CN113650277B - 一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置 - Google Patents

一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，主要包括辊体和低真空泵；辊体为双层机构，包括内辊和外辊；外辊辊面为网状结构，上面布置有网孔阵列；内辊的辊壁上布置有吸收孔阵列；吸收孔阵列中的吸收孔与网孔阵列中的网孔之间通过吸收管道相连，吸收孔和网孔之间一一对应；内辊内部为空腔结构，内辊的端部与低真空泵相连，低真空泵将内辊内部抽成相对于工作腔室内气压的负压；图案生成辊装置通过负压吸收对绕经辊体的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，从而在柔性基膜上形成具有特定图案的膜层。

Description

一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置
技术领域
本发明属于卷对卷薄膜制备技术领域，特别涉及一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置。
背景技术
近年来，柔性薄膜的图案化需求越来越多，需要在柔性基底上对膜层刻画出细微沟槽或特定图案，例如纳米银丝透明导电膜、石墨烯-硅橡胶复合薄膜、微流控芯片单元层等等。目前，在柔性基底上进行薄膜图案化一般采用刻蚀或热压印等技术，但这两种薄膜图案化技术在某些柔性薄膜产品上实施会存在种种不足。
刻蚀技术需要采用光刻胶和精密掩模来实施，而光刻胶在柔性基底上不易均匀分布，会影响图案化效果，另外，精密掩模的成本较高，不利于图案灵活多变的图案化柔性薄膜产品的生产，更重要的是，刻蚀技术难以在同一膜层中刻画出不同深度的图案。而热压印技术实施图案化时则涉及到将图案沟槽中的薄膜物质向下或向四周挤压推动，会造成薄膜膜层各部位的密度差异，对某些用途带来不利影响；另外，热压印在图案化时，在对薄膜物质进行挤压的同时还会进行加热定型，会造成某些有机膜层材料的性状发生改变，给膜层的强度和导电性带来影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，主要包括辊体和低真空泵；辊体为双层机构，包括内辊和外辊；外辊辊面为网状结构，上面布置有网孔阵列；内辊的辊壁上布置有吸收孔阵列；吸收孔阵列中的吸收孔与网孔阵列中的网孔之间通过吸收管道相连，吸收孔和网孔之间一一对应；内辊内部为空腔结构，内辊的端部与低真空泵相连，低真空泵将内辊内部抽成相对于辊体外部气压的负压；图案生成辊装置通过负压吸收对绕经辊体的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，从而在柔性基膜上形成具有特定图案的膜层。
内辊的辊壁内侧设置有遮掩筒插槽；遮掩筒插槽内可***遮掩筒，遮掩筒的展开形状与要在柔性基膜上形成的膜层具有的特定图案相对应。
遮掩筒从内辊辊壁内侧对辊壁上的吸收孔阵列中某些吸收孔进行遮挡密封；图案生成辊装置工作时，内辊的负压会从那些未被遮挡的吸收孔经由与之相连的吸收管道和网孔对覆盖在这些网孔上的湿膜层产生负压吸收，从而对绕经辊体的柔性基膜上的这部分湿膜层进行去除。
通过控制低真空泵的排气速度，可以调节辊体对湿膜层的负压吸收力度，对覆盖在网孔上的这部分湿膜层进行完全去除或部分去除。
在本发明的一种实施方式中，图案生成辊装置还包括控制器；在吸收管道上设置有电控阀门；控制器接收到图案生成指令后，根据预设的图案生成程序开启某些吸收管道上的电控阀门，内辊的负压会从这些吸收管道经由与之相连的吸收孔和网孔对覆盖在这些网孔上的湿膜层产生负压吸收，从而对绕经辊体的柔性基膜上的这部分湿膜层进行去除。
控制器可单独对某些吸收管道上的电控阀门开度进行调节，来单独控制与这些吸收管道相连的受控网孔对湿膜层的负压吸收力度，从而对覆盖在受控网孔上的湿膜层进行完全去除或部分去除。
控制器通过分别控制多个相邻网孔对湿膜层的负压吸收力度，使这些相邻网孔的负压吸收力度之间形成渐变的趋势，从而使覆盖在这些相邻网孔上的湿膜层形成深度连续渐变的沟槽图案，使定型后的膜层具有深度连续渐变的沟槽图案。
控制器通过分别控制多个区域的网孔对湿膜层的负压吸收力度，还可以在湿膜层的多个区域上形成深浅各异的图案，使定型后的膜层在不同区域上具有深度不同的图案。
上述的图案生成辊装置在膜层中形成深度连续渐变的沟槽图案，以及使膜层在不同区域上具有深度不同的图案这两种实施方式应用在微流控单元层上沟槽的生成上很有意义。应用本发明的图案生成辊装置可以制备出具有深度不同的沟槽图案的微流控单元层，且该沟槽图案深度可控，可以使微流控芯片实现对不同尺度的粒子实施筛选、截留等高难度微流控功能。
图案生成辊装置所在的卷绕成膜设备中还包括工作腔室、涂覆模块和定型模块，图案生成辊装置设置在涂覆模块的下游。定型模块位于图案生成辊装置的下游；定型模块采用选自光照加热固化、烘干箱加热固化或紫外光光照固化中的一种固化形式对湿膜层进行固化定型，形成具有特定图案的柔性膜层。
定型模块下游设置有层压辊；层压辊为2个，相对布置；工作腔室内设置有保护膜卷辊；层压辊用于将来自保护膜卷辊的保护膜压制覆盖在定型后的柔性膜层表面，对柔性基膜上的膜层进行保护。
