CN110744754A - 一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，它解决了现有技术中存在卷对卷压印装置功能单一的问题，具有单面热辊压、单面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压、双面紫外辊压等不同的功能；其技术方案为：包括依次设置的放卷单元、预处理单元、第一模组、第二模组和收卷单元，第一模组为热辊压和紫外辊压共用模组，其采用梯度液压系统提供不同大小的压力，通过第一模组可以实现单面热辊压、单面紫外辊压，在聚合物薄膜基材单面加工功能性微纳结构阵列；第二模组为紫外辊压模组，其采用气压系统提供所需挤压力；第一模组和第二模组联合使用，可以实现双面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压，在聚合物薄膜基材正反面同时加工功能性微纳结构阵列。

Description

一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统
技术领域
本发明涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统。
背景技术
聚合物薄膜表面功能性微纳结构阵列可以实现减反、超疏水、自清洁等性能，在化学、生物、医学等领域具有广泛应用，功能性微纳结构阵列的高精度、批量化、大面积制造成为亟需解决的问题。聚合物表面功能性微纳结构阵列常见的加工方法有电子束刻蚀、激光直写、胶体光刻、纳米压印等。卷对卷压印成形将纳米压印技术和卷对卷运动方式相结合，可以实现连续加工，为聚合物表面功能性微纳结构阵列的高精度、批量化、大面积制造提供了一种行之有效的方法。
发明人发现，现有技术中提供了一种基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，包括架设在机架上依次连接的放卷模块、UV固化模块、贴保护膜模块、收卷模块，放卷模块与UV固化模块经调节组件连接，UV固化模块包括正向UV固化模块及逆向UV固化模块，贴保护膜模块在UV固化后的薄膜基材的表面贴合保护膜，最后经收卷模块收卷。此装置具有紫外(UV)单面辊压和双面辊压两种功能。
现有技术中还提供了一种聚合物薄膜类产品微细结构卷对卷热辊压成形装置，包括机架、放卷模块、预热模块、成形/保形模块、张紧力调节模块和收卷模块，此装置具有聚合物薄膜单面热辊压一种功能。现有技术中还提供了一种卷对卷紫外纳米压印装置及方法，包括传输装置、涂布装置、预固化装置、压印装置和强固化装置，此装置具有单面紫外(UV)辊压一种功能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，具有单面热辊压、单面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压、双面紫外辊压等不同的功能，同时实现在聚合物薄膜和光固化树脂材料等不同材料表面加工功能性微纳结构阵列。
本发明采用下述技术方案：
一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，包括依次设置的放卷单元、预处理模块、第一模组、第二模组和收卷单元，
其中，所述第一模组为热辊压和紫外辊压共用模组，其采用梯度液压系统提供不同大小的压力。通过第一模组可以实现单面热辊压、单面紫外辊压，在聚合物薄膜基材单面加工功能性微纳结构阵列；
所述第二模组为紫外辊压模组，其采用气压系统提供所需挤压力。第一模组和第二模组联合使用，可以实现双面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压，在聚合物薄膜基材正反面同时加工功能性微纳结构阵列。
进一步的，所述第一模组采用模温机控制液压油的温度，采用UV灯照射实现液态树脂材料的固化成形。
进一步的，所述第二模组采用模温机控制水的温度，采用UV灯照射实现液态树脂材料的固化成形。
进一步的，所述预处理模块包括纠偏装置和预热装置，从放卷单元伸出的聚合物薄膜基材经纠偏装置后通过方向控制改变方向，再经预热装置预热。
进一步的，经预热装置预热的聚合物薄膜基材经方向控制辊至第一模组，位于第一模组及方向控制辊之间的聚合物薄膜基材上方设有滴胶装置。
进一步的，所述第一模组包括热/紫外辊压联用模具辊，所述热/紫外辊压联用模具辊的两侧分别设有压力辊，热/紫外辊压联用模具辊侧面安装风刀，热/紫外辊压联用模具辊下方安装UV灯。
进一步的，所述第二模组包括紫外辊压模具辊，所述紫外辊压模具辊的两侧分别安装压力辊，紫外辊压模具辊的下方安装UV灯。
进一步的，所述紫外辊压模具辊靠近收卷单元一侧的压力辊上方设有滴胶装置。
