落帘涂布技术_谭绍勐

有以 下几方面的优点: ( 1) 由于落帘冲击速 度非常大, 抵消了支持 上下波动的影响, 同时 也减弱了空气 液体 界
面间因剪切的不稳定影响, 所以它可以达到的涂布速度更高; ( 2) 由于 落帘涂 布充分 利用了支 持体速 度和液 帘
冲击速度的比值, 所以可以涂得更薄; ( 3) 由于在靠 近落帘 冲击区没 有刚性 设备元 件, 所以不 会产生 像坡流 涂
Curtain Coating T echnology
T AN Shao meng
Abstract: As a simultaneous mult iplayer coating met hod it has been successfully applied in the photographic indus try . Compared to any ot her coating method, curtain coating has the follow ing main advantages: ( 1) T he curtain, formed by t he coating fluid, impinges onto the moving web with a v er y hig h speed, so it reduces t he w eb fluctuate and t he instability at t he air liquid interphase which is caused by shearing, thereby it s attainable coating speed is higher . ( 2) Because it makes full use of the ratio of web moving speed cur tain imping ing speed, curtain coating can coat more thinner. ( 3) Compared to slide coating, curtain coating is impossible to produce any continuing coating defects, because ther e is no rig id equipment part near the curtain imping ement zone. In addition, as the coating process is different from other co ating method, curtain coating has differ ent starting form and need some specific parts. Curtain coating has more extensive applicatio ns.
2 落帘涂布的特点[ 2] :
落帘涂布是 3 种杰出的预计量涂布方式之一, 其湿涂层厚度就是单位体积流量与支持体速度的比 例关系:
Hwet = Q U 它有 2 个显著优点, 一是涂层薄, 二是涂布速 度快。首先, 涂层薄是通过涂布咀和运动支持体之 间的大距离和下落 液帘的冲击实 现的。一般 情况 下, 此冲击速度比支持体运动的垂直速度分量高得 多, 冲击速度削弱了支持体上下波动的影响, 同时 也减弱了空气 液体界面间因剪切引发的不稳定影 响, 所以它可以用更高的速度生产。其次, 在涂液 横向分布的过程和涂液作用到 移动支持体上 的过
下面就是一个早期坡流型落帘涂布咀示意图:
技术知识介绍
程, 在落帘涂布应用上是分隔开的。利用支持体速 度和液帘冲击速度的比值, 才可以涂得更薄。坡流 涂布的总湿厚度> 35 m , 落帘涂布的总湿厚度可 以< 10 m。由于形成落帘需要一定的质量, 即单 位体积流量, 所以液帘本身不能太薄, 它的薄是靠 支持体高速度拉伸形成的; 正因为涂层薄, 冷凝效 率提高, 干燥负荷相对减轻, 就允许较短的干燥片 路开较高的车速。第三, 在靠近落帘冲击区没有刚 性设备元件, 如刮刀、涂布辊、涂布咀的唇口等容 易干扰涂布质量的装置, 不会因物料气流、杂质引 起连续性弊病, 还无需避让支持体接头。
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信息记录材料 2004 年 第 5 卷 第 3 期 图 5 落帘冲击区剖面
技术知识介绍
实验结果表明, 液体粘性有一个优化范围, 而 且表面活性剂在稳定落帘方面具有重要作用。对坡 流式落帘涂布而言, 其坡流面上的流动与坡流涂布 相似, 强调液 液铺展和底层之上各层有相近的流 速, 且总体上 粘性 可上 升一 些, 达 到数百 mpas。 但是, 对各层表面张力的要求, 强调动态表面张力 在表面龄 10ms 时低于 40mN/ m, 层间表面张力匹 配也强调动态表面张力值, 特别是落 帘的背面一 层, 亦即坡流面上最下层的表面张力, 因为它既有 扩散速度问题, 也有与空气形成界面的问题, 所以 它的动态表面张力也应略低于坡流面上的第 2 层。
落帘涂布属于预计量涂布的类型。目前, 它在 感光材料制造业的多层精密涂 布中已得到广 泛应 用。然而, 从历史看, 现代落帘涂布的复杂技术,
收稿日期: 2003- 12- 08 作者简介: 谭绍勐 ( 1936- ) , 男, 湖南省新化 县人, 1958 年到
保定胶片厂 ( 乐凯胶 片公司 前身) 工作, 1996 年退Βιβλιοθήκη Baidu休, 主要从事涂布工艺和生产管理工作。
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是从简单的原始技术发展起来的。此技术最早的工 业应用发现于 1903 年T aylor发表的一篇法国专利 中, 他用溶化的巧克力从一个狭缝中流出形成一个 帘, 然后均匀涂在糖果核上。直到上世纪 60 年代, 这种技术才应 用于涂布片状 物和单页材料。1960 年, Cox 设计了溢流堰式和定形槽孔式 2 种形成落 帘的设备, 仅限于单层涂布。现代多层落帘涂布技 术专 利权最 初属柯 达公司, D J H ughes 和 J F Greiller 于 1968 年 6 月各自申请了关于落帘涂布工 艺的专利。柯达从 1979 年就开始采用此技术。由
