CN107364056A - 聚合物膜制作机及聚合物膜制作方法 - Google Patents

聚合物膜制作机及聚合物膜制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚合物膜制作机，包括成膜装置(1)、固化装置(2)和传输装置(3)；成膜装置(1)和固化装置(2)依次设置在传输装置(3)上。本发明还提供了一种聚合物膜制作方法，包括：在成膜装置(1)中形成一侧表面具有凸起阵列结构的待固化聚合物膜；在传输装置(3)的带动下，待固化聚合物膜经由固化装置(2)固化，随后输出成品聚合物膜。本发明的聚合物膜制作机和聚合物膜制作方法提高了生产效率，简化了工艺步骤，适合于聚合物膜的大规模工业化生产。

Description

聚合物膜制作机及聚合物膜制作方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物膜生产设备，尤其涉及一种聚合物膜连续生产设备以及应用该设备的聚合物膜的制作方法。
背景技术
摩擦发电机的一个关键部件是高分子聚合物薄膜层(例如，PDMS薄膜)，当前高分子聚合物薄膜层的制备多采用刮膜法和注塑成膜法，其中，刮膜法运用的比较广泛和成熟。
但是，刮膜法存在诸多缺陷，例如，生产效率低下，不适用于工业化生产等问题，其原因主要是刮膜法中使用的模板是金属或非金属硬质模板，而这种模板无法加工成很大的面积，并且在薄膜的生产过程中需要频繁的搬运模板，另外，将高分子聚合物浆料刮涂在模板上之后需要进行抽真空处理，该步骤耗用的时间较长，并且会增加模板搬运的次数。
上述这些问题都不利于高分子聚合物薄膜的制备以及工业化生产。因此，该生产领域急需一种能够实现高分子聚合物薄膜连续生产的设备以及应用该设备的高分子聚合物薄膜制作方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能够实现聚合物膜连续生产的聚合物膜制作机，以及应用该制作机所实现的聚合物膜制作方法。
一方面，本发明提供了一种聚合物膜制作机，包括：
成膜装置1，用于形成待固化聚合物膜；
固化装置2，用于使待固化聚合物膜固化；和
传输装置3，用于连续输送模板以及输出成品聚合物膜；
其中，成膜装置1和固化装置2依次设置在传输装置3上。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述成膜装置1包括：第一进料器7和第一成膜器8构成的第一成膜装置，以及第二进料器10和第二成膜器11构成的第二成膜装置。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述第一成膜器8和所述第二成膜器11是对辊成膜器，其由两个平行设置的滚筒组成，两滚筒之间的距离可调。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述成膜装置1还包括设置在第一成膜装置和第二成膜装置之间的至少一组真空刷9。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述真空刷9上设置有至少一排等间距分布的刷毛。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述第一进料器7和所述第二进料器10是淋膜机。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述固化装置2是烘干机或紫外光固化机。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述传输装置3包括：模板辊4、模板5和收料辊14；模板辊4和收料辊14通过模板5连接。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述模板辊4是被动阻尼辊，通过调整所述模板辊4的阻尼力度使所述模板5处于绷紧展平状态；所述收料辊14是主动辊，通过所述模板5带动所述模板辊4转动。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述模板5依次经过所述第一成膜器8和所述第二成膜器11。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述模板辊4与所述成膜装置1之间进一步设置第一导向辊6，和/或，所述固化装置2与所述收料辊14之间进一步设置第二导向辊12，用于调整模板的前进方向。
