CN110962450A - 一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷uv压印装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置及方法，电场辅助充型模块又包括带电荷UV胶充型、固化、脱模部分。衬底由放卷辊传送至导向辊，导向辊和充型模块的模具辊、充型压辊中心轴线处于同一水平面内，脱模辊在模具辊垂直下方。充型压辊、模具辊和脱模辊中间是空心轴，分别附有弧形电极板外接电源，最外层是转动辊。衬底上的带电荷UV胶在压力和正向电场的作用下向模具辊微结构腔内充型，经过UV灯固化传送到脱模部分，反向电场的施加使薄膜上固化的微织构更利于脱模，随后是收卷步骤。本发明利用电场力辅助充型和脱模的方法提高卷对卷微结构压印饱满度，并可以减少脱模缺陷，进一步改善薄膜微结构成型质量。

Description

一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置及方法

技术领域

本发明涉及一种卷对卷UV压印成形装置及方法，尤其是指一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置及方法。

背景技术

高清显示器、高效太阳能电池板、减反射和自清洁附着表面、LED图形化等领域，对于微纳图形化技术有着非常巨大的产业需求，这些产品其共同特征是需要在大面积衬底上高效、低成本制造出不同形态的三维微纳米结构。无论它的基本形态如何(点、孔、线、槽、柱、条块、棱锥等),其具有优异性质的关键在于它精细的尺寸。

目前大批量制备表面微结构薄膜采用的是连续辊压的工艺，虽然这种方法能将模具的图案转印到聚合物衬底上，提高微结构制备的效率，但是仍然面临微结构填充不充分和脱模困难等问题。

申请号为201110192624.4的中国发明专利公开了一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法。这个方法在晶圆级导电衬底上在电场下驱动填充栅线结构，再反转电场辅助脱模增加模具使用寿命，该方法不能实现大面积微结构连续生产，生产效率低，并且需加工导电微结构模具，增加制备成本。

申请号为201510067522.8的中国发明专利公开了一种基于卷对卷UV固化聚合物薄膜表面微结构加工系统及方法，该系统压辊和模具之间接触面积小，不容易保证充分填充模具型腔。

申请号为201810185436.0的中国发明专利公开了一种全自动卷对卷UV纳米压印复合设备，该设备采用点胶器涂紫外胶难以控制均匀度，并且采用传统的版辊和胶辊贴合压印，没有附加辅助充型结构，造成图案制备精度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中压印填充不充分、脱模困难和无法大面积大批量生产的问题提供一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置及方法，旨在充分填充和完整脱模提升制备大面积微结构的精度和效率。本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，包括：放卷装置、导向辊、涂胶装置、电场辅助充型模块、模具辊、紫外灯、电场辅助脱模模块、收卷装置；

放卷装置和收卷装置设置在透明衬底薄膜的两端，带动透明衬底薄膜依次经过导向辊、涂胶装置、电场辅助充型模块、模具辊和电场辅助脱模模块；

所述涂胶装置在透明衬底薄膜上均匀涂覆带电荷UV胶；

所述电场辅助充型模块、模具辊分别具有充型正极板和充型负极板；所述透明衬底薄膜传送至辅助充型模块的充型压辊、模具辊之间时，带电荷UV胶在压力和正向电场的作用下向模具辊的微结构腔内充型形成微织构膜；

所述电场辅助脱模模块包括辅助脱模辊；所述脱模辊在模具辊正下方；所述模具辊和电场辅助脱模模块还设置有脱模正极板和脱模负极板；微织构膜经紫外灯固化后传送至模具辊和辅助脱模辊之间，在反向电场辅助作用下脱模。

在一较佳实施例中：所述电场辅助充型模块还包括充型压力调节机构；所述充型正极板设置在充型压辊内，充型压辊和模具辊中心轴处于同一水平面，由充型压力调节机构调节压印力。

在一较佳实施例中：所述充型压辊还包括中心空轴、支撑轴承二、外层橡胶空心转辊，中心空轴连接充型正极板，外层橡胶空心转辊绕支撑轴承二转动，中心空轴两端连接充型压力调节机构。

在一较佳实施例中：所述充型压力调节机构包括压簧、调压螺栓和锁紧螺母；压簧压缩产生弹力，调压螺栓转动以锁进的程度来调节压力大小，锁紧螺母固定调压螺栓的位置。

在一较佳实施例中：所述模具辊还包括中心空轴、外层空心模具辊、传动齿轮一和支撑轴承一；

所述中心空轴的两端与机架固定，外层空心模具辊通过支撑轴承一绕中心空轴转动；所述充型负极板、脱模正极板沿着外层空心模具辊的周向间隔放置。

在一较佳实施例中：所述脱模正极板包括弧形电极板、绝缘支撑杆；弧形电极板通过螺纹连接的方式固定于模具辊中心空轴上，电极板通过导线由中空轴引出外接直流电源；所述脱模负极板、充型正极板、充型负极板的结构与脱模正极板相同。

