,所述薄膜卷绕装置包括沿着走膜路线的放卷辊6、若干前过渡辊7、冷却辊8、若干后过渡辊9和收卷辊10,所述真空镀膜室1包括由隔板2分隔开的上腔室11和下腔室12,所述下腔室12的真空度高于上腔室11,所述离子源放电装置3和磁控溅射装置4置于上腔室11内、邻近于薄膜卷绕装置且沿着走膜路线方向前后设置,所述金属铝热蒸发装置5置于下腔室12内,所述放卷辊6、前过渡辊7、后过渡辊9和收卷辊10置于上腔室11内,所述冷却辊8一部分置于上腔室11内,另一部分置于下腔室12内。
在本发明中,所述离子源放电装置3采用的离子源为大宽幅条形离子源,通过大宽幅条形离子源的表面放电预处理去除柔性基材20表面的杂质,并对基材20表面进行活化处理提高基材20表张力。
所述磁控溅射装置4采用的电源为直流电源或中频电源或者射频电源,采用磁控溅射镀膜的方式,在基材20表面沉积过渡层金属,过渡层金属主要为金属铬或不锈钢或者金属钛,过渡层金属的厚度为5nm~50nm。
所述上腔室11的气压范围值为10-1Pa~1Pa,所述下腔室12的气压范围值为10-3Pa~10-2Pa。
本发明还公开了所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其具体步骤是:
(1)将塑料薄膜基材穿模工作:沿着走膜路线依次安装于薄膜卷绕装置的放卷辊6、若干前过渡辊7、冷却辊8、若干后过渡辊9和收卷辊10,塑料薄膜基材20经过离子源表面放电预处理区域I、磁控溅射的方式沉积过渡金属层区域II和金属铝热蒸发区域III的走膜路线实现穿膜,完成穿膜准备工作。
(2)将镀膜室抽本地真空:关闭真空腔室1,通过真空泵组抽本底真空至10-3Pa~10-2Pa;
(3)启动薄膜卷绕装置:卷绕传送速度设定范围为50~300m/min;优选的传送速度为100m/min;
(4)离子源表面放电预处理工序:通过大宽幅条形离子源放电处理,辅助放电气体为惰性气体,放电气压为0.1Pa~1Pa,设定电流为0.5A~1.5A,优选气体为氩气(Ar),放电气压为0.5Pa,放电电流为1A;
(5)磁控溅射金属过渡层工序:该工序采用的电源为直流电源或中频电源或射频电源,采用磁控溅射镀膜方式,在基材表面沉积过渡层金属,过渡层金属为金属铬或金属钛或不锈钢;过渡层金属的厚度为5nm~50nm;
(6)金属铝热蒸发工序:采用大电流电阻丝热蒸发方式,金属铝的热蒸发温度为1000℃~1200℃,高温实现金属铝丝的升华,在塑料薄膜基材表面冷却后形成金属铝膜;
(7)塑料薄膜镀膜工作完成。
以下通过一具体的实例对本发明所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜方法进行说明:
卷绕传动速度为100m/min,大宽幅条形离子源采用氩气(Ar)作为辅助放电处理,放电电流为1A;磁控溅射金属过渡层采用中频电源溅射铬(Cr),铬层厚度为10nm;金属铝热蒸发温度为1000℃~1200℃,金属铝层的厚度为100nm,金属铝的附着力由未镀过渡层金属层前的8N/15mm提升至15N/15mm,镀膜的附着力大大提高,镀膜产品性能优良,可实现镀铝产品的应用附加值的提高,实现连续产业化生产。
本发明并不局限于上述实施方式,凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围,倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内,则本发明也意味着包含这些改动和变型。
Claims (10)
1.一种高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,包括真空镀膜室,其特征在于:所述真空镀膜室内设有薄膜卷绕装置、隔板、离子源放电装置、磁控溅射装置和金属铝热蒸发装置,所述薄膜卷绕装置包括沿着走膜路线的放卷辊、若干前过渡辊、冷却辊、若干后过渡辊和收卷辊,所述真空镀膜室包括由隔板分隔开的上腔室和下腔室,所述下腔室的真空度高于上腔室,所述离子源放电装置和磁控溅射装置置于上腔室内、邻近于薄膜卷绕装置且沿着走膜路线方向前后设置,所述金属铝热蒸发装置置于下腔室内,所述放卷辊、前过渡辊、后过渡辊和收卷辊置于上腔室内,所述冷却辊一部分置于上腔室内,另一部分置于下腔室内。
2.根据权利要求1所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,其特征在于:所述离子源放电装置采用的离子源为大宽幅条形离子源。
3.根据权利要求1所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,其特征在于:所述磁控溅射装置采用的电源为直流电源或中频电源或者射频电源,在基材表面沉积过渡层金属所述磁控溅射装置,采用的过渡层金属主要为金属铬或不锈钢或者金属钛,过渡层金属的厚度为5nm~50nm。
4.根据权利要求1所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备,其特征在于:所述上腔室的气压范围值为10-1Pa~1Pa,所述下腔室的气压范围值为10-3Pa~10-2Pa。
5.根据权利要求1至4任一项所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其具体步骤是:
(1)将塑料薄膜基材穿模工作:
(2)将镀膜室抽本地真空;
(3)启动薄膜卷绕装置;
(4)离子源表面放电预处理工序;
(5)磁控溅射金属过渡层工序;
(6)金属铝热蒸发工序;
(7)塑料薄膜镀膜工作完成。
6.根据权利要求5所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其特征在于:
所述步骤(1)的塑料薄膜基材的穿模工作具体是:沿着走膜路线依次安装于薄膜卷绕装置的放卷辊、若干前过渡辊、冷却辊、若干后过渡辊和收卷辊,塑料薄膜基材经过离子源表面放电预处理区域、磁控溅射的方式沉积过渡金属层区域和金属铝热蒸发区域的走膜路线实现穿膜,完成穿膜准备工作。
7.根据权利要求5所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其特征在于:
所述步骤(2)的本底真空的具体步骤是:关闭真空腔室,通过真空泵组抽本底真空至10-3Pa~10-2Pa。
8.根据权利要求5所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其特征在于:所述步骤(4)所述的离子源表面放电预处理工序是:通过大宽幅条形离子源放电处理,辅助放电气体为惰性气体,放电气压为0.1Pa~1Pa,设定电流为0.5A~1.5A。
9.根据权利要求5所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其特征在于:
所述步骤(5)的磁控溅射金属过渡层工序采用的电源为直流电源或中频电源或射频电源,采用磁控溅射镀膜方式,在基材表面沉积过渡层金属,过渡层金属为金属铬或金属钛或不锈钢;过渡层金属的厚度为5nm~50nm。
10.根据权利要求5所述的高附着铝热蒸发卷绕镀膜设备的镀膜方法,其特征在于:
所述步骤(6)的金属铝热蒸发工序,采用大电流电阻丝热蒸发方式,金属铝的热蒸发温度为1000℃~1200℃。
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