[科普中國(guó)]-膜帶

膜帶在流延工藝上指承接流延漿料的帶狀物。流延漿料與膜帶之間能否具有良好的潤(rùn)濕性能，這是獲得具有優(yōu)良性能流延坯片的關(guān)鍵因素。1

概念膜帶在工程上常運(yùn)用于流延成型工藝，漿料與膜帶界面之間的界面張力與潤(rùn)濕性兩者緊密相關(guān)。膜帶速率通常也叫流延速率，它決定了流延坯片的產(chǎn)率。1

流延成形流延成形的原理如圖1所示，先將粉末制成穩(wěn)定、分散的懸浮液料漿，并放入料斗中，然后，料漿從料斗下部流至傳送帶上形成一定厚度的膜，用刮刀控制膜的厚度。再經(jīng)紅外線加熱烘干，得到膜坯。最后卷膜，并進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，就可以制成產(chǎn)品。因此，流延成形又稱為刮刀成形。

流延成形特別適合于制造厚度為0.05mm以下的薄膜，這樣的薄膜產(chǎn)品常用于小體積、大容量的電子器件。由于要制造超薄制品，要求粉末粒度細(xì)小、顆粒形狀為球形、流動(dòng)性好．此外，粉末粒度還與膜的厚度有關(guān)。例如，要制取40μm厚的薄膜時(shí)，假設(shè)要求厚度方向有20個(gè)顆粒，則粗略地計(jì)算可知，粉末粒度必須在2μm以下。日本甚至采用流延成形工藝制備了厚度為3~5μm的電容器膜片。流延成形也可用于厚度0.2~1mm的基片的批量化生產(chǎn)。2

漿料-膜帶間的界面張力與潤(rùn)濕性漿料-膜帶界面之間的界面張力與潤(rùn)濕性兩者緊密相關(guān)。流延漿料在流延膜帶上形成薄膜的優(yōu)劣由漿料的表面張力與膜帶表面能之間的相互作用決定。許多文獻(xiàn)和專業(yè)書籍詳細(xì)描述了漿料在基底上的潤(rùn)濕特性。流延漿料與膜帶之間能否具有良好的潤(rùn)濕性能，這是獲得具有優(yōu)良性能流延坯片的關(guān)鍵因素。為使?jié){料在膜帶上薄平而均勻鋪展，必須保證漿料在膜帶表面具有很好的潤(rùn)濕性能。如圖2所示，漿料的質(zhì)量、黏度和流變特性和液一固一氣界面能的平衡與否決定了坯片邊緣的形狀。其中漿料所受的力應(yīng)相互抵消才能使流延后的漿料層平滑而穩(wěn)定地鋪展在膜帶上。相應(yīng)的流延后的薄層邊緣與流延膜帶之間形成角度的大小取決于各界面能之間的平衡程度。如有時(shí)坯片邊緣與流延膜帶之間形成的接觸角非常大，說(shuō)明漿料與膜帶之問(wèn)的潤(rùn)濕能力非常差。漿料的黏度、密度和流變特性對(duì)實(shí)際的接觸角和邊緣錐形區(qū)域尺寸有非常大的影響。易導(dǎo)致坯片的邊緣與坯片中央的厚度有較大差異，從而使流延坯片的可用尺寸變小。有機(jī)溶劑相對(duì)于水而言，有機(jī)溶劑的表面張力更小，因此有機(jī)漿料在膜帶上不會(huì)發(fā)生很大變化，而水由于表面張力較大易與低表面能的膜帶形成很大的接觸角。

水對(duì)低表面能膜帶的潤(rùn)濕能力非常差。如水在打蠟后的車子上一樣，水在流延膜帶上的接觸角非常大，如水系漿料流延在低表面能的膜帶上會(huì)使15.24cm流延寬度，0.0508mm厚的流延漿料最后縮成6.35mm寬、1.27mm厚的坯片。在含水量較高的漿料中，漿料與膜帶之間的不潤(rùn)濕性會(huì)導(dǎo)致漿料無(wú)法附著在膜帶上心引。這是由于膜帶的表面能、漿料的表面張力、密度及黏度(流變特性)之間的不平衡導(dǎo)致漿料與膜帶之問(wèn)發(fā)生不潤(rùn)濕現(xiàn)象。因此相應(yīng)的具有高表面能的聚乙烯比低表面能的有機(jī)硅樹(shù)脂更容易潤(rùn)濕。同樣，降低水的表面張力也可降低水系漿料在低表面能的膜帶上的接觸角。通常在水系漿料中添加表面活性劑可降低水的表面能，從而降低水系漿料與膜帶之間的接觸角。在不同接觸角下，增加漿料的黏度、假塑性程度、漿料的密度會(huì)抑制漿料在膜帶上的移動(dòng)及有效控制漿料與膜帶之間界面現(xiàn)象。在實(shí)例中，我們通過(guò)提高漿料的固含量、黏度、密度及假塑性程度以克服水系漿料的一系列的不潤(rùn)濕現(xiàn)象帶來(lái)的缺陷。1