在一较佳实施例中：所述电场辅助脱模模块还包括间隙调节机构，所述脱模负极板设置在所述脱模辊内，并朝向脱模正极板；所述间隙调节机构用于调节脱模辊和外层空心模具辊之间的间隙。

在一较佳实施例中：所述辅助脱模辊包括：脱模中心空轴、支撑轴承、外层空心转辊，脱模中心空轴连接脱模负极板，外层空心转辊绕支撑轴承三转动，脱模中心空轴两端连接所述间隙调节机构。

在一较佳实施例中：所述带电荷UV胶组成为预聚物、单体、离子光引发剂；所述带电荷UV胶的粘度为200～350mPa·s、导电率为1.8～2μS/cm、相对介电常数为12.8～13.5；

所述透明薄膜衬底材质为塑料薄膜，透光率高于90％。

本发明还提供了一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤10，提供如上所述的一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置；

步骤20，将透明薄膜衬底从放卷装置放出依次绕过导向辊、充型压辊、模具辊、脱模辊，最后固定到收卷装置；

步骤30，调节充型压辊和模具辊之间压力大小；

步骤40，模具辊与充型压辊同线速度转动，涂覆带电荷UV胶的透明薄膜衬底传送到电场辅助充型模块；

步骤50，带电荷UV胶随透明薄膜衬底卷入模具辊和充型压辊间隙，在充型正极板和充型负极板产生电场作用下，UV胶内的电荷拖拽周围流体微团向模具辊的微结构腔内充型形成微织构膜；

步骤60，透明薄膜衬底继续传送至紫外灯，在紫外光照下微织构膜发生交联固化反应；

步骤70，固化后的微织构膜经过由模具辊和辅助脱模辊之间时，在脱模正极板和脱模负极板产生的反向电场作用下脱模。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.电场辅助充型模块的充型压辊组成有中间空心轴，模具辊空心轴外附弧形电极板，最外层套上空心转动模具辊，充型压辊有模具辊一致的结构，中空轴外附弧形电极板，最外层为橡胶辊。弧形电极板在模具辊与充型压辊之间产生电场，促进带电荷UV胶进行填充实现连续性压印。

2.辅助脱模模块处于模具辊垂直下方，有跟电场辅助充型模块一样的电场布置结构，施加的反向电场利于固化微结构连续脱模，保证微结构质量。

3.弧形电极板固定于辊子中间空心轴上，再通过导线连接线外接电源提供电场，不用特地加工导电模具增加成本。

4.充型压辊中间空心轴两端连接充型压力调节机构，可调节充型压辊和模具辊间压力。脱模辊中间空心轴两端连接间隙调节机构，可保证微织构衬底薄膜的传送。

5.辊系传动模块通过同步带连接充型压辊外层转动辊，充型压辊将动力传送给导向辊。电机另一端连接脱模辊，脱模辊通过同步带连接齿轮轴，与模具辊由一对齿轮啮合传动，实现模具辊与充型压辊、脱模辊的同步反向转动，这样的辊系传动更好控制辊子的同步转动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明模具辊与辅助脱模辊脱模模块剖切图。

图3为本发明辊系传动模块示意图。

图4为本发明辊系传动模块展开示意图。

图5为整体结构旋转剖切俯视展开图。

图6为本发明电场辅助充型模块放大示意图。

图7为本发明电场辅助脱模模块放大示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置包括有放卷装置1、导向辊2、涂胶装置3、电场辅助充型模块4、模具辊5、紫外灯6、电场辅助脱模模块7、辊系传动模块8、收卷装置9和直流电源10。其特征在于：电场辅助充型模块4包括充型压辊41、充型压力调节机构42、充型正极板43。模具辊5包括充型负极板51、中心空轴52、脱模正极板53、外层空心模具辊54、传动齿轮一55和支撑轴承一56。其特征还在于：电场辅助脱模模块7包括辅助脱模辊71、间隙调节机构72、脱模负极板73。辊系传动装置8包括电机81，同步轮轴82、同步带83、同步带压紧轮84、传动齿轮二85。充型压辊41和模具辊5中心轴处于同一水平面，由充型压力调节机构42调节压印力，涂胶装置3在衬底平膜上均匀涂覆带电荷UV胶，传送至充型模块，带电荷UV胶在压力和正向电场的作用下向模具辊微结构腔内充型。脱模辊71在模具辊5正下方，经紫外灯6固化后的微织构膜在反向电场辅助作用下脱模，间隙调节机构72可调节脱模辊71和模具辊5之间的间隙。所述放卷装置1包括放卷电机11、放卷辊12、放卷张力调节器13和透明衬底薄膜14；收卷装置9包括收卷电机91、收卷辊92、收卷张力调节器93。

