一種靜電噴塗裝置以及製備透明導電膜的裝置的製作方法
2023-11-06 04:58:12
本發明涉及透明導電膜的製備，特別是涉及一種靜電噴塗裝置。
背景技術：
隨著人們對於更薄、更輕、更低成本的光電器件和相關電子顯示設備的需求迅猛增長，尤其是光伏產業以及觸控顯示器應用，例如手機、筆記本電腦、All-In-One電腦等，透明導電膜材料市場急速擴張。目前常見的透明導電薄膜包括ITO(Indium Tin Oxides錫摻雜三氧化銦)、GZO(Gallium Zinc Oxides鎵摻雜氧化鋅)、AZO(Aluminum Zinc Oxides鋁摻雜氧化鋅)等，這些氧化物只吸收紫外光，不吸收可見光。長久以來，ITO是光電產業使用最為廣泛的透明導電膜材料。然而ITO存在儲量有限、加工成本高、較脆易碎、有毒等很多致命的缺點，逐漸限制了其在未來光電產業的應用和發展。
對於高端電容式觸控屏，美國、日本、韓國和中國等的科研人員正非常關注採用新穎的材料和技術來代替ITO透明電極材料，從而達到降低成本、提高性能的目的。目前已有新的關於導電薄膜的方案。
製備透明導電膜時，一般採用的方式是先配置導電漿料，然後採用精密塗布的方式將導電漿料塗布在透明基底上，然後烘乾製得透明導電膜。使用這種方式一般通過精密塗布設備製造得到。然而精密塗布設備存在以下問題：(1)設備昂貴，成本高。(2)產品良率低。接觸式的精密塗布容易受到空氣中微小顆粒的影響，在塗布的產品上形成很長的劃痕，極大的影響產品良率。(3)製備得到的透明導電膜的導電性有待進一步提高。(4)只能夠塗布在平整的表面，不能夠適應複雜表面。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：彌補上述現有技術的不足，提出一種靜電噴塗裝置以及製備透明導電膜的裝置，設備成本低，且製得的產品良品率高，導電性也較好。
本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：
一種用於製備透明導電膜的靜電噴塗裝置，包括收放卷系統，正高壓發生器，負高壓發生器，負極板，供液系統，驅動裝置，噴嘴；所述收放卷系統用於對基材進行收放卷操作，所述收放卷系統中的輥輪和導軌為導電材質；所述正高壓發生器連接所述噴嘴，所述負高壓發生器連接所述負極板，所述噴嘴和所述負極板分別位於基材的兩側，所述噴嘴距離基材0～250mm，所述負極板與基材接觸；所述供液系統用於提供導電漿料至所述噴嘴；所述驅動裝置連接所述噴嘴，用於驅動所述噴嘴的運動。
一種製備透明導電膜的裝置，包括如上所述的靜電噴塗裝置。
本發明與現有技術對比的有益效果是：
本發明的靜電噴塗裝置，通過收放卷系統，正高壓發生器，負高壓發生器，負極板，供液系統，噴嘴等的配合設置，可實現導電漿料靜電噴塗至基材上。首先，本發明的靜電噴塗裝置加工透明導電膜時只需要控制噴灑在基材上的納米銀線的量就可以控制導電層的厚度，無需像精密塗布設備那樣依靠精密的加工精度來實現特定厚度、足夠精度的塗層，因而不涉及特別精密的加工部件，因此設備成本大幅降低。其次，本發明的裝置通過靜電噴塗實現導電漿料的噴塗塗覆，不會因為空氣中的微小顆粒而造成很長的劃痕，降低了生產過程中對環境的要求，有利於提高產品的良率。再者，靜電噴塗方式可使納米銀線儘可能地充分隨機分布在透明基底上，從而高效地搭接成導電網絡，製得的透明導電膜導電性能更佳，同時產品的透光性也較好。最後，本發明的裝置通過靜電噴塗方式塗覆，亦能夠適應各種複雜表面。本發明的靜電噴塗裝置，綜合噴嘴的多針頭及收放卷技術，能夠實現長寬幅、卷對捲地大規模生產。
