下载文档原格式
高速涂布技术王海松 刘金刚（中国制浆造纸研究院 北京 １０００２０）摘 要： 叙述了高速涂布过程中容易出现的问题，并分别从退卷、涂布、干燥和卷取四个方面提出了解决措施。
关键词： 退卷 刮刀涂布 薄膜压榨 帘式涂布 干燥 卷取近年来纸张涂布速度取得了惊人的进步，特别是机外涂布，其运行已经达到了１７００ｍ／ｍｉｎ，很快即将超过２０００ｍ／ｍｉｎ。
在这样高速涂布条件下，会出现很多涂布质量和运行问题。
因此，很多厂家和研究机构都在探索高速涂布时发生问题的原因及解决方法。
高速涂布时的问题主要与空气及涂料的高速流动有关。
为了维持或提高涂布的质量和运转性，设备、涂料及各部份对应都要高速化和高性能化。
因此可以从以下四方面着手：①提高涂料的运行性能②提高干燥效率③提高系统的自动化程度④缩短附属作业时间。
下面，我们对在高速涂布中，退卷、涂布、干燥、卷取各部位容易发生的问题及其解决方法分别进行介绍。
１ 退 卷随着涂布速度的增加，涂布处理１卷纸时间缩短了，续纸准备时间也相应的减少了，传统的转臂式退卷机已远远不能满足要求。
在这样的情况下，发明了自动续纸机，使续纸的准备时间缩短在１０分钟以内，保证了高速涂布的连续性。
在高速下续纸，还要抑制和解除纸幅运行中出现的摆动、抖动、边缘开裂、起皱等现象。
特别是，新辊速度在接近纸幅的运行速度前，纸幅可能出现摆动过度、起皱现象，纸幅在续纸前接触新辊还可能发生断纸。
引起这些现象的主要原因有①纸幅的固有振动（和新辊的频率发生共振），②纸幅的抖动③续纸辊和新辊之间出现作用在纸幅上的负压。
除了缩短续纸辊和导入、导出辊之间的距离，提高纸幅的张力，来减轻这些现象外，还可以像图１一样，安装一个平板状的稳定器，抑制纸幅的抖动。
它是根据浸提器（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）原理，把纸幅吸向稳定器的方向，防止前进中的纸幅接触新辊。
纸幅和稳定器之间发生的负压，能够限制纸幅的运行轨迹，避免续纸前纸幅和新辊接触。
此外，高速状态下新旧辊连接过程中，还可能发生以下问题。
新型涂布技术新型涂布技术是指利用先进的涂布设备和材料，通过特定的工艺和方法对物体表面进行涂覆的技术。
随着科技的不断发展，涂布技术也在不断创新和进步，出现了许多新型涂布技术，为各行各业带来了诸多便利和优势。
首先，新型涂布技术在材料方面的创新是关键。
传统的涂布技术往往使用有机涂料，含有大量的有害物质，对环境和人体健康造成一定的危害。
而新型涂布技术采用了更环保的无溶剂涂料或水性涂料，大大降低了VOC排放，减少了对环境的污染。
同时，新型涂布技术还广泛应用于功能性涂料的开发，如防水涂料、防腐蚀涂料、抗菌涂料等，为物体表面提供了更多的功能。
其次，新型涂布技术在涂布设备方面也有所创新。
传统的涂布设备一般是单一功能的，操作复杂，效率低下。
而新型涂布设备采用了先进的自动化技术，具有更高的涂布精度和效率，同时操作更加简便，降低了人工成本，提高了生产效率。
例如，采用了光学传感器和控制系统的涂布设备可以实现对涂布厚度和均匀性的实时监测和调节，保证涂布质量的稳定性。
此外，新型涂布技术还涉及到涂布工艺的创新。
传统的涂布工艺通常是手工涂布或者喷涂，存在涂布厚度不均匀、浪费涂料等问题。
而新型涂布技术引入了一些先进的涂布工艺，如真空蒸发沉积、离子束溅射涂覆等，能够在微米级的厚度范围内对物体表面进行涂覆，实现高精度的涂布。
同时，新型涂布工艺还可以实现多层涂覆、纳米涂料涂布等功能，为涂布行业的发展带来了更多的可能性。
总的来说，新型涂布技术的出现为涂布行业带来了许多新的机遇和挑战。
通过材料、设备和工艺的创新，新型涂布技术不仅提高了涂布质量和效率，同时也更加环保和节能。
随着科技的不断发展，相信新型涂布技术将会在未来发挥越来越重要的作用，为各行各业的发展带来更多的好处。
1、气刀涂布工艺特点气刀涂布优点在于能得到较厚涂布量, 涂布层也比较均匀, 而且涂布时不易发生断纸。
缺点是因为这种涂布机刮刀是无形气刀, 要想用它刮落多出涂料和使涂层平滑化, 就必需要求涂料比较柔软而且轻易控制。
另外, 空气喷射形成气刀较轻易引发涂料飞溅现象, 这种涂料飞溅又轻易引发气刀缝隙局部堵塞, 造成涂布层不均匀性。
刮刀涂布优点:1.能使纸张取得较高平滑度和光泽度 2.可操作性比气刀和计量棒要高、调整精度亦要比后二者高。
缺点:1.对原纸要求高(要有好平整性、平滑度、施胶度等)2.假如是用在面涂话, 对衬涂亦有比高要求(宏观粗糙要低, 但要有合适微粗糙)3.这笔性能没有气刀和计量棒好4.轻易出刮刀痕气刀涂布优点:1.因为是仿形涂布能够提供比已知任何涂布机都要好遮蔽性能 2.计量方法没有机械接触, 不会造成刮刀痕缺点1.气刀涂布涂布配方固含量不能做得太高最高只能到48%, 固含量太高会造成涂料粘度太高会造成涂布量难以控制2.涂料固含量低会花费大量干燥成本3.涂料固含量低造成保水性差,涂层在干燥阶段收缩严重, 最终影响涂层粗糙度 3.涂料流失厉害、水耗高、环境保护压力大计量棒涂布优点:1.对原纸要求低, 能适应比较粗糙原纸2.能适应高固含量涂布3.很好遮蔽性缺点: 1.涂布量可调整范围比刮刀要差, 经典值在7-11克2.假如用沟纹棒话会在留下很多棒3.当需求涂布量比较低时, 计量棒轻易磨损。
