CN111905992A - 一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法，包括：选用设定厚度的柔性薄膜，采用激光切割加工多边形厚度控制网格；对被涂敷柔性工件表面进行清洁及化学改性处理；将多边形厚度控制网格贴敷于柔性工件表面；对柔性工件表面非涂覆区域进行保护；将设定流动性的涂层溶液倾倒于多边形厚度控制网格中，刮去多余溶液并揭去多边形厚度控制网格；去除非涂敷区域的保护措施，静待涂层溶液固化，涂层厚度最优可控制在40μm±15μm的超薄区间。相较于使用自动化设备，该方法操作简单，可选定涂敷区域，在一定尺寸范围内涂层厚度可控性好，与使用自动化设备制备的涂层可比，可以满足快速在柔性工件表面选择性制备厚度可控超薄涂层的要求。

Description

一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，特别涉及一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法，该方法可以简易、经济地在柔性工件表面选定区域制作厚度均匀可控的超薄涂层。
背景技术
随着材料科技的发展，用于制作柔性工件的柔性材质如太阳电池翼的柔性基板作为结构材料在航空航天得到了越来越多的应用，但柔性工件表面通常需要复合相应的热、绝缘或者空间环境防护层。
考虑到工件后续使用生命周期内对环境的耐受需求以及各工件间质量一致性的需求，柔性工件表面涂层需要在薄的基础上具有较高的厚度均匀性。
目前厚度在百微米级以下，均匀度要求在50％偏差内的表面超薄防护处理方法多限于使用高度自动化的设备，如自动喷涂、化学沉积或磁控溅射设备等，但上述自动化设备对镀层所在表面的平整度要求较高，不适用于曲面或者异形面结构，如扁平电缆弯折位置或柔性太阳翼琴铰位置等。相对简单的手工涂敷的方法无法同时满足超薄涂层的尺寸及均匀性需求，即手工涂敷的方法制备的防护层通常厚度较大，超过百微米，若控制厚度在百微米级以下则难以满足厚度均匀性要求。
因而，有必要提供一种制备超薄涂层的简易方法，以满足在柔性工件表面的选定区域制备厚度及均匀性均符合要求的超薄涂层。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法，借用超薄多边形网格在柔性工件表面的选定区域制备涂层，从而完成本发明。
本发明提供了的技术方案如下：
一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法，包括：
步骤1，选用设定厚度的柔性薄膜，采用激光切割加工多边形厚度控制网格，其中，对应柔性工件表面涂敷区域处的柔性薄膜进行网格化镂空处理，对应非涂敷区域处不进行网格化镂空处理；
步骤2，对被涂敷柔性工件表面进行清洁及化学改性处理；
步骤3，将多边形厚度控制网格贴敷于柔性工件表面；
步骤4，对柔性工件表面非涂覆区域进行保护；
步骤5，将涂层溶液倾倒于多边形厚度控制网格中，刮去多余溶液并揭去多边形厚度控制网格；
步骤6，去除非涂敷区域的保护措施，静待涂层溶液固化。
根据本发明提供的一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法，具有以下有益效果：
(1)本发明方法具有不依赖设备，操作简单的特点；
(2)本发明方法借用超薄多边形网格可以在柔性工件表面选择性的制备百微米级及以下涂层，涂层均匀性好，经测试使用该方法制备的涂层最薄可控制在17μm～49μm区间，厚度偏差最小可以控制在25μm～55μm区间；
(3)本发明方法制备的涂层厚度与柔性薄膜厚度存在正相关的关系，可简单通过调节柔性薄膜厚度调节涂层厚度。
附图说明
图1为加工有正六边形厚度控制网格的柔性薄膜设计图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
本发明提供了一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的简易方法，包括：