前述的聚合物膜制作机，其中，所述模板5是一侧表面设置有孔槽阵列结构的热塑性聚合物模板，并且模板上的孔槽间距与刷毛间距相对应。
另一方面，本发明提供了一种聚合物膜制作方法，包括：
在成膜装置1中形成一侧表面具有凸起阵列结构的待固化聚合物膜；和
在传输装置3的带动下，待固化聚合物膜经由固化装置2固化，随后输出成品聚合物膜13。
前述的聚合物膜制作方法，其中，在成膜装置1中，第一进料器7输入聚合物浆料，将其涂于模板5上，经过第一成膜器8，形成第一层聚合物膜。
前述的聚合物膜制作方法，其中，所述第一层聚合物膜经过真空刷9，在与模板5相接触的一侧表面形成凸起阵列结构。
前述的聚合物膜制作方法，其中，第二进料器10输入聚合物浆料，将其涂于第一层聚合物膜上，经过第二成膜器11，形成待固化聚合物膜。
前述的聚合物膜制作方法，其中，以体积计，第一进料器7单位时间输入的聚合物浆料量是成膜装置1中单位时间输入的聚合物浆料总量的10％-75％，第二进料器10单位时间输入的聚合物浆料量是成膜装置1中单位时间输入的聚合物浆料总量的25％-90％。
本发明的聚合物膜制作机和聚合物膜制作方法，采用了连续的模板，模板在收料辊的带动下连续运动，从而实现了聚合物膜的连续生产；在形成第一层聚合物膜之后，通过真空刷的刺破作用使聚合物进入模板上的孔槽阵列结构中以便在聚合物膜上形成相应形状的凸起阵列结构，从而省去了抽真空处理的步骤，由此简化了生产步骤。本发明的聚合物膜制作机和聚合物膜制作方法提高了生产效率，简化了工艺步骤，适合于聚合物膜的大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明的聚合物膜制作机的结构示意图。
图2是本发明中采用的对辊成膜器的结构示意图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。
本发明的聚合物膜制作机包括成膜装置1、固化装置2和传输装置3，并且成膜装置1、固化装置2依次设置在传输装置3上。在制作聚合物膜时，聚合物浆料在成膜装置1中被加工成一侧表面具有凸起阵列结构的待固化聚合物膜，随后由传输装置3带动，进入固化装置2被固化，并最终输出成品聚合物膜。
具体地，如图1所示，成膜装置1用于形成待固化聚合物膜，其包括：第一进料器7和第一成膜器8构成的第一成膜装置，以及第二进料器10和第二成膜器11构成的第二成膜装置。其中，第一成膜器8和第二成膜器11可以是对辊成膜器(如图2所示)，该对辊成膜器由两个平行设置的滚筒组成，两滚筒之间的距离可调，通过调节两滚筒之间的距离从而调整聚合物膜的厚度。第一进料器7和第二进料器10分别设置在第一成膜器8和第二成膜器11的前端，用于将聚合物浆料涂于模板，第一进料器7和第二进料器10可以是本领域常用的任何形式的进料器，例如淋膜机。
进一步，在第一成膜装置和第二成膜装置之间设置有至少一组真空刷9，并且，真空刷9上设置有至少一排等间距分布的高韧性刷毛；第一成膜装置、真空刷9和第二成膜装置沿传输装置3前进的方向依次设置在传输装置3。
进一步，固化装置2可以是烘干机或紫外光固化机，主要依据聚合物浆料的类型来选择固化装置的类型。如果聚合物是热固性聚合物，例如聚二甲基硅氧烷等，固化装置2通常选用烘干机；如果聚合物是紫外光固化硅胶，固化装置2通常选用紫外光固化机。本领域技术人员根据预期产量和聚合物固化所需的时间能够确定固化装置2的长度。