进一步的，所述第一模组与第二模组之间设有方向控制辊，第二模组与收卷单元之间安装多个方向控制辊。
进一步的，所述第一模组的梯度液压系统可提供的压力范围为2-80kgf，第二模组的气压系统可提供的压力范围为1-10kgf。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的第一模组为热辊压和紫外辊压共用模组，所述第二模组为紫外辊压模组，通过第一模组可以实现单面热辊压、单面紫外辊压，在聚合物薄膜基材单面加工功能性微纳结构阵列；第一模组和第二模组联合使用，可以实现双面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压，在聚合物薄膜基材正反面同时加工功能性微纳结构阵列；
(2)本发明的第一模组采用梯度液压系统提供不同大小的压力，采用模温机控制液压油的温度，采用紫外灯照射实现液态树脂材料的固化成形；第二模组采用气压系统提供所需挤压力，采用模温机控制水的温度，采用紫外灯照射实现液态树脂材料的固化成形。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例一的单面热辊压成形示意图；
图2为本发明实施例一的单面紫外辊压成形示意图；
图3为本发明实施例一的双面热/紫外混合辊压成形示意图；
图4为本发明实施例一的双面紫外辊压成形示意图；
其中，1-放卷单元；2-纠偏装置；3-方向控制辊I；4-聚合物薄膜基材；5-预热装置；6-滴胶装置；7-压力辊I；8-UV灯；9-热/紫外辊压联用模具辊；10-风刀；11-紫外辊压模具辊；12-收卷单元；13-方向控制辊II；14-方向控制辊III；15-方向控制辊IV；16-方向控制辊V；17-方向控制辊VI；18-方向控制辊VII；19-压力辊II；20-压力辊III；21-压力辊IV。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
方向控制辊，用于改变方向的辊子；压力辊，用于施加压力的辊子，本申请仅以功能命名进行区分，并不对其结构进行限定。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在卷对卷压印装置功能单一的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统。
实施例一：
下面结合附图1-图4对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：
本实施例提供了一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，包括依次设置的放卷单元1、预处理模块、第一模组、第二模组和收卷单元12，所述第一模组为热辊压和紫外辊压共用模组，其采用梯度液压系统提供不同大小的压力，采用模温机控制液压油的温度，采用UV灯(紫外线灯)8照射实现液态树脂材料的固化成形，通过第一模组可以实现单面热辊压、单面紫外辊压，在聚合物薄膜基材单面加工功能性微纳结构阵列。
梯度液压系统主要由液压泵、数控电液比例阀、控制电路等组成，液压泵提供液压油输出，数控电液比例阀的比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力输出。在本实施例中，第一模组梯度液压系统可提供的压力范围为2-80kgf，液压油温度范围为20-300℃，UV灯8的功率为100-400W/cm。
所述第二模组为紫外辊压模组，其采用气压系统提供所需挤压力；采用模温机控制水的温度，采用UV灯8照射实现液态树脂材料的固化成形；第一模组和第二模组联合使用，可以实现双面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压，在聚合物薄膜基材正反面同时加工功能性微纳结构阵列。
气压系统主要由空气压缩机、气缸、减压阀、控制电路等组成，通过控制电路调控气压大小。在本实施例中，气压系统可提供的压力范围为1-10kgf，水的温度范围为20-100℃，紫外灯线功率为100-400W/cm。
所述预处理模块包括纠偏装置2和预热装置5，纠偏装置2位于放卷单元1一侧，纠偏装置2和预热装置5之间设有方向控制辊I3。放卷单元1上缠绕有聚合物薄膜基材4，聚合物薄膜基材4经过纠偏装置2纠偏后，通过方向控制辊I3至预热装置5后加热。
进一步的，纠偏装置2包括位置检测传感器，所述位置检测传感器检测薄膜基材边缘位置的变化，通过控制放卷单元1的横向移动来保持基材在位置检测传感器处的横向位置。预热装置采用辐射加热，调节预热装置的功率，将薄膜基材的温度在成形前预热到其玻璃转变温度以下10-50℃。