涂布技术涂布技术广泛地应用于纸张和薄膜等基材涂布及复合包装。
现在, 中国很多印刷包装机械企业使用涂布复合设备, 其涂布种类和刮胶方法比较单一, 涂布技术应用也大受限制。
不管那一个涂布复合设备, 其关键部分就是涂布头, 而涂布头采取何种涂布刮胶方法, 会直接影响涂布质量和效果。
展开涂布复合设备关键应用于塑料薄膜、纸类、电化铝、布料及皮革等多个卷筒基材上胶涂布与复合加工。
它广泛地应用于各类包装领域, 有着宽广发展前景。
最新涂布工艺技术涂布工艺技术是一种在产品表面上涂布一层薄膜或颜料的技术。
随着科学技术的不断发展，涂布工艺技术也在不断创新与更新。
以下是最新涂布工艺技术的介绍。
首先，最新的涂布工艺技术包括了多种不同的涂布方式。
传统的刷涂、辊涂和喷涂技术已经得到了改进和完善，使其更加高效、精确和环保。
例如，四辊涂布技术可以在一次操作中完成多层涂布，提高生产效率。
同时，喷涂技术的喷雾器设计更加精细，可以控制涂料的喷射速度和厚度，实现更精确的涂布效果。
其次，最新的涂布工艺技术结合了先进的材料科学技术，开发了更多种类的涂料和薄膜材料。
无溶剂涂料和水性涂料在涂布工艺中得到了广泛应用，取代了有机溶剂和油墨，减少了对环境的污染。
此外，纳米材料的应用也改变了涂布工艺技术。
纳米涂料具有更高的耐磨性、耐腐蚀性和功能性，可以被广泛应用于汽车、建筑和电子等行业。
再次，最新的涂布工艺技术引入了智能化和自动化控制。
智能化的涂布设备配备了先进的传感器和控制系统，能够实时监测和调整涂布过程中的温度、湿度、压力等参数，以确保每次涂布的质量稳定性。
此外，涂布工艺的自动化生产线还可以实现连续作业，提高生产效率，并减少人工干预和错误。
最后，最新的涂布工艺技术还注重绿色环保和可持续发展。
随着全球对环境保护的意识增强，涂布工艺已经转向更环境友好的方向。
通过加强涂料中化学物质的研究和限制，减少了对大气和水体的污染。
同时，涂布设备的能源利用效率得到了改善，减少了能源的消耗和二氧化碳的排放。
综上所述，最新的涂布工艺技术通过改进涂布方式、引入先进材料和控制系统、智能化和自动化控制，以及注重绿色环保和可持续发展等方式，提高了涂布工艺的效率和质量，使其更适应现代工业的需求。
未来，随着科学技术的不断发展，涂布工艺技术还将迎来更多的创新和突破，为各行各业提供更好的表面处理解决方案。
落帘涂布技术摘要: 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P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1 落帘涂布发展概况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,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Taylor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, D1J1Hughes 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。
下面就是一个早期坡流型落帘涂布咀示意图: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 = QPU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P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> 35μm , 落帘涂布的总湿厚度可以< 10μm。
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。
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 ]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(me2tering 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P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20～40mm 的弧石引导液膜流动(图2) 。
