專利名稱：一種平板式縫模涂布機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜及薄膜器件制備領(lǐng)域，具體是一種平板式縫模涂布機(jī)。
背景技術(shù)：
縫模技術(shù)被廣泛運(yùn)用在溶液和熔融物質(zhì)涂布領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，所成薄膜精度高。縫模通常由兩個(gè)相互留有間隙的模唇組成， 涂布液以一定流速注入縫模間隙，在間隙內(nèi)展開后經(jīng)開口吐出?？p模開口與成膜基片之間保持相對(duì)移動(dòng)，吐出溶液附著在基片上形成均勻薄膜?；蛘呷廴谖镔|(zhì)經(jīng)縫模開口吐出口后快速冷卻形成固定厚度和寬度的材料?？p模技術(shù)很好的兼容了卷對(duì)卷設(shè)備，適合快速、高效的生產(chǎn)方式，有效節(jié)省了生產(chǎn)成本。申請(qǐng)?zhí)枮?00620018571.9的中國(guó)實(shí)用新型專利公開了一種雙面縫模水平涂布機(jī)。其屬于電池極片制造設(shè)備范圍，密封涂布箱安裝在該涂布機(jī)的中間位置，三道烘干箱內(nèi)都安裝紅外發(fā)生元件、熱風(fēng)懸浮裝置、旋轉(zhuǎn)糾偏導(dǎo)輥和托輥；電池極片集流體經(jīng)過自動(dòng)糾偏放卷裝置、恒張力傳感器、托輥、旋轉(zhuǎn)糾偏導(dǎo)輥、縫模擠壓涂布頭和三道烘干箱至自動(dòng)糾偏恒張力收卷裝置。因涂布層里外同時(shí)加熱，順利排出潮氣，不僅解決了熱風(fēng)烘干造成的先外后里的烘干缺陷，而且節(jié)省了 30-50%能源。與電池極片軋機(jī)和連續(xù)分條機(jī)可以聯(lián)合組成電池極片涂布連軋使電池極片能夠帶滾壓，減少電池極片的變形抗力和滾壓后的厚度反彈量，使生產(chǎn)效率提高兩倍和提高極片制造精度。申請(qǐng)?zhí)枮?00480006017. 2的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種夾縫模具和具有涂膜的基體材料的制造方法以及制造裝置。其通過一對(duì)相對(duì)的模唇的組合，在模唇之間具有模唇間隙和行成在該模唇間隙的下端的涂布液的吐出口，其特征在于，至少一方的模唇由沿著上下方向重合、并且可以沿著與所述吐出口的縱向成直角的方向相對(duì)移動(dòng)的至少2個(gè)部件構(gòu)成，進(jìn)而，由以下各要件構(gòu)成，即可調(diào)整這些部件的相對(duì)位置地與這些部件相配合的部件配合要件，在相對(duì)位置的調(diào)整后將這些部件相互連接的部件連結(jié)要件，安裝在這些部件的與所述吐出口側(cè)相一側(cè)的外面、規(guī)定不部件的相對(duì)移動(dòng)的位置的定位要件，以及，將所述定位要件固定在所述部件上的定位要件的固定要件。申請(qǐng)?zhí)枮?00810003154.0的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種可獲得高精度的膜厚分布、構(gòu)造簡(jiǎn)單且維護(hù)后無需在調(diào)整的縫模及墊片。在本發(fā)明的縫模中，在第一唇部與第二唇部的相對(duì)面上形成歧管，將墊片夾持在第一唇部與第二唇部之間固定，形成與歧管連通并將下端的開口作為輸出口的槽，在墊片上設(shè)置有厚度從兩端部朝著中央部變化的錐部。申請(qǐng)?zhí)枮?01080010828. 5的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種將光學(xué)涂層涂布到基材上的方法，所述方法包括如下步驟(a)制備含有溶劑組分和成膜組分的光學(xué)涂層制劑；(b)利用模具涂布機(jī)通過將所述光學(xué)涂層涂布到基材上而形成被涂基材，其中所述被涂布的光學(xué)涂層在所訴基材上形成厚度為8微米至100微米的濕膜；(C)干燥所述被涂基材，其中所述被涂基材處于基本水平的平面，從而使所述濕膜轉(zhuǎn)換成厚度小于I微米的干膜。所述光學(xué)涂層制劑包含，相對(duì)于所述光學(xué)涂層制劑的總重量，大于O. 3被％但不超過10%的固體。所述被涂基材可選被固化。