如图1至图5所示，所述充型压辊41还包括中心空轴411、支撑轴承二412、外层橡胶空心转辊413，中心空轴411连接充型正极板43，外层橡胶空心转辊413可绕支撑轴承二412转动，中心空轴411两端连接充型压力调节机构42。所述辅助脱模辊71具有与充型压辊41一样的结构包括：脱模中心空轴711、支撑轴承712、外层空心转辊713，脱模中心空轴711连接脱模负极板73，外层空心转辊713可绕支撑轴承三712转动，脱模中心空轴711两端连接间隙调节机构72。

所述模具辊5包括充型负极板51、中心空轴52、脱模正极板53、外层空心模具辊54、传动齿轮一55和支撑轴承一56。模具辊中心空轴52两端与机架固定，外层空心模具辊54通过支撑轴承一56绕中心空轴52转动。

如图3和图4所示，所述辊系传动模块8包括电机81、同步轮连接轴82、同步带83、同步带压紧轮84、传动齿轮二85，通过同步带83连接充型压辊外层转动辊413的同步带轮一4131，充型压辊41通过同步带将动力传送给导向辊2的同步带轮二21。电机另一端连接脱模辊，脱模辊71通过同步带连接齿轮轴的同步带轮三86，同步带轮三86与传动齿轮85的轴固联，由传动齿轮一85与模具辊5的齿轮二55啮合传动，带动模具辊5转动，模具辊5与充型压辊41、脱模辊71转动方向相反。

如图1和图5所示，所述充型压力调节机构42包括压簧421、调压螺栓422和锁紧螺母423。压簧421压缩产生弹力，调压螺栓422可转动以锁进的程度来调节压力大小，锁紧螺母423固定调压螺栓422的位置。

如图2和图5所示，所述间隙调节机构72包括柔性支撑块721、转动螺栓722和紧固螺母723。转动螺栓722和紧固螺母723调节脱模辊71和模具辊5间隙，以保证微织构衬底薄膜的传送。

如图1、图2和图5所示，所述脱模正极板53包括弧形电极板531、绝缘支撑杆532。弧形电极板531通过螺纹连接的方式固定于模具辊中心空轴52上，电极板通过导线由中空轴引出外接直流电源10。其他弧形电极板包括充型正极板43、充型负极板51和脱模负极板73的连接方式与脱模正极板53相同。电极板两端产生的电压以不击穿中间介电层为限。

一种基于电场力充型和脱模的卷对卷UV固化压印装置，所述电场辅助充型和脱模模块包括以下步骤：

一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印方法，包括：

步骤10，提供如权利要求1至7中任意一项所述的一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置。

步骤20，将透明薄膜衬底14从放卷辊12放出依次绕过导向辊2、充型压辊41、模具辊5，通过间隙调节机构72调节模具辊5和脱模辊71距离，最后固定到收卷辊92，转动间隙调节机构72的螺栓722，将紧固螺母723锁紧到合适位置。

步骤30，转动调压螺栓422以锁进的程度来调节充型压辊41和模具辊5压力大小，通过锁紧螺母423锁紧，打开放卷电机11、辊系电机81和收卷电机91。

步骤40，模具辊5与充型压辊41同线速度转动，经过匀胶过的透明薄膜衬底14传送到电场辅助充型模块4。

步骤50，带电荷UV胶随衬底卷入模具辊和充型橡胶辊间隙，在两辊电极板43和52产生电场作用下，UV胶内电荷拖拽周围流体微团向模具辊型腔内填充。

步骤60，衬底14继续传送至紫外灯6，在紫外光照下充型带电荷UV胶发生交联固化反应。

步骤70，所述脱模步骤是固化后的微结构表层冻结一层电荷，随辊系传动模块8经由模具辊5和辅助脱模辊71的反向电场，在电场作用下辅助脱模。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于包括：放卷装置(1)、导向辊(2)、涂胶装置(3)、电场辅助充型模块(4)、模具辊(5)、紫外灯(6)、电场辅助脱模模块(7)、收卷装置(9)；

放卷装置(1)和收卷装置(9)设置在透明衬底薄膜(14)的两端，带动透明衬底薄膜(14)依次经过导向辊(2)、涂胶装置(3)、电场辅助充型模块(4)、模具辊(5)和电场辅助脱模模块(7)；