在工作腔室上设置有真空***和充气***；真空***用于在工作腔室内创造清洁的真空环境，充气***用于充入工作气体。在柔性薄膜制备前，先通过真空***将工作腔室内的气体抽除，使工作腔室内的真空度达到10Pa以上（即压力达到10Pa以下），然后通过充气***向工作腔室内通入工作气体，控制工作腔室内气体压力在0.01MPa~0.1MPa范围内。
本发明的图案生成辊装置应用在石墨烯-硅橡胶复合柔性薄膜产品的制备上，可以通过负压吸收掉部分湿膜层来实现图案的生成，同时还能使石墨烯-硅橡胶复合柔性薄膜保持原有的力学性能、耐热性及电学性能。
本发明的有益效果：
本发明的图案生成辊装置通过负压吸收过程使湿膜层产生设定的图案，再通过定型模块对湿膜层进行固化定型形成具有特定图案的柔性薄膜，对膜层原性状无伤地在柔性薄膜上进行图案化；采用内插式遮掩筒、单独可控的吸收管道来实现各种灵活可变的薄膜图案化，可以低成本地实现图案灵活多变的柔性薄膜大规模批量生产。特别地，本发明在微流控单元层上沟槽的生成上很有意义，应用本发明的图案生成辊装置可以制备出具有深度不同的沟槽图案的微流控单元层，且该沟槽图案深度可控，可以使微流控芯片实现对不同尺度的粒子实施筛选、截留等高难度微流控功能。
附图说明
图1为本发明的图案生成辊装置的一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明的图案生成辊装置的另一种实施方式的结构示意图；
图3为本发明的图案生成辊装置在卷绕成膜设备上实施的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施方式。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于举例说明和解释本发明，并不是用于限制本发明。
图1为本发明的图案生成辊装置的一种实施方式的结构示意图，如图所示，本发明的用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，主要包括辊体1和低真空泵2；辊体1为双层机构，包括内辊3和外辊4；外辊4的辊面为网状结构，上面布置有网孔阵列；内辊3的辊壁上布置有吸收孔阵列；吸收孔阵列中的吸收孔5与网孔阵列中的网孔6之间通过吸收管道7相连，吸收孔和网孔之间一一对应；内辊3的内部为空腔结构，内辊3的端部与低真空泵2相连，低真空泵2将内辊内部抽成相对于工作腔室内气压的负压；图案生成辊装置通过负压吸收对绕经辊体1的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，从而在柔性基膜上形成具有特定图案的膜层。
内辊3的辊壁内侧设置有遮掩筒插槽；遮掩筒插槽内可***遮掩筒8，遮掩筒8的展开形状与要在柔性基膜上形成的膜层具有的特定图案相对应。
遮掩筒8从内辊3的辊壁内侧对辊壁上的吸收孔阵列中某些吸收孔进行遮挡密封；图案生成辊装置工作时，内辊的负压会从那些未被遮挡的吸收孔经由与之相连的吸收管道和网孔对覆盖在这些网孔上的湿膜层产生负压吸收，从而对绕经辊体的柔性基膜上的这部分湿膜层进行去除。
通过控制低真空泵2的排气速度，可以调节辊体对湿膜层的负压吸收力度，对覆盖在网孔上的这部分湿膜层进行完全去除或部分去除。
图2为本发明的图案生成辊装置的另一种实施方式的结构示意图。如图所示，在这种实施方式中，图案生成辊装置还包括控制器；在吸收管道7上设置有电控阀门9；控制器接收到图案生成指令后，根据预设的图案生成程序开启某些吸收管道上的电控阀门，内辊的负压会从这些吸收管道经由与之相连的吸收孔和网孔对覆盖在这些网孔上的湿膜层产生负压吸收，从而对绕经辊体的柔性基膜上的这部分湿膜层进行去除。控制器可单独对某些吸收管道上的电控阀门开度进行调节，来单独控制与这些吸收管道相连的受控网孔对湿膜层的负压吸收力度，从而对覆盖在受控网孔上的湿膜层进行完全去除或部分去除。控制器通过分别控制多个相邻网孔对湿膜层的负压吸收力度，使这些相邻网孔的负压吸收力度之间形成渐变的趋势，从而使覆盖在这些相邻网孔上的湿膜层形成深度连续渐变的沟槽图案，从而使定型后的膜层具有深度连续渐变的沟槽图案。另外，控制器通过分别控制多个区域的网孔对湿膜层的负压吸收力度，还可以在湿膜层的多个区域上形成深浅各异的图案，从而使定型后的膜层在不同区域上具有深度不同的图案。
图3为本发明的图案生成辊装置在卷绕成膜设备上实施的结构示意图。如图所示，该卷绕成膜设备中还包括工作腔室10、涂覆模块11、定型模块12和收卷辊18，图案生成辊装置13设置在涂覆模块11的下游。涂覆模块11将涂覆材料涂覆在柔性基膜表面形成湿膜层；设置涂覆模块11下游的图案生成辊装置13通过负压吸收过程对绕经辊体的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，使湿膜层产生设定的图案；定型模块12位于图案生成辊装置13的下游；定型模块12采用选自光照加热固化、烘干箱加热固化或紫外光光照固化中的一种固化形式对湿膜层进行固化定型，形成具有特定图案的柔性膜层。
定型模块12的下游设置有层压辊14；层压辊为2个，相对布置；工作腔室内设置有保护膜卷辊15；层压辊用于将来自保护膜卷辊15的保护膜压制覆盖在定型后的柔性膜层表面，对柔性基膜上的膜层进行保护。
在工作腔室上设置有真空***16和充气***17；真空***16用于在工作腔室10内创造清洁的真空环境，充气***17用于充入工作气体。在柔性薄膜制备前，先通过真空***将工作腔室内的气体抽除，使工作腔室内的真空度达到10Pa以上（即压力达到10Pa以下），然后通过充气***向工作腔室内通入工作气体，控制工作腔室内气体压力在0.01MPa~0.1MPa范围内。