申請(qǐng)?zhí)枮?00810109812. 4的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種液體涂布裝置。該液體涂布裝置具有引導(dǎo)被涂布薄片的引導(dǎo)輥和縫模，縫模將溶液涂布于被引導(dǎo)輥引導(dǎo)的涂布薄片的表面，該縫模具有間隙，該間隙具有沿引導(dǎo)輥的旋轉(zhuǎn)方向延伸的開口?？p模在引導(dǎo)輥上的旋轉(zhuǎn)方向的后側(cè)，還具有成為與引導(dǎo)輥對(duì)應(yīng)的圖面的前緣部，在引導(dǎo)輥的旋轉(zhuǎn)方向上，前緣部與引導(dǎo)輥相對(duì)的部分的長(zhǎng)度被設(shè)定為，以引導(dǎo)輥的軸為中心的中心角為O. 95-3. 0°。
現(xiàn)有的縫模設(shè)備都是為工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，但由于體積龐大，費(fèi)用昂貴，運(yùn)行成本高，在實(shí)驗(yàn)和小規(guī)模試制過程中不適用，不利于科學(xué)研究和小批量生產(chǎn)。在實(shí)驗(yàn)室中大部分新材料一次最終只能合成數(shù)百毫克，假如用現(xiàn)有設(shè)備來制備薄膜顯然不夠用。再者，某些材料一克售價(jià)要上萬元，價(jià)格非常昂貴，用現(xiàn)有設(shè)備一次制備大量器件，既浪費(fèi)材料也起不到研究效果。市場(chǎng)上存在少量用于實(shí)驗(yàn)室的縫模設(shè)備，但功能單一，材料利用率不高，成膜效果也不夠理想。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有縫模涂布設(shè)備的不足，提供了一種用于實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模樣品試制的平板式縫模涂布機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成膜精度高，節(jié)省材料。一種平板式縫模涂布機(jī)，包括成膜臺(tái)面，其特征在于成膜臺(tái)面下面設(shè)有成膜步進(jìn)電機(jī)(19)及與其相連的X軸絲桿，成膜臺(tái)面的上方設(shè)有縫模刀具，縫模刀具設(shè)置在能夠沿X軸平移的龍門架上，龍門架與X軸絲桿相連，龍門架的位置受成膜步進(jìn)電機(jī)控制，縫模刀具上固定有注射器，注射器的注射頭與縫模刀具的縫模間隙相連。成膜步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)活動(dòng)龍門架沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，從而形成縫模刀具與成膜臺(tái)面之間的相對(duì)移動(dòng)，移動(dòng)速度和距離可以根據(jù)實(shí)際成膜需求在一定范圍內(nèi)任意設(shè)定。進(jìn)一步的，注射器豎直固定于縫模刀具上。注射器直接與縫模刀具相連，省去了連接軟管，溶液固有浪費(fèi)量盡可能減小，同時(shí)因?yàn)闇p少了中間環(huán)節(jié)，避免了二次污染。注射器中的溶液通過模唇塊上的溶液注入孔注入，經(jīng)導(dǎo)流孔進(jìn)入模唇塊與模唇片夾緊形成的縫模間隙，在其中展開后從下端開口吐出。進(jìn)一步的，縫模刀具設(shè)有多個(gè)縫模間隙，注射器的個(gè)數(shù)與縫模間隙的個(gè)數(shù)相同，每個(gè)縫模間隙與一個(gè)注射器相連。進(jìn)一步的，龍門架上設(shè)有Y軸絲桿及與其相連的手輪，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪能夠帶動(dòng)縫模刀具及注射器沿Y軸移動(dòng)。進(jìn)一步的,龍門架上固定著注射步進(jìn)電機(jī),注射步進(jìn)電機(jī)與Z軸絲桿相連,推塊隨著Z軸絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿著Z軸移動(dòng)。注射步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)推塊用以推動(dòng)注射器按設(shè)定速度向縫模刀具注入溶液。進(jìn)一步的，成膜臺(tái)面從下至上依次由隔熱板、加熱板、導(dǎo)熱板組成，加熱板由密布加熱絲向外依次包裹高溫絕緣布、不銹鋼板而成。進(jìn)一步的，成膜臺(tái)面上固定一個(gè)或多個(gè)用于探測(cè)臺(tái)面溫度的溫度探測(cè)器。如此即可達(dá)到控制成膜臺(tái)面溫度的目的。進(jìn)一步的，縫模刀具主要由模唇塊和模唇片組成。進(jìn)一步的，縫模刀具上設(shè)有用于調(diào)節(jié)縫模刀具與成膜臺(tái)面之間的間隙的調(diào)節(jié)螺栓。間隙寬度通常為O-IOmm可調(diào)。
