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從原理到應用:全面解析狹縫式涂布模具
  瀏覽次數:12371  發布時間:2025年05月15日 19:03:52
[導讀] 高度精密涂布是生產各類高價值、高興能與質量產品的必要選擇,涂布技術不是單純的物理覆蓋,而是一個具有高精密度、高控制與穩定度的核心制程,甚至影響整條產線的效能,而狹縫式涂布模具更是各類涂布應用的首選,選用適當的狹縫式模具,就能讓涂布質量更具競爭力。
涂布工藝被廣泛應用在許多領域制程,因為使用場景與需求不同,衍生出相當多元且復雜的相關技術、設備以及制程等,而到底何謂「涂布」?現代被廣泛應用的精密涂布又是甚么?涂布工藝

又被應用在哪些領域上?又有哪幾種涂布方式與設備?接下來讓我們逐步探索關于涂布的多重樣貌吧!

何謂涂布?哪些領域會用到涂布?

涂布制程簡單來說就是把液態材料透過硬設備,將其均勻涂覆在基材表面上的一種制程技術,最主要的功用在于提升產品的功能化需求。比如鋰電池的電極涂布制程,就需要厚度均勻以及能量密度高的涂層,讓鋰電池在使用上更加穩定安全;而在光學制品常因為產品的使用或制程需求,需要如高透明、抗反射或抗靜電等的功能薄膜,許多人在3C產品貼附的抗刮屏幕膜,就是一種基本的涂布制程應用,還有像在半導體以及醫療產業上,需要透過涂布制程形成感應功能等,都是涂布技術的應用。

延伸閱讀:探尋工藝之美:淋膜、涂布與貼合的區別與應用

涂布工藝對許多產業來說都是重要的制程

隨著科技加速演進,以及市場對產品卓越性能的不斷追求,涂布工藝也經歷了顯著的轉型。涂布工藝隨著市場對產品需求偏向高性能、小型與輕量化的發展,「精密涂布」工藝應運而生,涂層更薄(從微米到奈米)、厚度更均勻(厚度誤差小于正負2%)以及產能提升(大面積或高生產速度),傳統涂布方式 (刮刀、浸泡轉印等) 的涂層厚度公差大且不均、容易導致涂料過多或回流造成的浪費等,這些實務使用的極限也使傳統涂布只能因應要求較低的包裝膜或防護層,對于高精度需求的光學應用等,都是采用可精準控制涂布均勻度以及涂層厚度的精密行涂布,包含狹縫式模具涂布、微凹涂布、逗號輪涂布與噴涂等。

狹縫式模具涂布、微凹涂布與逗號輪涂布都是精密涂布的方式

狹縫式涂布模具的優勢

在精密涂布中,狹縫式模具涂布具有下列五大優勢,因此即使初期設置成本較其他設備高,但以長期投資效益來看,狹縫式模具絕對是精密涂布中最重要的關鍵。

1. 精確控制流量以及涂層均勻度 (膜厚誤差<±2%,甚至可達1%)。

2. 可適用的液體黏度范圍廣泛(10-10000 cp)。

3. 配合涂布產線生產速度范圍大(甚至高于100m/m。

4. 封閉式供料,低浪費高清潔度。

5. 可做多層涂布,如電池正負極片涂布。

狹縫式模具涂布最常被應用于鋰電池正負極片、光伏、偏光膜、抗反射、防眩膜、傳感器薄膜、醫療用感應膜、半導體封裝、車用防護膜(俗稱犀牛皮)等。

延伸閱讀:涂布制程大躍進~~軟硬兼具的ITSM妙方

狹縫式模具擁有獨特優勢,成為許多精密涂布制程關鍵零件

微凹輪透過滾輪上網紋進行涂布,涂布厚度容易受網紋影響,適用于中低黏度(小于3000cp)涂布;逗號輪則是透過與基材間間隙來控制涂布厚度,接觸面容易產生條紋或氣泡,適合中黏度(500-5000cp),實務使用上為了因應更多元涂布制程,建議可使用多功能涂布座,能夠針對生產需求選用狹縫式模具、微凹或是逗號輪。

多功能涂布座結合二種或三種不同涂布方式,符合操作者多元需求

全面解析狹縫式模具

狹縫式模具如同押出模具,從設計到加工,每一道工序細節都不可輕忽,都是經驗與工藝的完美結合展現,如何制造或選用一組精良的狹縫式模具,有以下幾個重點指標:

模具材質選擇:

狹縫式模具和押出模具相同,在選擇模具制造材質都需要考慮到實際產線端應用環境以及加工,狹縫式模具處里各種涂膠液體,可能要承受化學腐蝕、高剪切力等,鋼材必須穩定不受外在因素影響變形,還要盡量降低磨損延長使用壽命,具有高強度耐磨、耐腐蝕以及形變小的不銹鋼 (SUS系列)成為制作狹縫式模具的首選,如果有特殊需求,還會特別在模具出口區采用碳化鎢涂層來因應。