【附圖說明】
圖1是本發明具體實施方式的靜電噴塗裝置的一種結構示意圖；
圖2是本發明具體實施方式的靜電噴塗裝置的另一種結構示意圖；
圖3是本發明具體實施方式的靜電噴塗裝置中的供液系統的結構示意圖；
圖4是本發明具體實施方式的靜電噴塗裝置中的針頭架的結構示意圖；
圖5是本發明具體實施方式的靜電噴塗裝置中的針頭架的優選結構示意圖；
圖6是本發明具體實施方式的靜電噴塗裝置製備的納米銀線透明導電膜樣品的SEM照片。
【具體實施方式】
下面結合具體實施方式並對照附圖對本發明做進一步詳細說明。
如圖1和2所示，分別為本具體實施方式的靜電噴塗裝置的兩種結構示意圖。靜電噴塗裝置包括收放卷系統，正高壓發生器200，負高壓發生器(圖中未示出)，負極板400，供液系統500，驅動裝置600，噴嘴700。
收放卷系統用於對基材進行收放卷操作，所述收放卷系統中的輥輪和導軌為導電材質。本具體實施方式中，收放卷系統中設置有放卷輥8，張力控制裝置9，引導輥10，防靜電輥11，糾偏裝置12，主動力，收卷輥13。收放卷系統中防靜電輥11以及所有與噴塗有導電漿料接觸的導軌材質均選用導電材料，並保證良好接觸，如鍍鉻的不鏽鋼輥、導電矽橡膠輥等，以將多餘的靜電導走。同時，靜電噴塗裝置整體接地，輥輪中所使用的潤滑油也導電。收放卷的車速範圍可以實現0.1m/min～100m/min，實際的車速可根據所需的透明導電膜產品的性能調整。收放卷系統的寬幅可以根據實際需要確定，以滿足100mm～1000mm間不同的需求。
正高壓發生器200連接噴嘴700，負高壓發生器連接負極板400，噴嘴700和負極板400分別位於基材100的兩側，噴嘴700距離基材100的距離為0～250mm，負極板400與基材100相接觸。正高壓發生器200為可提供的正高壓範圍在0～+100kV的電壓發生器，負高壓發生器為可提供的負壓範圍在0～-100kV的電壓發生器。電壓可為直流也可為脈衝，脈衝電壓可調節頻率範圍為0.1Hz～10MHz。負極板400可為一塊平整的方形金屬板，材質優選不鏽鋼，尺寸比所使用的基材100寬，兩邊各留出20～50mm的寬幅。
供液系統500用於提供導電漿料至噴嘴700。本具體實施方式的供液系統的具體結構示意圖如圖3所示，供液系統500包括三部分：儲液裝置、供液裝置、分液裝置。詳細可分解為攪拌裝置，儲液罐503，蠕動泵504，供液緩衝裝置505，分流裝置506。攪拌裝置用於攪拌所述儲液罐503中的導電漿料。蠕動泵504的軟管一端連接儲液罐503，另一端連接供液緩衝裝置505，供液緩衝裝置505的出口連接分流裝置506，分流裝置506用於將單根液管分流成多根支管，分別提供給噴嘴的多個針頭，實現分流的效果。
本具體實施方式中，攪拌裝置包括磁力攪拌機501，磁力攪拌子502。磁力攪拌子502設置在儲液罐503中，儲液罐503置於磁力攪拌機501中。磁力攪拌機501能夠有效防止導電漿料分散液的沉降。選用較大的儲液罐時，為達到最佳的攪拌效果，可以選用其它機械攪拌裝置。
儲液罐503大小可為10～500L，材質可以選用玻璃、聚四氟乙烯等材質。蠕動泵504將液體供應到噴嘴處，具有控制流量的功能，控制液體流速範圍為5ml/min-5000ml/min。供液緩衝裝置505的設置可有效緩衝蠕動泵產生的脈衝。由於供液系統500採用蠕動泵的方式供液，蠕動泵供液是有波動性的，液體的壓力不穩定，從而直接影響到針頭出液體流出速度的穩定。設置該緩衝裝置505後，可抵消蠕動泵的脈衝作用，保持在供液過程中壓到噴嘴的多個針頭處的液體能夠保持穩定的壓力，以及穩定的流速，從而有效提高裝置靜電噴塗的均勻性。分流裝置506將單根通液管分成多根通液管。各軟管以及分流裝置506的材質選用聚四氟乙烯，可防止導電漿料分散液對管路的腐蝕。