步骤1，选用设定厚度的柔性薄膜，采用激光切割加工多边形厚度控制网格，其中，对应柔性工件表面涂敷区域处的柔性薄膜进行网格化镂空处理，对应非涂敷区域处不进行网格化镂空处理；
步骤2，对被涂敷柔性工件表面进行清洁及化学改性处理；
步骤3，将多边形厚度控制网格贴敷于柔性工件表面；
步骤4，对柔性工件表面非涂覆区域进行保护；
步骤5，将涂层溶液倾倒于多边形厚度控制网格中，刮去多余溶液并揭去多边形厚度控制网格；
步骤6，去除非涂敷区域的保护措施，静待涂层溶液固化。
在本发明步骤1中，选用的柔性薄膜单面贴敷有压敏胶膜，以保证其在加工后能够良好的贴敷于柔性工件表面，并方便及时去除。
在本发明步骤1中，柔性薄膜选用PET薄膜、PI薄膜或者其他拉伸强度在80Mpa以上的聚合物薄膜，以保证在多边形厚度控制网格棱边边宽较窄时，在后续操作中不发生断裂情况。
在本发明步骤1中，柔性薄膜整体厚度(含压敏胶膜)为80μm～250μm，以保证涂敷涂层的厚度均匀性。
在本发明步骤1中，所述加工的多边形厚度控制网格为等边三角形、正方形、正六边形，以保证图形拼接后的一致性，进而保证涂敷涂层的厚度均匀性。
所述加工的多边形厚度控制网格，棱边边宽为0.2mm～0.5mm，以保证揭除后，涂层溶液能够自然流淌填补原网格棱边处的空隙。
在本发明步骤1中，多边形厚度控制网格的加工方式选用冷光源激光加工，切割精度优于0.02mm，切割边缘无烧蚀，以保证柔性薄膜加工的多边形厚度控制网格棱边边宽较窄时，不发生断裂情况。
在本发明步骤2中，使用酒精或者丙酮清洁柔性工件表面。
在本发明步骤2中，柔性工件表面清洁后，在表面涂敷涂层所对应区域喷涂底涂剂，和/或对柔性工件表面做电晕处理。
在本发明步骤4中，采用剥离强度<0.05N/mm的纸胶带对非涂层涂敷区(如铰链等用于连接的活动部件或裸露焊盘等功能性预埋件)，以及多边形厚度控制网格边缘进行保护，在纸胶带上贴敷透明胶带做进一步的防渗透保护处理。
在本发明步骤5中，涂层溶液的固含量控制在20％～50％，以满足涂层整体厚度控制要求。
涂层溶液的粘度应控制在30cps～120cps，在选定的网格尺寸控制下利用液面张力留存涂层溶液，同时保证揭去多边形厚度控制网格后溶液能够自然流淌填补原网格棱边处的空隙。
在本发明步骤6中，涂层溶液固化后涂层的厚度最优可控制在40μm±15μm的超薄区间。
实施例
实施例1
步骤1，选用单面敷聚丙烯酸胶膜的总厚度为125μm的PET薄膜，通过冷光源激光加工成棱边边宽d为0.25mm，棱边边长a为5mm的正六边形厚度控制网格。图1示出加工有正六边形厚度控制网格的柔性薄膜设计图，其中，1为棱边边宽d，2为棱边边长a,3为保留区域，4为采用冷光源激光加工的正六边形厚度控制网格(镂空区域)。
步骤2，采用酒精擦拭柔性聚酰亚胺基板表面，并对聚酰亚胺表面做电晕处理。
步骤3，在聚酰亚胺基板表面贴敷由步骤1加工好的PET正六边形厚度控制网格。
步骤4，沿PET网格四周贴敷纸胶带对非涂敷区域进行保护，在纸胶带上再贴敷一层透明胶带。
步骤5，将配置好的粘度为35cps，固含量为25％的硅橡胶溶液倾倒在网格中，在10分钟内使用刮刀均匀涂敷并沿厚度控制网格上沿刮去多余溶液，并沿贴敷反方向揭去厚度控制网格，此时溶液尚具有一定的流动性，通过自流平填平原棱边处间隙。
步骤6，撕去非涂敷区域的保护胶带，静待涂层溶液固化，实测防护涂层膜厚为25μm～55μm，网格中心区域厚度较薄，网格棱边厚度较厚。
经累计通量为2.5×1022atom/cm2原子氧试验表明，其质损仅为0.13mg/cm2，相较防护前剥蚀率整体下降2个量级。
实施例2
步骤1，选用单面敷聚丙烯酸胶膜的总厚度为150μm的PI薄膜，通过冷光源激光加工成棱边边宽d为0.3mm，棱边边长a为4mm的正方形厚度控制网格。
步骤2，采用酒精擦拭柔性聚酰亚胺基板表面，并在对聚酰亚胺表面做电晕处理。
步骤3，在聚酰亚胺基板表面贴敷由步骤1加工好的PI正方形厚度控制网格。
步骤4，沿PI网格四周贴敷纸胶带对非涂敷区域进行保护，在纸胶带上再贴敷一层透明胶带。