進(jìn)一步的，縫模刀具上設(shè)有電加熱器以及溫度探測(cè)器。其目的是對(duì)縫模刀具內(nèi)的溶液進(jìn)行預(yù)熱，從而更好地成膜。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，操作方面，設(shè)備體積小，重量輕，便于實(shí)驗(yàn)室使用和小規(guī)模樣品試制。本發(fā)明將注射器直接插入縫模刀具，省去了連接軟管，盡可能減小了溶液固有浪費(fèi)量，起到了節(jié)約材料的效果，同時(shí)避免了溶液的二次污染。
圖I為平板式縫模涂布機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖之一；
圖2為平板式縫模涂布機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖之二；
圖3為縫模刀具結(jié)構(gòu)示意圖；·
圖中不出1 :Z軸左側(cè)光桿；2 :Z軸絲桿；3 :Z軸右側(cè)光桿；4 :推塊；5 :注射器；6 :左側(cè)龍門柱:Y軸絲桿；8 :Υ軸光桿；9 :調(diào)節(jié)螺栓；10 :緊固螺栓；11 :Χ軸左側(cè)光桿；12 :Χ軸絲桿；13 :Χ軸右側(cè)光桿；14 :成膜臺(tái)面；15 :縫模刀具；16 :Χ軸滑塊；17 :右側(cè)龍門柱；18 :手輪；19 :成膜步進(jìn)電機(jī)；20 :龍門背板；21 :龍門頂板；22 :注射步進(jìn)電機(jī)；23 :注射基座；24 左側(cè)法蘭塊；25 :右側(cè)法蘭塊；26 :模唇塊；27 :溶液注入孔；28 :導(dǎo)流孔；29 :縫模間隙；30 模唇片；31 :Υ軸滑塊；32 :電加熱器導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式如圖I至圖3所示，本發(fā)明中涉及的平板式縫模涂布機(jī)主要由成膜步進(jìn)電機(jī)19帶動(dòng)的成膜單元、通過手輪18調(diào)節(jié)的Y軸定位單元、注射步進(jìn)電機(jī)22帶動(dòng)的溶液注入單元，以及間隙調(diào)整裝置和縫模刀具15組成。成膜步進(jìn)電機(jī)19帶動(dòng)固定于X軸滑塊16上的所有部件沿X軸方向運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)手輪18可以移動(dòng)固定于Y軸上的部件沿Y軸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縫模吐出口的定位；注射步進(jìn)電機(jī)22帶動(dòng)推塊4沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)注射器5將溶液注入縫模刀具15 ;調(diào)節(jié)螺栓9和緊固螺栓10配合使用可調(diào)節(jié)縫模吐出口與基片之間的距離。成膜步進(jìn)電機(jī)19通過左側(cè)法蘭塊24和右側(cè)法蘭塊25固定到涂布機(jī)基座上，用聯(lián)軸器與X軸絲桿12連接。X軸左側(cè)光桿11、Χ軸絲桿12、Χ軸右側(cè)光桿13處在平行于成膜臺(tái)面14的同一平面上，且相互平行。成膜步進(jìn)電機(jī)19轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)X軸滑塊16沿X軸做直線運(yùn)動(dòng)。成膜臺(tái)面14從下至上依次由隔熱板、加熱板、導(dǎo)熱板組成。隔熱板用于隔絕加熱板的熱量，防止涂布機(jī)底部溫度過高，同時(shí)保存熱量，節(jié)約能源；加熱板由密布加熱絲向外依次包裹高溫絕緣布、不銹鋼板而成；導(dǎo)熱板作為成膜平臺(tái)，且使成膜臺(tái)面14溫度更加均勻。