卞泽锋，张大鹏

（乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

笔者所在部门使用封闭刮刀涂布方式进行生产，实现复合产品提车速，但在实际使用过程中出现了涂布量在配方上限运行的问题，该问题一方面增加了表观橘皮纹的质量隐患，一方面增加了生产成本。为了更好地控制封闭刮刀涂布方式的涂布量，保证产品质量降低成本，因此对涂布量的控制方法进行研究。

2 封闭式刮刀的涂布原理及特点

2.1 涂布原理

封闭式刮刀系统的刮胶方式见图1所示，整个封闭式刮刀系统主要由以下几个部分组成：腔体、上刮刀、下刮刀、网纹辊、腔室。其工作原理是：通过供液系统，使腔室内充满待涂的涂布液；在压力和网纹辊旋转作用下，涂布液注满网纹辊，当网纹辊离开物料后，其表面多余的涂布液由刮刀刮去；充满涂布液的网纹辊与涂布基材相接触时，在基材包角压力下，涂布液转移到基材上。刮刀系统的上、下刮刀和两端的密封挡板保证了系统的密封性[2]。

图1 封闭刮刀结构涂布Figure 1 blade coating machine

2.2 特点

封闭刮刀系统具有以下几方面的特性：封闭式刮刀系统采用的腔体结构和双刮刀设计，更节省物料；涂布液所在的区域都是密封的，只有与网纹辊接触的部分暴露在外，减少了溶剂的挥发量；涂布速度的适应性好，无论涂布速度如何，涂布液的转移量都是固定的，涂布质量稳定[3]。

封闭式刮刀系统也存在一些不足：封闭式刮刀的接触角度以及压力的可调度很小，对涂布基材要求较高；刮胶的均匀性要求很高，且要求密封性好，否则易涂布不匀和发生漏胶；涂布后的清洗比较麻烦，尤其是残留在腔室内部死角处的物料更是难以清除。

3 涂布量影响因素的研究

在封闭刮刀涂布工艺中，影响涂布量精度的因素有很多，综合国内外相关报道和资料，结合我厂十多年微凹版涂布技术和近几年的封闭刮刀涂布技术，本节将从涂布主体设备（网纹辊）的选取[4]生产工艺（转速比、刮刀、车速等）的控制、物料的特性等方面进行研究说明。

3.1 网纹辊

网纹辊是将涂布液转移至基膜的最关键设备，它的主要参数有：网纹辊线数、网纹辊材质、网线角度，这些参数都跟网纹辊制作工艺有关，不同厂家参数各不相同[5]。

理论上，网纹辊涂布量=网孔容积（厂家提供）*转移到基材上的转移率（厂家提供，实际数据与物料特性相关）[6]。

3.1.1 网纹辊材质

涂布液性质一定的情况下，通过试验对比两种材质的涂布辊发现：陶瓷辊涂布量随涂布长度变化如图2；镀铬金属辊涂布量随时间变化如图3。

图2 70线陶瓷辊与涂布量关系图Figure 2 Relationship between 70-wire ceramic roll and coating amount

图3 70线镀铬辊与涂布量关系图Figure 3 Relationship between 70-line chromium plating roll and coating amount

由图2可看出，现有的涂布液在使用陶瓷辊时，涂布量随时间变化没有稳定的涂布量区间，不适用于现有的涂布液；由图3可看出，现有的涂布液在使用金属镀铬辊时，涂布量随时间变化较少，有稳定的涂布量区间，适用于现有的涂布液。因此生产线在后期选辊时均选用金属镀铬辊。

通过了解两种辊的生产工艺，陶瓷辊表面的网纹上有类似针孔点，使用一段时间后通过微观观察发现陶瓷辊网纹内涂布液残留多，因此造成取出的涂布液减少，故涂布量会快速下降；而镀铬辊表面的网纹为光滑的斜坡，涂布液易于取出、转移，涂布量稳定[7]。

总结：根据涂布液性质选择网纹辊材质，本篇论文选用镀铬金属辊。

3.1.2 网纹辊线数

在涂布液与网纹辊制作工艺一定的条件下，只变化网纹辊线数，可得出如图4的涂布量变化曲线。

图4 网纹辊线数与涂布量关系图Figure 4 Relationship between the number of anilox rolls and coating amount

表1 涂布辊涂布量对照表Table 1 Comparison table between coating roll and coating amount

从图4和表1可看出，当涂布液固定的情况下，网纹辊线数增加时，涂布量呈下降的趋势。由对照表和涂布量图可看出，实际涂布量与厂家提供的涂布量有一定的差距，所以网纹辊一般的使用都需要经过一定量的试验后，方可找出稳定的涂布量和稳定的涂布区间。

总结：不同型号的网纹辊对应不同的涂布量，线数越多，涂布量越低。

3.1.3 小结

涂布辊是封闭刮刀涂布的最重要设备，生产上需要根据涂布液性质选择适合的网纹辊材质（本篇论文选用镀铬金属辊），进而根据所需要的涂布量选择适合的网纹辊，根据相关资料和试验，网纹辊的线数越多，涂布量越低。

3.2 涂布参数

当涂布辊、涂布液固定后，在生产过程中，因刮刀磨损和网纹辊积液等原因，涂布量一般随着涂布时间的延长呈下降的趋势，为了保持涂布量稳定在需要的区段，在生产过程中通过调整一些工艺参数以实现该目的。通过生产经验和数据的积累，发现有以下几个方面的工艺参数调整会对涂布量控制有作用。