进一步，如图1所示，传输装置3用于连续输送模板并将成品聚合物膜输出，其包括：模板辊4、模板5和收料辊14；模板辊4和收料辊14通过模板5连接。其中，模板辊4上卷有模板5，位于本发明的聚合物膜制作机的前部，收料辊14用于卷收固化后的成品聚合物膜13，位于本发明的聚合物膜制作机的后部，也就是，沿模板5前进的方向依次设置：模板辊4、第一成膜装置、真空刷9，第二成膜装置、固化装置2和收料辊14。其中，模板辊4是被动阻尼辊，通过调整模板辊4的阻尼力度使模板5处于绷紧展平状态；收料辊14是主动辊，由动力装置驱动，通过模板5带动模板辊4转动，通过调整收料辊14的转速可以调整聚合物制作机的生产速度。其中，模板5依次经过第一成膜器8和第二成膜器11，其可以是热塑性聚合物(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)模板，通过热压方式在其一侧表面上均匀制备所需的孔槽阵列结构，制备完毕后成卷备用；模板5上的孔槽间距与真空刷9的刷毛间距相对应，从而在制备过程中更有利于聚合物浆料进入孔槽阵列结构之中以形成所需的凸起阵列结构。至于模板5的宽度、厚度，本领域技术人员可根据实际生产需要来确定。
进一步，如图1所示，传输装置3中还可以设置一个或多个导向辊以调整模板5的前进方向，例如，可以在模板辊4与成膜装置1之间设置第一导向辊6，和/或，在固化装置2与收料辊14之间设置第二导向辊12。
下面结合图1对本发明的聚合物制作方法进行说明：
首先，将模板5缠绕在模板辊4上，并由模板辊4依次经过第一成膜器8、第二成膜器11和固化装置2连接至收料辊14，调整模板辊4的阻尼力度使模板5处于绷紧展平状态。
其次，第一进料器7将待加工的聚合物浆料涂于模板5上，经过第一成膜器8，形成第一层聚合物膜；其中，通过调整第一成膜器8的两滚筒之间的距离来使第一层聚合物膜具有所期望的厚度。随后，第一层聚合物膜经过真空刷9，在与模板5相接触的一侧表面形成凸起阵列结构。第一次涂膜之后，聚合物浆料没有完全进入模板5上孔槽阵列结构之中，并且由于气压的原因，如果不抽真空，聚合物浆料始终无法进入，真空刷9的高韧性刷毛能够刺破孔槽阵列结构内的气泡，从而使聚合物浆料进入孔槽阵列结构之中，但同时也会在第一层聚合物膜的表面留下划痕。第二进料器10将聚合物浆料涂于第一层聚合物膜上，经过第二成膜器11，从而将盖面刮平，并形成待固化聚合物膜；其中，通过调整第二成膜器11的两滚筒之间的距离来使待固化聚合物膜具有所期望的厚度。
其中，调整第一进料器7和第二进料器10的进料速度，以使第一进料器7单位时间输入的聚合物浆料量是成膜装置(1)中单位时间输入的聚合物浆料总量的10％-75％(体积)，相应地，第二进料器10单位时间输入的聚合物浆料量是成膜装置(1)中单位时间输入的聚合物浆料总量的25％-90％(体积)。
最后，待固化聚合物膜随着模板5继续向前移动，经过固化装置2被固化，之后成品聚合物膜13由收料辊14卷收。
下面以一具体实施例来说明本发明的聚合物膜制作方法，但本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。
本实施例以PDMS(聚二甲基硅氧烷)浆料为原料，制备厚度是0.2毫米(不包括凸起阵列结构的凸点高度)的PDMS薄膜，生产效率是12米/小时。
在本实施例中，模板采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)模板，模板幅宽是1米，厚度是3毫米。模板上的孔槽阵列结构以孔阵列结构为例进行说明，孔的直径是1毫米，孔的深度是1.2毫米，孔以正方形阵列分布，两孔中心间距是10毫米。当然，本领域技术人员应当理解，本发明的技术方案并不限于此，孔槽阵列结构还可以是沟槽式等其它几何图案。
具体制备步骤如下：
(1)PET模板缠绕在模板辊上，由模板辊经过第一个对辊成膜器、第二个对辊成膜器和烘干机连接至收料辊，PET模板处于绷紧展平状态。
(2)第一个淋膜机以250毫升/分钟的进料速度将PDMS浆料涂于PET模板，通过间距是0.1毫米的第一个对辊成膜器，形成第一层聚合物膜，经过真空刷之后，第二个淋膜机以350毫升/分钟的进料速度将PDMS浆料涂于第一层聚合物膜，通过间距是0.2毫米的第二个对辊成膜器，形成待固化PDMS薄膜。
(3)待固化的PDMS薄膜经过烘干机干燥固化，烘干机长度40米，温度设为80℃。
(4)成品PDMS薄膜由收料辊卷收，收料辊转速为12米/小时。

Claims (17)

1.一种聚合物膜制作机，其特征在于，包括：
成膜装置(1)，用于形成待固化聚合物膜；
固化装置(2)，用于使待固化聚合物膜固化；和
传输装置(3)，用于连续输送模板以及输出成品聚合物膜；