成膜臺(tái)面14上固定一個(gè)或多個(gè)溫度探測(cè)器，用于探測(cè)臺(tái)面溫度，從而達(dá)到溫度控制的目的。X軸滑塊16兩側(cè)固定有左側(cè)龍門柱6和右側(cè)龍門柱17，成膜臺(tái)面14之上所有部件都由龍門支撐。兩側(cè)龍門柱上固定有Y軸絲桿7和Y軸光桿8，手輪18與Y軸絲桿7連接，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪18能帶動(dòng)滑塊31沿Y軸移動(dòng)。Y軸絲桿7和Y軸光桿8相互平行且垂直于X軸。龍門架頂端固定有龍門架頂板21，用于放置注射步進(jìn)電機(jī)22，背面有龍門架背板20，用于固定溶液注入單元。龍門架頂板21之上是注射步進(jìn)電機(jī)22。注射基座23、注射步進(jìn)電機(jī)22、Z軸左側(cè)光桿I、Z軸絲桿2、Z軸右側(cè)光桿3、以及推塊4等共同組成溶液注入單元。溶液注入單元是一個(gè)整體，用螺栓固定于龍門架背板20上中間位置，也可根據(jù)需求沿Y軸挪動(dòng)。注射步進(jìn)電機(jī)22與Z軸絲桿2是一體，為市售直線電機(jī)。推塊4通過直線軸承和絲桿螺母固定在Z軸方向上。注射步進(jìn)電機(jī)22轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)推塊4沿Z軸運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)注射器5?？p模刀具15通過兩側(cè)的緊固螺栓10固定于Y軸滑塊31上，兩側(cè)的調(diào)節(jié)螺栓9用于調(diào)節(jié)縫模刀具15與成膜臺(tái)面14之間的間隙和水平度，間隙大小O-IOmm可調(diào)?？p模刀具15可設(shè)計(jì)成一個(gè)或多個(gè)縫模單元，圖I中為三個(gè)縫模單元，可一次制備三種不同溶液薄膜；在制備薄膜器件時(shí)每種溶液可使用固定縫模單元，避免污染，減少反復(fù) 更換縫模刀具15的步驟?？p模刀具15上直接插入注射器5，Y軸滑塊31上端裝有注射器固定片，注射器5穿過其中，避免推動(dòng)時(shí)晃動(dòng)。注射器5直接與縫模刀具15相連，省去了連接軟管，溶液固有浪費(fèi)量盡可能減小，同時(shí)因?yàn)闇p少了中間環(huán)節(jié)，避免了二次污染?？p模刀具15主要由模唇塊26和模唇片30組成，通過螺絲鎖緊。注射器5中的溶液通過模唇塊26上的溶液注入孔27注入，經(jīng)導(dǎo)流孔28進(jìn)入模唇塊26與模唇片30夾緊形成的縫模間隙29，在其中展開后從下端開口吐出?？p模刀具15內(nèi)設(shè)置電加熱器，通過電加熱器導(dǎo)線32通電后給縫模間隙內(nèi)的溶液加熱，且其表面設(shè)置溫度探頭。通過控制吐出溶液的溫度，能進(jìn)一步提高成膜均勻性，尤其對(duì)易結(jié)晶共混物，能優(yōu)化薄膜相分離形貌。該涂布機(jī)開機(jī)后自動(dòng)回歸初始位置，將成膜基片置于成膜臺(tái)面14上，旋轉(zhuǎn)縫模刀具15兩端的調(diào)節(jié)螺栓9控制間隙和水平度；根據(jù)需求選擇加熱溫度對(duì)成膜臺(tái)面14加熱；將裝有溶液的注射器5插入縫模刀具15上，調(diào)節(jié)手輪18使相應(yīng)的注射器5在推塊4之下；設(shè)定溶液注入速度、龍門架移動(dòng)速度、龍門架移動(dòng)距離等；啟動(dòng)溶液注入單元，推塊4按設(shè)定好的速度推動(dòng)注射器5，當(dāng)溶液經(jīng)縫模間隙29流出至接觸成膜基片時(shí)啟動(dòng)成膜電機(jī)19，龍門架按設(shè)定好的速度移動(dòng)，在完成設(shè)定距離后停止，注射步進(jìn)電機(jī)22也停止注入溶液；按需求溫度干燥處理后就得到了所需條狀薄膜；若需要制備薄膜器件，依次重復(fù)上述步驟即可。例如，在平整的金屬基片上制備一層ZnO薄膜，加熱干燥后再依次涂布活性層P3HT: PCBM,空穴傳輸層PEDOT: PSS,最后印刷一層銀漿即可制備出有機(jī)太陽能電池。全過程都不需要真空設(shè)備，極大的減少了制備過程中的能量消耗，是未來有機(jī)太陽能電池產(chǎn)業(yè)化研究的一個(gè)重要方向。