第一模组包括热/紫外辊压联用模具辊9、压力辊I7、压力辊II19、UV灯8，热/紫外辊压联用模具辊9的一侧安装压力辊I7，压力辊I7与预热装置5之间设有方向控制辊II13，且方向控制辊II与压力辊I7之间的上方设有滴胶装置6；经预热装置5加热后的聚合物薄膜基材4经方向控制辊II13至第一模组，通过滴胶装置6对其进行滴胶涂布。
热/紫外辊压联用模具辊9的另一侧安装压力辊II19，UV灯8位于热/紫外辊压联用模具辊9下方，且热/紫外辊压联用模具辊9侧面靠下位置安装风刀10。UV灯8对聚合物薄膜基材4进行照射，仅通过第一模组就可以实现单面热辊压、单面紫外辊压，在聚合物薄膜基材4单面加工功能性微纳结构阵列。
进一步的，所述热/紫外辊压联用模具辊9为中空的钢辊，表面镀硬铬(可以承受较高的压力)，采用伺服马达主动控制，中空部分通入液压油(所需温度调节上限约为300℃)，通过模温机控制液压油温度实现成形温度的调控，辊子端部通过精密轴承和轴承座固定在机架上。压力辊为硬度70-90度的PU轮，梯度液压系统输出所需的压力，驱动压力辊向热/紫外辊压联用模具辊9运动并贴合，对热/紫外辊压联用模具辊9施加设定的挤压力。
第二模组包括紫外辊压模具辊11、压力辊III20、压力辊IV21、UV灯8，所述紫外辊压模具辊11的一侧安装压力辊III20，另一侧安装压力辊IV21，压力辊IV21上方设有滴胶装置6，紫外辊压模具辊11的下方安装UV灯8。压力辊IV21与压力辊II19之间设有方向控制辊III14，压力辊III20侧面具有方向控制辊IV15，方向控制辊IV15与收卷单元12之间依次设有方向控制辊V16、方向控制辊VI17、方向控制辊VII18。
同时采用第一模组和第二模组时，经第一模组的压力辊II19伸出的聚合物薄膜基材4通过压力辊IV21进入紫外辊压模具辊11下方，并通过紫外辊压模具辊11至压力辊III20，且在压力辊IV21位置通过滴胶装置6滴胶涂布；之后依次聚合物薄膜基材4通过方向控制辊IV15、方向控制辊V16、方向控制辊VI17、方向控制辊VII18至收卷单元12。第一模组和第二模组联合使用，可以实现双面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压，在聚合物薄膜基材4正反面同时加工功能性微纳结构阵列。
进一步的，所述紫外辊压模具辊11为中空的钢辊，其表面镀铜(自主雕刻所需的微纳结构图案)，采用伺服马达主动控制，中空部分通入水(所需温度调节上限约为100℃)，通过模温机控制水温实现成形温度的调控，辊子端部通过精密轴承和轴承座固定在机架上。压力辊为硬度50-70度的PU轮，气压系统输出所需的压力，驱动压力辊向紫外辊压模具辊11运动并贴合，对紫外辊压模具辊11施加设定的挤压力。
本实施例基于双模组成形单元即可实现单面热辊压、单面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压、双面紫外辊压等不同的功能，装置简单，可同时实现在聚合物薄膜表面和光固化树脂材料等不同材料表面加工功能性微纳结构阵列。
实施例二：
单面热辊压成形示意如图1所示，聚合物薄膜基材4由放卷单元1释放，经过纠偏装置2调整聚合物薄膜基材4在方向控制辊I3上的位置；通过预热装置5对聚合物薄膜基材4进行预热，使其成形性更优。采用梯度液压系统提供压力，采用模温机控制液压油的温度，在压力辊I7、压力辊II19和热/紫外辊压联用模具辊9挤压作用下，熔融的聚合物薄膜材料流进模腔。
最后，采用风刀10对流进模腔的聚合物薄膜材料进行冷却，脱模即可获得所需的功能性微纳结构阵列，并由收卷单元12完成收卷。单面热辊压成形工艺中，梯度液压系统的压力范围为10-80kgf，液压油温度范围为100-300℃。
实施例三：
单面紫外辊压成形示意如图2所示，聚合物薄膜基材4由放卷单元1释放，经过纠偏装置2调整聚合物薄膜基材在方向控制辊I3上的位置；通过滴胶装置6在聚合物薄膜表面涂布光固化树脂材料；采用梯度液压系统提供压力，采用模温机控制液压油的温度，在压力辊I7、压力辊II19和热/紫外辊压联用模具辊9挤压作用下，液态的光固化树脂材料流进模腔。
最后，在UV灯8照射作用下，液态光固化树脂材料固化并脱模，获得所需的功能性微纳结构阵列，并由收卷单元12完成收卷。单面紫外辊压成形工艺中，梯度液压系统的压力范围为2-10kgf，液压油温度范围为20-100℃，紫外灯线功率为100-400W/cm。
实施例四：
双面热/紫外混合辊压成形示意如图3所示，聚合物薄膜基材4由放卷单元1释放，经过纠偏装置2调整聚合物薄膜基材在方向控制辊I3上的位置；通过预热装置5对聚合物薄膜进行预热，使其成形性更优；采用梯度液压系统提供压力，采用模温机控制液压油的温度，在压力辊I7、压力辊II19和热/紫外辊压联用模具辊9挤压作用下，熔融的聚合物薄膜材料流进模腔。