这里的雷诺数 R e= Q 、支持体的速 度 U 和落帘冲击速度 V 的比值 U V 成为决定性参数。 雷诺数大或速率比低, 能促使动态润湿线向上和踵 部形成明显; R e 数小或 U V 比值 大时, 动态润 湿线向下, 可形成拽拉的落帘 ( 图 6) 。
随着踵部的增加, 涂液稍有 堆积 , 会含有 一个或几个再循环涡流, 引起涂布条道。向下游拉 拽冲击帘的现象, 与操作极限即大量可见的夹杂空 气密切相关。
Kist ler ( 1983) 分析了采用坡流供料型咀的帘 形成流场, 液帘流动轨迹受重力、惯性和毛细管压 力控制。在静态接触线处存在特殊性, 此处流速突 然加快, 导致唇部受力不均匀, 使液帘向唇下方偏 移, 即 壶咀效应 现象之一。现象之二是唇下面 的润湿, 它引起了流体迟滞现象。现象之三是引起 前进接触角和后退接触角不同 的传统的润湿 滞后 ( 因液界面取代固气界面后形成的接触角叫做前进 角; 气固界面取代固液界面后形成的接触角叫做后 退角。通常前进角大于后退角。) , 这里有其表面粗 糙和不均匀的物理原因, 也有由于急转弯的存在造 成的混淆。在坡流供料型的落帘涂布中, 这一系列 现象不仅有其理论 意义, 而且 有相当的实践 重要 性。经过急转弯处形成直的润湿线, 是保持落帘均 匀的关键。
当静态润湿线在急转弯处保持静止时, 每单位 宽的流量 Q 或等效雷诺数 Re= Q 是关键变量。
3 2 液帘的流动区 在成功的落帘涂布工艺中, 影响自由下落帘流
动的最大因素是液帘落到支持体上的最终速度。 在一定流动区内, 毛细管力能传递来自冲击区
的递流影响, 并且向支持体运动方向拖动液帘, 产 生一个向前的弯曲轨迹, 这称为拽拉膜现象。当流 量低, 液帘不高时, 可能会观察到这种现象。此现 象会引起膜破裂, 因此限制了可操作性。 3 3 冲击区
落帘冲击 区剖面 像只脚, 并有 个踵部。图中 H c 为落帘截面厚度; V 为落帘冲击速度; U 为支 持体速度; 为冲 击角; L 为边界层长 度。动态 润湿线位于落帘背面的底部。 L 的长短影响冲击 作用力的大小, 它依赖于以下因素: 涂液密度、流 变性、表面张力、湿厚度、 R e、 U V 落帘高度和 冲击角。冲击角的定义: 当帘向上运动时 为负 值, 帘向下运动时 为正值 ( 图 5) 。
唇下方和斜面之间的反向角对消除经过急转弯的润 湿非常有效图 4。
= 60 ; c= 67 ; = 60 特性曲线系数 0= ( 4g) 1 3= 6 35 图 4 壶咀效应: 接触线的迁移和它的迟滞
图 3 落帘涂布的流动区
为形成并保持落帘, 一定的流量是必要的, 除 了那些自身拥有很小的表面张力的物料, 如有机溶 剂。这个 最小 流量 接近 0 5cm2 s cm, 工 业生 产 时, 为了 落 帘 稳定, 这 个 最 小 流 量 还 要 加 倍 到 1 0cm2 s cm , 即每公分宽度、每分钟的流量达到 60cm3 。 3 1 帘形成区[ 1]
落帘涂布涂液在支持体上横向均匀分布也是靠 涂布咀实现, 只是因流量增大, 其限流狭缝 ( me tering slot, 也称 阻流间隙) 尺寸 稍宽。影 响因素 有模具腔体和限流狭缝的几何尺寸, 涂液的流变特 性, 体积流量 涂布宽度, 涂布条件下的等温分布, 限流狭缝的机械精度等。
条缝式落帘最多一次涂 3 层, 坡流式落帘一次 可涂 10 层以上。与坡流涂布咀显著的差别是其第 一片堰板前一曲率半径 20~ 40m m 的弧石引导液膜 流动 ( 图 2) 。
Keywords: curtain; premeter; curtain impingement zone; dy namic wetting line; curtain ede guide; air boundary layer haffle; limits of application
1 落帘涂布发展概况
图2
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TECHNICAL KONWLEDGE
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当涂液以一定质量离开模具, 形成自由落下的 液帘, 它的驱动和加速度是由于重力作用的结果。 一般自由落下 50~ 100m m 后冲击到移动的支持体 上, 落帘高度最高达 250mm ( 图 3) 。
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落帘涂布技术
谭绍勐
( 中国乐凯胶片集团公司, 河北 保定 071054)
摘 要: 落帘涂布已成功应用于感光材料制造 业的多 层精密 涂布中。与 其它涂 布方式 相比, 落帘 涂布主 要
虽然落帘涂布适合于现代化大规模生产, 但它 也存在一些难点, 如单位体积流量低到一定程度, 下落液帘会破裂; 需要 有稳定落帘的 重要附属部 件, 这些 部件易造成厚 边; 自由落帘 易受外界干 扰。
3 工艺描述[ 2]
5 弧形滑动面; 6 边导杆; 9 空气挡板; 10 起动收集盘
图 1 涂布咀示意图
布方式那样的 连续性涂布弊病。另外, 由于与其它 涂布方 式的工艺 不同, 所 以落帘 涂布有 不同的启 动方式, 并
需要一些特殊的部件。
关键词: 落帘涂布; 预计量; 落帘冲击区; 动态润湿线; 落帘边导; 空气边界层挡板; 应用极限
中图分类号: T Q576 13
文献标识码: A
文章编 号: 1009- 5624 ( 2004) 03- 0058- 0007
信息记录材料 2004 年 第 5 卷 第 3 期
于基本专利权已经过期, 其它工厂也可以使用此技 术, 实际上富士、阿克发公司 也早已应用这 项技 术。
落帘技术在中国申请的专利有 5 项, 有 2 项已 终止, 1 份已视撤, 1 份公开, 只有 1 份关于边缘 导件和处理厚边的 2004 年到期。