驅動裝置600連接噴嘴700，用於驅動噴嘴700的運動。本具體實施方式中，驅動裝置600通過平臺4調節噴嘴的高度，從而調節噴嘴中的多個針頭與基材100之間的距離。驅動裝置600可驅動噴嘴上的多個針頭在前後方向上的快速移動，移動速度可達到0.001～50m/min。移動的範圍在10-1000mm，從而實現噴塗的寬幅達到1000mm。驅動裝置600中驅動器的數量可為一個或者同時選用多個驅動器並行。
噴嘴700的結構包括多個針頭、針頭架。針頭架可固定在上述平臺4上。針頭可以根據導電漿料分散液的粘度選用不同的孔徑，優選孔徑範圍是0.1～3mm。
圖4中示意的針頭架包括多個金屬片701，各金屬片701上分布有多個針頭座部702，用於插接針頭。由此，通過設置金屬片701的數量以及針頭座部702的數量，可形成針頭組成的陣列。可以根據實際需要設置針頭的插接位置，從而實現多種針頭排列方式。針頭架的材質可以選用鋁合金、聚四氟乙烯、PMMA、ABS等工程塑料。需注意的是，在使用塑料材質的針頭架時，可在接觸針頭的一側固定金屬片，以用於將正電壓均勻加到各個針頭上。
優選地，採用如圖5所示的針頭架。針頭架包括多個金屬片701和儲液槽703。各金屬片701上分布有多個針頭座部702，用於插接針頭。金屬片701的側部設置有斜面704，儲液槽703設置在各個斜面704的最低處，用於接收從各個斜面704上流下的導電漿料。通過設置斜面，從而將多餘的液體引導到旁邊的儲液槽703中，這樣可防止導電漿料液體停留在針頭架內發生燃燒。特別是對於噴嘴設置在基材100的下方，負極板400設置在基材100的上方的情形。噴嘴噴射時會有多餘的液體溢出，採用帶斜面的針頭架後，液體可沿著針頭和斜面流動，通過斜面將液體引導到儲液槽中，從而防止液體在針頭附近殘留。對於圖2所示的裝置中的針頭向下噴塗的設置，液體溢出可直接向下滴落，從而不會殘留在針頭附近，因而在針頭架中可設置，也可不設置這種斜面結構，只需要針頭架可固定針頭即可。
本具體實施方式中，多個針頭固定在針頭架上構成靜電噴塗設備的噴嘴。噴嘴的針頭架固定在一個可上下移動調節高度的平臺4上，同時，平臺4下端同一個可快速前後移動的驅動裝置600連接。驅動裝置600使針頭組成的陣列按照設定的運動方式運動。供液系統500為噴嘴的多個針頭提供噴射的導電漿料。正高壓提供至噴嘴上的多個針頭，負高壓同負極板400連接。導電漿料溶液從噴嘴中流出，在高電壓的作用下分散開並向負極運動，最終在靜電的作用下噴射至透明基材上。
優選地，導電漿料選用金屬顆粒的導電漿料。靜電噴塗裝置還包括電極片14和高壓發生器(圖中未示出)，電極片14與噴塗導電漿料後的基材1000相對設置，間隔1～5mm，高壓發生器連接電極片14，用於為電極片14提供7～20kV電壓。高壓發生器提供的高壓在基材與電極片14的間隙中持續放電產生電暈，從而使空氣中被電離的帶電離子、臭氧分子等在高壓的加速下衝向基材，從而使基材上噴塗的導電漿料中的金屬顆粒之間發生低溫燒結作用，使得金屬顆粒形成連續的膜層結構，從而使製得的導電膜的導電性能較高。進一步優選地，導電漿料選用納米銀漿。專業，在電暈作用下，納米銀線表面的聚乙烯吡咯烷酮去除，同時納米銀線之間發生低溫燒結作用，這樣可提高導電膜的導電性能。