膜帶速率膜帶速率通常也叫流延速率，它決定了流延坯片的產(chǎn)率。流連速率是四個(gè)控制坯片厚度的基本要素之一。膜帶在固定的刀口下移動(dòng)和料槽中漿料自身的重力而使得漿料在膜帶的拖動(dòng)下流出料槽。關(guān)鍵是所有的力都集中在刀口，而膜帶的移動(dòng)是個(gè)附加的作用力。膜帶的移動(dòng)為漿料提供了一個(gè)向前運(yùn)動(dòng)的作用力，使?jié){料經(jīng)過(guò)刀口后進(jìn)入干燥帶。膜帶的移動(dòng)使得漿料受到刀口提供的剪切應(yīng)力，從而降低了具有假塑性流變特性流延漿料的黏度。通過(guò)刮刀的漿料量的多少由漿料的黏度及膜帶速率所控制。提高膜帶的速率不僅為漿料提供了向前運(yùn)動(dòng)的力，也會(huì)降低漿料受到的阻力。因此提高膜帶速率并不意味著會(huì)提高漿料的流出體積，其實(shí)提高流延速率會(huì)使?jié){料附著的面積增大，坯片會(huì)比實(shí)際更薄。因此在其他可變因素固定的情況下，提高膜帶速率會(huì)降低坯片的厚度，所以膜帶速率的改變將會(huì)直接導(dǎo)致坯片厚度的改變。在流延工藝中，固定流延速率是非常重要的。

膜帶的移動(dòng)與料槽中漿料的壓力都會(huì)提高通過(guò)刮刀下的漿料體積。膜帶表面特性、刀口的高度與形狀及漿料在料槽中的高度都會(huì)對(duì)通過(guò)刮刀的漿料量產(chǎn)生影響。一般通過(guò)固定料槽供給的漿料流出體積而避免由于漿料的高度帶來(lái)的影響。因此通過(guò)刮刀后的濕坯厚度只受漿料的溢出速度與膜帶速率的比值影響。從圖3可看出膜帶速率對(duì)濕坯厚度有重要的影響，另外漿料的溢出速度受漿料黏度控制，而假塑性漿料的黏度又受膜帶類型和膜帶速率引起的剪切壓力所影響。漿料的溢出速度一般比較小，膜帶速率是影響濕坯厚度的主要因素，可通過(guò)調(diào)節(jié)其他因素以獲得所需厚度的流延坯片。常用的方法是固定膜帶速率。

膜帶速率的一致性與一系列因素相關(guān)，如速率參考值、機(jī)器運(yùn)行情況、動(dòng)力變化及膜帶表面張力的變化。在金屬片、花崗巖和玻璃基板上，表面張力的變化對(duì)膜帶速率的影響并不明顯，但需要注意聚合物膜帶表面張力的變化對(duì)膜帶速率產(chǎn)生的影響。

在連續(xù)生產(chǎn)中，產(chǎn)品的產(chǎn)率決定了膜帶的速率。流延速率又受坯片的干燥速度所限制，因?yàn)榕髌趶牧餮訖C(jī)上拿下來(lái)之前必須完全干燥。在只做一批的流延工藝過(guò)程中(流延、停止，干燥)，對(duì)流延速率并無(wú)多少限制。而在連續(xù)化生產(chǎn)的流延工藝過(guò)程中．可根據(jù)漿料的特性來(lái)調(diào)節(jié)膜帶速率(如為防止較低黏度的漿料產(chǎn)生涌出現(xiàn)象需提高膜帶速率)。因?yàn)橛砍龅某潭仁呛茈y控制的，常通過(guò)增加刀口高度和提高膜帶速率來(lái)減小漿料的涌出量以獲得具有相同厚度的流延坯片。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)