采用风刀10对流进模腔的聚合物薄膜材料进行冷却并脱模，完成在聚合物薄膜表面单面热辊压成形微纳结构阵列；在方向控制辊III14作用下，聚合物薄膜基材4方向反转进行单面紫外辊压成形；通过滴胶装置6在聚合物薄膜表面涂布光固化树脂材料；采用气压系统提供压力，采用模温机控制水的温度，在压力辊III20、压力辊IV21和紫外辊压模具辊11挤压作用下，液态的光固化树脂材料流进模腔。
最后，在UV灯8照射作用下，液态光固化树脂材料固化并脱模，并由收卷单元12完成收卷，即完成双面热/紫外混合辊压成形。单面热辊压成形工艺中，梯度液压系统的压力范围为10-80kgf，液压油温度范围为100-300℃；单面紫外辊压成形工艺中，气压系统的压力范围为1-10kgf，水温范围为20-100℃，紫外灯线功率为100-400W/cm。
实施例五：
双面紫外辊压成形示意如图4所示，聚合物薄膜基材4由放卷单元1释放，经过纠偏装置2调整聚合物薄膜基材在方向控制辊I3上的位置；通过滴胶装置6在聚合物薄膜表面涂布光固化树脂材料；采用梯度液压系统提供压力，采用模温机控制液压油的温度，在压力辊I7、压力辊II19和热/紫外辊压联用模具辊9挤压作用下，液态的光固化树脂材料流进模腔，在UV灯8照射作用下，液态光固化树脂材料固化并脱模，完成单面紫外辊压成形过程。
在方向控制辊III14作用下，聚合物薄膜基材方向反转进行另一侧的紫外辊压成形；采用气压系统提供压力，采用模温机控制水的温度，在压力辊III20、压力辊IV21和紫外辊压模具辊11挤压作用下，液态的光固化树脂材料流进模腔。
最后，在UV灯8照射作用下，液态光固化树脂材料固化并脱模，并由收卷单元12完成收卷，即完成双面紫外辊压成形。第一模组紫外辊压成形工艺中，梯度液压系统的压力范围为2-10kgf，液压油温度范围为20-100℃，紫外灯线功率为100-400W/cm；第二模组紫外辊压成形工艺中，气压系统的压力范围为1-10kgf，水温范围为20-100℃，紫外灯线功率为100-400W/cm。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，包括依次设置的放卷单元、预处理模块、第一模组、第二模组和收卷单元，
其中，所述第一模组为热辊压和紫外辊压共用模组，其采用梯度液压系统提供不同大小的压力，通过第一模组可以实现单面热辊压、单面紫外辊压，在聚合物薄膜基材单面加工功能性微纳结构阵列；
所述第二模组为紫外辊压模组，其采用气压系统提供所需挤压力；第一模组和第二模组联合使用，可以实现双面紫外辊压、双面热/紫外混合辊压，在聚合物薄膜基材正反面同时加工功能性微纳结构阵列。
2.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述第一模组采用模温机控制液压油的温度，采用UV灯照射实现液态树脂材料的固化成形。
3.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述第二模组采用模温机控制水的温度，采用UV灯照射实现液态树脂材料的固化成形。
4.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述预处理模块包括纠偏装置和预热装置，从放卷单元伸出的聚合物薄膜基材经纠偏装置后通过方向控制改变方向，再经预热装置预热。
5.根据权利要求4所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，经预热装置预热的聚合物薄膜基材经方向控制辊至第一模组，位于第一模组及方向控制辊之间的聚合物薄膜基材上方设有滴胶装置。
6.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述第一模组包括热/紫外辊压联用模具辊，所述热/紫外辊压联用模具辊的两侧分别设有压力辊，热/紫外辊压联用模具辊侧面安装风刀，热/紫外辊压联用模具辊下方安装UV灯。
7.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述第二模组包括紫外辊压模具辊，所述紫外辊压模具辊的两侧分别安装压力辊，紫外辊压模具辊的下方安装UV灯。
8.根据权利要求7所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述紫外辊压模具辊靠近收卷单元一侧的压力辊上方设有滴胶装置。
9.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述第一模组与第二模组之间设有方向控制辊，第二模组与收卷单元之间安装多个方向控制辊。
10.根据权利要求1所述的一种双模组多功能卷对卷微纳压印系统，其特征在于，所述第一模组的梯度液压系统可提供的压力范围为2-80kgf，第二模组的气压系统可提供的压力范围为1-10kgf。
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