3.2.1 涂布液粘度

选取合适的涂布辊，固定以下参数：转速比、涂布车速、涂布辊型号，刮刀采用新刮刀，刮刀位置为0位，通过试验多组不同粘度的涂布液，得出如图5的数据。

图5 粘度变化与涂布量的关系图Figure 5 Relationship between viscosity change and coating amount

因使用过的胶液粘度均在10～22 cp范围内，故只对此范围内的粘度变化进行统计分析。从图5可看出当粘度上升时，涂布量呈反向下降趋势。

通过微观观察，发现粘度上升后网纹辊内涂布液的残留增加，造成取出量减少，涂布量下降。

总结：物料粘度上升，涂布量下降，最大影响涂布量27%。

3.2.2 刮刀使用时间

根据生产经验，在首次使用一把新刮刀之后，涂布量会在一个比较高的水平，并且下降速率较慢，需要涂布120 km左右，才可从初始涂布量降低4 g/m2，导致涂布量偏高成本上升如图6。

图6 新刮刀涂布长度与涂布量关系图Figure 6 Relationship between coating length and coating amount of new scraper

新刮刀涂布量偏高的原因是新刀初始与涂布辊均匀接触，接触面积大，压强小（随着涂布米数增多，磨损增多，接触涂布辊的刮刀面积逐渐减少，压强增大）[8]，涂布量偏高。因此通过多次生产经验的积累，在满足生产要求的前提下，生产过程中通过合理使用旧刮刀的方法，降低涂布量和成本。

总结：刮刀使用时间增加，涂布量下降，最大影响涂布量11%。

3.2.3 刮刀压力

涂布辊使用的刮刀为钢制挠性刮刀，作用是将涂布辊上多余的物料刮掉，起到均流定厚的作用[9]。刮刀在涂布辊上作用力的大小，对涂布量有很大的影响，当涂布液与涂布辊固定的情况下，研究刮刀压力对涂布量的影响因素如图7。

图7 刮刀位置与涂布量的关系图Figure 7 Relationship between scraper position and coating amount

由图7可看出，当刮刀位置在-30～-10（1/25 mm）之间正向调整时，涂布量变化明显，主要是因为在此范围内调整时，刮刀位置与辊间距大不能起到均流定厚的作用；当刮刀位置在-10～20之间正向调整时，涂布量随之减少，即刮刀将涂布辊表面的物料刮下；当刮刀位置在20～25之间正向调整时，涂布量不再产生变化，主要是因为此阶段涂布辊表面已经没有多余的物料，物料均在网纹内存储，刮刀不能将网纹内的胶液刮下。

总结：刮刀压力增加，涂布量一定范围内下降，后趋于稳定，最大影响涂布量影响11%。

3.2.4 速度比率

速度比率是指涂布辊线速度与生产车速的比率，随着比率的增加，单位时间内从网穴里取出的液体也增加，但涂布液的取出量有上限，即涂布辊的带料总量。因此，转速比在一定范围内提高，涂布量会有快速上升的趋势，提高到一定范围后涂布量不再变化[10]。

图8 速度比率与涂布量的关系图Figure 8 Relationship between speed ratio and coating amount

因速度比率低于100%时，涂布辊转速低于车速，转移到基材上的涂布液过少，会出现发花甚至脱涂现象，影响涂布表观，故速度比率从100%开始进行研究。

从图8可看出，当速度比率在100%～160%范围内增加时，涂布量会有向上的趋势，但当速度比率继续增加至170%～200%时涂布量不再发生变化，主要是因为涂布辊带料量和转移率一定，故转速比的控制在一定范围内有效。

总结：速度比率在一定范围（100%～170%）内增加，涂布量上升，最大可影响涂布量变化7%。

3.2.5 物料输送速率

涂布咀的物料由供料泵将物料从物料槽内供应至涂布咀腔体内，生产中通过控制泵速的大小来调整物料输送速率的快慢。当长时间的循环使用后，网纹辊的纹路内会有少量的胶液残留，造成网纹辊带料量减少。理论上可通过增加物料的输送速率即泵速，使涂布液在较高速度下冲击网纹辊，在一定程度上减少胶液残留，实现涂布量一定程度的控制效果[11]。泵速对涂布量的控制效果如图9。

图9 泵速与涂布量的关系图Figure 9 Relationship between pump speed and coating amount

从图9可看出，泵速在24 HZ～26 Hz之间变化时，涂布量变化较小，且泵速在低于26 Hz时会出现涂布液供应不足的问题，故此区间不能采用；泵速在26 HZ～30 Hz之间变化时，涂布量与泵速呈正向变化，且此区间内涂布量变化满足生产过程控制要求，故生产线在生产过程中采用此区间的泵速进行控制；泵速在30 HZ～34 HZ之间变化时，涂布量变化小，主要是受网纹辊带料量限制，通过泵速继续调整已不能实现涂布量的控制,且泵速在更高速运行时，涂布液容易产生气泡，会造成表观拉丝情况的加剧，故涂布液的输送速率应保持在一定的范围内。

总结：物料输送速率在合理范围内增加，涂布量增加，可影响涂布量变化5%。

3.2.6 小结

选取合适的涂布辊后，逐一对各工艺参数进行试验及研究，发现物料粘度影响最大，其余依次为刮刀磨损度、刮刀压力、速度比率、物料输送速率等。

根据生产情况，在涂布液固定的前提下，为保证过程中涂布量稳定，首先需要保证涂布液的粘度稳定；另外，随着涂布生产时间的延长，通过调整刮刀压力、速度比率、物料输送速率等参数，保证涂布量稳定在需求的涂布量范围，既满足产品性能的要求，又实现成本的最优。

4 结语

文中首先对封闭刮刀的原理、优缺点进行了简单的说明，最后着重研究了该涂布方式涂布量的影响因素。详细讲解了涂布辊、速度比率、刮刀磨损度、刮刀压力、涂布液粘度等对涂布量的影响趋势，为后续生产控制提供了第一手的技术资料。