Claims (4)

1.一种用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，主要包括辊体和低真空泵；辊体为双层机构，包括内辊和外辊；外辊辊面为网状结构，上面布置有网孔阵列；内辊的辊壁上布置有吸收孔阵列；吸收孔阵列中的吸收孔与网孔阵列中的网孔之间通过吸收管道相连；内辊内部为空腔结构，内辊的端部与低真空泵相连，低真空泵将内辊内部抽成相对于辊体外部气压的负压；图案生成辊装置设置在涂覆模块的下游，涂覆模块将涂覆材料涂覆在柔性基膜表面形成湿膜层；图案生成辊装置通过负压吸收对绕经辊体的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，从而在柔性基膜上形成具有特定图案的膜层；再通过定型模块对湿膜层进行固化定型形成具有特定图案的柔性薄膜，对膜层原性状无伤地在柔性薄膜上进行图案化，使柔性薄膜保持原有的力学性能、耐热性及电学性能；
图案生成辊装置还包括控制器；在吸收管道上设置有电控阀门；控制器接收到图案生成指令后，根据预设的图案生成程序开启某些吸收管道上的电控阀门，内辊的负压会从这些吸收管道经由与之相连的吸收孔和网孔对覆盖在这些网孔上的湿膜层产生负压吸收，从而对绕经辊体的柔性基膜上的这部分湿膜层进行去除；控制器可单独对某些吸收管道上的电控阀门开度进行调节，来单独控制与这些吸收管道相连的受控网孔对湿膜层的负压吸收力度，从而对覆盖在受控网孔上的湿膜层进行完全去除或部分去除；
控制器通过分别控制多个相邻网孔对湿膜层的负压吸收力度，使这些相邻网孔的负压吸收力度之间形成渐变的趋势，从而使覆盖在这些相邻网孔上的湿膜层形成深度连续渐变的沟槽图案；或者，控制器通过分别控制多个区域的网孔对湿膜层的负压吸收力度，在湿膜层的多个区域上形成深浅各异的图案。
2.根据权利要求1所述的用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，其特征在于：内辊的辊壁内侧设置有遮掩筒插槽；遮掩筒插槽内可***遮掩筒，遮掩筒的展开形状与要在柔性基膜上形成的膜层具有的特定图案相对应。
3.根据权利要求2所述的用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，其特征在于：遮掩筒从内辊辊壁内侧对辊壁上的吸收孔阵列中某些吸收孔进行遮挡密封；图案生成辊装置工作时，内辊的负压会从那些未被遮挡的吸收孔经由与之相连的吸收管道和网孔对覆盖在这些网孔上的湿膜层产生负压吸收，从而对绕经辊体的柔性基膜上的这部分湿膜层进行去除。
4.根据权利要求1所述的用于卷绕成膜设备的图案生成辊装置，其特征在于：通过控制低真空泵的排气速度，可以调节辊体对湿膜层的负压吸收力度，对覆盖在网孔上的这部分湿膜层进行完全去除或部分去除。
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