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50～100mm 后冲击到移动的支持体上, 落帘高度最高达250mm (图3) 。
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015cm2Ps·cm , 工业生产时, 为了落帘稳定, 这个最小流量还要加倍到110cm2Ps·cm , 即每公分宽度、每分钟的流量达到60cm3 。
311 帘形成区[1 ]Kistler (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 =ρQPμ是关键变量。
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 。
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; α为冲击角; Lσ为边界层长度。
动态润湿线位于落帘背面的底部。
Lσ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 P V 落帘高度和冲击角。
冲击角的定义: 当帘向上运动时α为负值, 帘向下运动时α为正值(图5) 。
这里的雷诺数R e =ρQ Pμ、支持体的速度U和落帘冲击速度V 的比值U P 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 P 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。
4 某些干扰对落帘的影响要想得到一个稳定的液帘, 首先要有良好的落帘涂布条件。
当涂液流量低时, 液帘有可能脱离边导杆或分成裂开的液流; 当进一步降低流量, 涂液会一滴滴从唇边滴下。
液帘踵部的膜厚, 最多是最终涂布厚度的几倍, 它小于其它涂布咀方式的涂布弯月面厚度, 因此低速形成薄膜时, 落帘涂布不如也可用来多层涂布的坡流涂布方式。
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。
有人分析了落帘的稳定性, 水球稳定性分析的依据是自由边缘是简单的冲量平衡。
自由边缘是由液帘上形成的孔(如气泡) 产生的。
下落液帘断裂产生的自由边缘上的作用力示意如下:惯性ρV 2 H (或ρQV ) 必须大于表面张力2σ, 因为这时的孔不但不增大, 而且能随液体流流走。
其稳定条件是:ρV 2 H > 2σ或ρQV > 2σ用元量纲形式表示:W e > 2这里W e =ρQV Pσ是用来表示惯性和表面张力之比的韦伯数。
关于液帘断裂的原因, 有人认为边缘效应是关键, 它导致了边导杆附近液帘颈缩变薄, 以致使帘裂开。
为防止液帘局部变薄, 人们提出包括向边缘区域注入传统液体流, 或向边导杆壁面注入液体流的方法。
有人分析施加不同空气压力对短帘的影响, 落帘两侧之间存在的微小差别会改变落帘的轨迹, 并且其影响远大于坡流涂布。
实际上, 气流对落帘的干扰是随意的, 在长帘上的任意部位都可能发生,结果可导致涂层出现不均匀宽带。
为了保护落帘免受支持体运动产生空气滞流层的影响, 有必要制作一个空气屏蔽罩, 把周围环境气流影响降至最低。
还有一类干扰, 包括涂布速度的变化、片基上非均匀的表面能、支持体波动及接头通过等。
这类干扰只影响动态润湿线附近的区域, 不会向上游转移, 落帘并不受损伤。
这种涂布弯月面的干扰恢复能力, 就是落帘涂布常用于涂布不连续材料或空气垫支持的基材的原因。
对支持体上不均匀的静电荷分布, 落帘涂布的均匀性优于坡流涂布。
5 落帘涂布特殊的部件和要求(1) 以涂布轴圆心的垂直线为中线, 正中为0度; 落帘落在中线上游的弧面为负角, 落在中线下游的弧面为正角。
选择正冲击角, 可供操作优化的宽容度加大, 因此有的落帘涂布机涂布轴下游的一段片路设计成与水平面向下倾斜的小角度。
当然,如按向上倾斜的角度布置片路, 则落帘只宜选择负冲击角(图7) 。
(2) 边导杆的作用是保持落帘的涂布宽度和稳定。
其上沿与唇口液膜相连,下沿与支持体尽量减小距离。
有的边导杆以一个平面代替圆棒的弧面;它中间是空的, 平面是可渗水的烧结材料, 用计量原注入溶液, 溶液顺平面流下, 与涂液液帘保持相同流速, 同时其下端有一扁咀骑在片边上, 扁咀下与吸液管连接。
这样既稳定了落帘, 又及时抽吸走补充液与液帘边的混合物, 一定程度上减轻了厚边。
(3) 为了保持落帘稳定和消除空气滞留层对涂布的不利影响, 在落帘冲击点之前设置空气折流板或抽气罩, 图8 为一例:图8 TSE 公司空气边界层折流板示意(4) 对落帘涂布的启动系统, 有其特殊要求, 除了前面介绍带收集盘的系统之外, 有以下几种形式:a1 涂布轴和接液槽不移动, 拥有自身辅助部件的涂布咀装在可前后移动的工作台上, 涂液在坡流面上准备好后, 工作台前进到涂布位置, 涂布头锁定。