  
有高強度耐磨、耐腐蝕以及形變小的不銹鋼 (SUS系列)成為制作狹縫式模具的首選
 
模具設計:
流道:

如同押出模具的流道設計,會根據處理材料的物性做優化設計,透過仿真分析軟件,根據膠料的黏度、密度、溶劑、干濕膜的厚度以及均勻度要求、涂布寬度、膠料粒子含量、供膠形式、基材種類等,加上膜腔內流道幾何設計,模擬膠料在膜腔內的流動情形,確保進入膜腔內的物料能夠均勻流動,在物料流出模唇口時能夠形成厚度均一的涂層。通常低中黏度的狹縫式模具流道接近于T形,中高黏度則會趨近于衣架形。

狹縫式模具流道設計與液體黏度、密度等有關,同時還要考慮干濕膜的厚度等制程條件

模唇出口:

押出模具模唇出口間距多半透過螺絲來做調節,但狹縫式模具則不盡然,大致上可分為固定式和可調式兩種。狹縫模具出口的可調式設計和押出模具相似,透過螺絲來調節模唇開口,透過此調節系統可以補償模具在使用時受到壓力、機械結構等外部因素造成的可能變形,來做局部的修正,提高成品厚度的均勻性,不過這類型的狹縫式模具制作成本高,清潔上更為繁瑣,而且操作人員都要具有相當經驗才能上手,因此多半的狹縫式模具都采用固定式出口。

狹縫式模具可調出口設計和押出模具相似,都是透過螺絲來調整間隙

固定式出口在模具制作完成時就無法調整,所以加工精度相對重要。固定式結構少了螺栓容易卡住臟污以及需要仔細清潔的繁復,保養相對輕松,操作人員也容易上手,固定式出口設計的狹縫式模具使用墊片來進行涂布厚度與寬度的調節,依據生產需求,可以將不同厚度的墊片(通常為不銹鋼材質)插入模腔內,就可以調節出口間隙,而可以改變所需要的涂布厚度。墊片的功能與調整螺栓相似,但使用起來較簡單。

固定式出口的狹縫式模具透過不同厚度的墊片(通常為不銹鋼材質)插入模腔內,調節出口間隙

使用墊片時,要確保表面清潔干凈,無皺折,避免涂料殘留,插入墊片后要固定好,確保墊片可均勻受力。

模唇形狀:

和押出模具相同,標準的模唇形狀為平直形,結構簡單容易清潔保養,但狹縫式模具因應實際使用需求,還有凸緣唇口以及帶有線棒唇口設計。所謂凸緣設計就是在模唇出口做一個延伸突出物,主要功能就是減少涂膠在模唇外側溢出,在高速生產下可以保持涂布穩定。

線棒出口則是在模唇出口處加裝一條不銹鋼線或是金屬棒,因為形狀像線一樣細,所以稱為線棒。透過線棒可以去除掉過多的涂膠,讓涂層維持均勻,特別是某些易于堆積的涂膠,像是某些電子材料會使用高黏度或高表面張力的液體,線棒也可以增加前緣穩定性,防止條紋或氣泡形成。

狹縫式模具因應不同生產需求,設計不同的模唇形狀。由左到右分別是平行式出口、凸緣出口以及線棒式出口

模具加工:

精密CNC加工向來為制作模具的首要關鍵點,模具的流道與出口等都是透過不同的CNC加工技術達成,通常制作模具的CNC的加工尺寸公差都必須控制在±2μm~±5μm(特別精密型可達±1μm),出口間隙均勻度更是必須低于±2μm,平行度以及直線度則必須小于10μm/m,由于狹縫式模具多采用不銹鋼材質,因此不像押出模具還需鍍鉻制程,但同樣的必須透過鏡面拋光技術讓出口處的表面粗糙度達到Ra0.1um。

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 CNC加工為制作精密模具不可或缺的關鍵

出口處的鏡面拋光處理不管在制作押出模具或是狹縫式模具,都是非常高標準的精密制程,主要是出口處的表面粗糙度會影響液體的流動、剪切以及涂布厚度,越光滑(Ra值越小)就能讓液體減少滯留、降低剪切,也可以避免涂布表面條紋、氣泡或破膜的情況產生。

延伸閱讀:一點都不粗糙的表面粗糙度

精良的鏡面拋光有助于涂布質量大幅提升

高度精密涂布是生產各類高價值、高興能與質量產品的必要選擇,涂布技術不是單純的物理覆蓋,而是一個具有高精密度、高控制與穩定度的核心制程,甚至影響整條產線的效能,而狹縫式涂布模具更是各類涂布應用的首選,選用適當的狹縫式模具,就能讓涂布質量更具競爭力。