步骤5，将配置好的粘度为45cps，固含量为33％的硅橡胶溶液倾倒在网格中，在10分钟内使用刮刀均匀涂敷并沿厚度控制网格上沿刮去多余溶液，并沿贴敷反方向揭去厚度控制网格，此时溶液尚具有一定的流动性，通过自流平填平原棱边处间隙。
步骤6，撕去非涂敷区域的保护胶带，静待涂层溶液固化，实测防护涂层膜厚为49μm～76μm，网格中心区域厚度较薄，网格棱边厚度较厚。
经累计通量为2.5×1022atom/cm2原子氧试验表明，其质损仅为0.11mg/cm2，相较防护前剥蚀率整体下降2个量级。
实施例3
该实施例与实施例1一致，区别仅在于，涂层溶液为粘度为30cps，固含量为20％的硅橡胶溶液，最终制得的防护涂层最薄膜厚为17μm。
经累计通量为2.5×1022atom/cm2原子氧试验表明，其质损仅为0.14mg/cm2，相较防护前剥蚀率整体下降2个量级。
实施例4
该实施例与实施例1一致，区别仅在于，涂层溶液为粘度为120cps，固含量为50％的硅橡胶溶液，最终制得的防护涂层最厚膜厚为106μm。
经累计通量为2.5×1022atom/cm2原子氧试验表明，其质损仅为0.13mg/cm2，相较防护前剥蚀率整体下降2个量级。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种在柔性工件表面选择性制备超薄涂层的方法，其特征在于，包括：
步骤1，选用设定厚度的柔性薄膜，采用激光切割加工多边形厚度控制网格，其中，对应柔性工件表面涂敷区域处的柔性薄膜进行网格化镂空处理，对应非涂敷区域处不进行网格化镂空处理；
步骤2，对被涂敷柔性工件表面进行清洁及化学改性处理；
步骤3，将多边形厚度控制网格贴敷于柔性工件表面；
步骤4，对柔性工件表面非涂覆区域进行保护；
步骤5，将涂层溶液倾倒于多边形厚度控制网格中，刮去多余溶液并揭去多边形厚度控制网格；
步骤6，去除非涂敷区域的保护措施，静待涂层溶液固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，选用的柔性薄膜单面贴敷有压敏胶膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述柔性薄膜选用PET薄膜、PI薄膜或者其他拉伸强度在80Mpa以上的聚合物薄膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述柔性薄膜的整体厚度为80μm～250μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述多边形厚度控制网格为等边三角形、正方形或正六边形；和/或
所述多边形厚度控制网格的棱边边宽为0.2mm～0.5mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述多边形厚度控制网格的加工方式选用冷光源激光加工，切割精度优于0.02mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，柔性工件表面清洁后，在表面涂敷涂层所对应区域喷涂底涂剂，和/或对柔性工件表面做电晕处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，保护措施具体为：采用剥离强度<0.05N/mm的纸胶带对非涂层涂敷区以及多边形厚度控制网格边缘进行保护，然后在纸胶带上贴敷透明胶带。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，涂层溶液的固含量控制在20％～50％；和/或
涂层溶液的粘度应控制在30cps～120cps。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6中，涂层溶液固化后涂层的厚度可以控制在40μm±15μm的超薄区间。
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