權(quán)利要求
1.一種平板式縫模涂布機(jī)，包括成膜臺(tái)面(14)，其特征在于成膜臺(tái)面(14)下面設(shè)有成膜步進(jìn)電機(jī)(19)及與其相連的X軸絲桿(12)，成膜臺(tái)面(14)的上方設(shè)有縫模刀具(15)，縫模刀具(15)設(shè)置在能夠沿X軸平移的龍門架上，龍門架與X軸絲桿(12)相連，龍門架的位置受成膜步進(jìn)電機(jī)(19)控制，縫模刀具(15)上固定有注射器(5)，注射器(5)的注射頭與縫模刀具(15 )的縫模間隙(29 )相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于注射器(5)豎直固定于縫模刀具(15)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于縫模刀具(15)設(shè)有多個(gè)縫模間隙(29)，注射器(5)的個(gè)數(shù)與縫模間隙(29)的個(gè)數(shù)相同，每個(gè)縫模間隙(29)與一個(gè)注射器(5)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于龍門架上設(shè)有Y軸絲桿(7)及與其相連的手輪(18)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪(18)能夠帶動(dòng)縫模刀具(15)及注射器(5)沿Y軸移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于龍門架上固定著注射步進(jìn)電機(jī)(22)，注射步進(jìn)電機(jī)(22)與Z軸絲桿(2)相連，推塊(4)隨著Z軸絲桿(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿著Z軸移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于成膜臺(tái)面(14)從下至上依次由隔熱板、加熱板、導(dǎo)熱板組成，加熱板由密布加熱絲向外依次包裹高溫絕緣布、不銹鋼板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于成膜臺(tái)面(14)上固定一個(gè)或多個(gè)用于探測(cè)臺(tái)面溫度的溫度探測(cè)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于縫模刀具(15)主要由模唇塊(26)和模唇片(30)組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于縫模刀具(15)上設(shè)有用于調(diào)節(jié)縫模刀具(15 )與成膜臺(tái)面(14 )之間的間隙的調(diào)節(jié)螺栓(9 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的平板式縫模涂布機(jī)，其特征在于縫模刀具(15)上設(shè)有電加熱器以及溫度探測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平板式縫模涂布機(jī)，包括成膜臺(tái)面(14)，成膜臺(tái)面(14)下面設(shè)有成膜步進(jìn)電機(jī)(19)及與其相連的X軸絲桿(12)，成膜臺(tái)面(14)的上方設(shè)有縫模刀具(15)，縫模刀具(15)設(shè)置在能夠沿X軸平移的龍門架上，龍門架與X軸絲桿(12)相連，龍門架的位置受成膜步進(jìn)電機(jī)(19)控制，縫模刀具(15)上固定有注射器(5)，注射器(5)的注射頭與縫模刀具(15)的縫模間隙(29)相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，操作方面，設(shè)備體積小，重量輕，便于實(shí)驗(yàn)室使用和小規(guī)模樣品試制。
文檔編號(hào)B29C41/12GK102909810SQ201210416069
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者侯林濤, 王標(biāo) 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)