本具體實施方式的靜電噴塗裝置中導電漿料是通過靜電噴塗的方式均勻落在基材上，只需要控制噴灑在基材上的導電漿料的量就可以控制厚度，而調節導電漿料的量可以很方便地通過調節導電漿料分散液的濃度、噴塗時液體的流速、收放卷系統的走步速度來調節，因此本具體實施方式的靜電噴塗裝置加工透明導電膜不依靠精密的加工精度來實現特定厚度、足夠精度的塗層，因而不涉及特別精密的加工部件，因此設備成本大幅降低。選用本具體實施方式的裝置進行加工，一般造價在50萬以下。而現有的精密塗布依靠精密的塗布頭才能夠塗布出足夠精度的塗層，因此設備昂貴，大致在150～300萬。此外，精密塗布導電漿料時，例如納米銀線，其具有超高的長徑比，容易沿著塗布的方向取向排列，導致搭接成導電網絡的效率不高，導電性較差。而本具體實施方式的裝置通過靜電噴塗方式則可使納米銀線儘可能地充分隨機分布在透明基底上，從而高效地搭接成導電網絡，製得的透明導電膜導電性能更佳。另外，本具體實施方式的裝置也有利於提高產品的良率，製得的產品的透光性也較好，亦能夠適應各種複雜表面，可實現長寬幅、卷對捲地大規模生產。
如圖6所示，為使用本具體實施方式的靜電噴塗設備製得的納米銀線透明導電膜樣品。從圖中可看出，納米銀線在透明基底上是一種空間上的隨機分布狀態。納米銀線隨機分布的搭接狀態，使得製得的導電膜的導電性比較好。經測試，使用四探針儀測得其方阻為50Ω/sq，用透光霧度儀測得透光率為85％。
上述靜電噴塗裝置可設置在製備透明導電膜的系統中，用於在基材表面噴塗導電漿料。製備裝置中，可在靜電噴塗裝置的後端設置烘烤裝置15，以對靜電噴塗裝置噴塗導電漿料後的基材在30～200℃下進行烘烤處理，使得導電漿料烘乾後成膜。烘烤裝置構成的烘烤線長度為0.5～50m。乾燥方式可以為熱風乾燥、紅外乾燥等，乾燥道形式可以為平板式、氣浮式、橋式等，風機選用防爆風機，烘烤線中可每隔1～3m安裝危險氣體探測設備。
進一步地，可在烘烤裝置15之後設置覆膜設備16。覆膜設備16可以選用冷覆、熱覆的方式。所覆的膜優選具有可導電或抗靜電的性能。此後，可在裝置中設置靜電噴塗裝置的收卷輥部分，以收卷製備好的透明導電膜。
此外，可在靜電噴塗裝置的上部設置溫溼度探測器17，危險氣體探測器18，溫度、溼度調節及換氣裝置19。針頭運行附近可安裝自動火焰探測及警報器20、二氧化碳噴射滅火器21。
溫溼度探測器17可探測的範圍為：溫度5～100℃，溼度1～100％。
危險氣體探測器18可及時檢測設備內部溶劑的蒸氣壓，從而將信號傳遞給控制系統，迅速做出相應。一般地，對於納米銀線分散液的主要溶劑為乙醇，乙醇的爆炸極限是3.3％～19％，因而優選的檢測範圍是3.3％，當設備內部乙醇濃度接近3.3％時將會觸發通風裝置，從而及時將乙醇濃度降低。
溫度、溼度調節及換氣裝置19由空調壓縮機、加溼機、風機協同調節溫度、溼度、溶劑蒸氣壓，能夠調節溫溼度範圍分別為：溫度20～80℃，溼度10～90％。風機選用防爆風機。
自動火焰探測系統20可以選用明火探測器或溫感火災探測器，當檢測到明火或溫度急劇升高時能夠被探測器感知，從而迅速停機，響起警報同時開啟二氧化碳噴射裝置21。
二氧化碳噴射裝置21由一個可替換式的二氧化碳滅火器瓶和一個同氣瓶連接的可控開關噴嘴系統。當自動火焰探測系統20檢測到有明火出現時，能夠迅速觸發二氧化碳噴射裝置21上的電磁閥開關，從而噴射出二氧化碳，消滅火焰。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。