所述涂胶装置(3)在透明衬底薄膜(14)上均匀涂覆带电荷UV胶；

所述电场辅助充型模块(4)、模具辊(5)分别具有充型正极板(43)和充型负极板(51)；所述透明衬底薄膜(14)传送至辅助充型模块(4)的充型压辊(41)、模具辊(5)之间时，带电荷UV胶在压力和正向电场的作用下向模具辊(5)的微结构腔内充型形成微织构膜；

所述电场辅助脱模模块(7)包括辅助脱模辊(71)；所述脱模辊(71)在模具辊(5)正下方；所述模具辊(5)和电场辅助脱模模块(7)还设置有脱模正极板(53)和脱模负极板(73)；微织构膜经紫外灯(6)固化后传送至模具辊(5)和辅助脱模辊(71)之间，在反向电场辅助作用下脱模。

2.根据权利要求1所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述电场辅助充型模块(4)还包括充型压力调节机构(42)；所述充型正极板(43)设置在充型压辊(41)内，充型压辊(41)和模具辊(5)中心轴处于同一水平面，由充型压力调节机构(42)调节压印力。

3.根据权利要求2所述的一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述充型压辊(41)还包括中心空轴(411)、支撑轴承二(412)、外层橡胶空心转辊(413)，中心空轴(411)连接充型正极板(43)，外层橡胶空心转辊(413)绕支撑轴承二(412)转动，中心空轴(411)两端连接充型压力调节机构(42)。

4.根据权利要求3所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述充型压力调节机构(42)包括压簧(421)、调压螺栓(422)和锁紧螺母(423)；压簧(421)压缩产生弹力，调压螺栓(422)转动以锁进的程度来调节压力大小，锁紧螺母(423)固定调压螺栓(422)的位置。

5.根据权利要求4所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述模具辊(5)还包括中心空轴(52)、外层空心模具辊(54)、传动齿轮一(55)和支撑轴承一(56)；

所述中心空轴(52)的两端与机架固定，外层空心模具辊(54)通过支撑轴承一(56)绕中心空轴(52)转动；所述充型负极板(51)、脱模正极板(53)沿着外层空心模具辊(54)的周向间隔放置。

6.根据权利要求5所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述脱模正极板(53)包括弧形电极板(531)、绝缘支撑杆(532)；弧形电极板(531)通过螺纹连接的方式固定于模具辊中心空轴(52)上，电极板通过导线由中空轴引出外接直流电源(10)；所述脱模负极板(73)、充型正极板(43)、充型负极板(51)的结构与脱模正极板(53)相同。

7.根据权利要求6所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述电场辅助脱模模块(7)还包括间隙调节机构(72)，所述脱模负极板(73)设置在所述脱模辊(71)内，并朝向脱模正极板(53)；所述间隙调节机构(72)用于调节脱模辊(71)和外层空心模具辊(54)之间的间隙。

8.根据权利要求7所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述辅助脱模辊(71)包括：脱模中心空轴(711)、支撑轴承(712)、外层空心转辊(713)，脱模中心空轴(711)连接脱模负极板(73)，外层空心转辊(713)绕支撑轴承三(712)转动，脱模中心空轴(711)两端连接所述间隙调节机构(72)。

9.如权利要求1所述一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置，其特征在于：所述带电荷UV胶组成为预聚物、单体、离子光引发剂；所述带电荷UV胶的粘度为200～350mPa·s、导电率为1.8～2μS/cm、相对介电常数为12.8～13.5；

所述透明薄膜衬底(14)材质为塑料薄膜，透光率高于90％。

10.一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤10，提供如权利要求1至8中任意一项所述的一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置；

步骤20，将透明薄膜衬底(14)从放卷装置(1)放出依次绕过导向辊(2)、充型压辊(41)、模具辊(5)、脱模辊(71)，最后固定到收卷装置(9)；

步骤30，调节充型压辊(41)和模具辊(5)之间压力大小；

步骤40，模具辊(5)与充型压辊(41)同线速度转动，涂覆带电荷UV胶的透明薄膜衬底(14)传送到电场辅助充型模块(4)；

步骤50，带电荷UV胶随透明薄膜衬底(14)卷入模具辊(5)和充型压辊(41)间隙，在充型正极板(43)和充型负极板(51)产生电场作用下，UV胶内的电荷拖拽周围流体微团向模具辊(5)的微结构腔内充型形成微织构膜；

步骤60，透明薄膜衬底(14)继续传送至紫外灯(6)，在紫外光照下微织构膜发生交联固化反应；

步骤70，固化后的微织构膜经过由模具辊(5)和辅助脱模辊(71)之间时，在脱模正极板(53)和脱模负极板(73)产生的反向电场作用下脱模。

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