其中，成膜装置(1)和固化装置(2)依次设置在传输装置(3)上。
2.根据权利要求1所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述成膜装置(1)包括：第一进料器(7)和第一成膜器(8)构成的第一成膜装置，以及第二进料器(10)和第二成膜器(11)构成的第二成膜装置。
3.根据权利要求2所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述第一成膜器(8)和所述第二成膜器(11)是对辊成膜器，其由两个平行设置的滚筒组成，两滚筒之间的距离可调。
4.根据权利要求2所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述成膜装置(1)还包括设置在第一成膜装置和第二成膜装置之间的至少一组真空刷(9)。
5.根据权利要求4所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述真空刷(9)上设置有至少一排等间距分布的刷毛。
6.根据权利要求2所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述第一进料器(7)和所述第二进料器(10)是淋膜机。
7.根据权利要求1所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述固化装置(2)是烘干机或紫外光固化机。
8.根据权利要求1所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述传输装置(3)包括：模板辊(4)、模板(5)和收料辊(14)；模板辊(4)和收料辊(14)通过模板(5)连接。
9.根据权利要求8所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述模板辊(4)是被动阻尼辊，通过调整所述模板辊(4)的阻尼力度使所述模板(5)处于绷紧展平状态；所述收料辊(14)是主动辊，通过所述模板(5)带动所述模板辊(4)转动。
10.根据权利要求2或8所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述模板(5)依次经过所述第一成膜器(8)和所述第二成膜器(11)。
11.根据权利要求8所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述模板辊(4)与所述成膜装置(1)之间进一步设置第一导向辊(6)，和/或，所述固化装置(2)与所述收料辊(14)之间进一步设置第二导向辊(12)，用于调整模板的前进方向。
12.根据权利要求8所述的聚合物膜制作机，其特征在于，所述模板(5)是一侧表面设置有孔槽阵列结构的热塑性聚合物模板，并且模板上的孔槽间距与刷毛间距相对应。
13.一种聚合物膜制作方法，其特征在于，包括：
在成膜装置(1)中形成一侧表面具有凸起阵列结构的待固化聚合物膜；和
在传输装置(3)的带动下，待固化聚合物膜经由固化装置(2)固化，随后输出成品聚合物膜(13)。
14.根据权利要求13所述的聚合物膜制作方法，其特征在于，在成膜装置(1)中，第一进料器(7)输入聚合物浆料，将其涂于模板(5)上，经过第一成膜器(8)，形成第一层聚合物膜。
15.根据权利要求14所述的聚合物膜制作方法，其特征在于，所述第一层聚合物膜经过真空刷(9)，在与模板(5)相接触的一侧表面形成凸起阵列结构。
16.根据权利要求15所述的聚合物膜制作方法，其特征在于，第二进料器(10)输入聚合物浆料，将其涂于第一层聚合物膜上，经过第二成膜器(11)，形成待固化聚合物膜。
17.根据权利要求14-16所述的聚合物膜制作方法，其特征在于，以体积计，第一进料器(7)单位时间输入的聚合物浆料量是成膜装置(1)中单位时间输入的聚合物浆料总量的10％-75％，第二进料器(10)单位时间输入的聚合物浆料量是成膜装置(1)中单位时间输入的聚合物浆料总量的25％-90％。
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