雙排全幅寬無間隔布局快速蒸發(fā)ZnS鍍膜技術(shù)的研究
本文詳細(xì)介紹了雙排全幅寬無間隔布局快速蒸發(fā)ZnS 鍍膜技術(shù)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、性能特點(diǎn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)要點(diǎn)。分析并指出影響ZnS 鍍膜質(zhì)量、生產(chǎn)效益的主要因素和解決途徑。重點(diǎn)論述了提高ZnS 鍍膜速度和膜層均勻性的科學(xué)依據(jù)，解決了當(dāng)前高檔激光防偽膜制作中出現(xiàn)的鍍膜效率低、均勻性差、光學(xué)性能不穩(wěn)定等難題。首創(chuàng)折回式條帶狀折槽形式Mo 蒸發(fā)舟和蒸發(fā)氣體均勻分配器結(jié)構(gòu)及獨(dú)特的蒸發(fā)舟雙連排全幅寬無間隔連續(xù)排列布局，使ZnS 鍍膜速度達(dá)到400 m/min 以上，整個(gè)幅寬面鍍膜的均勻性控制在5%以內(nèi)。
近年來，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，真空鍍膜技術(shù)和薄膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已逐漸走向成熟，社會(huì)對(duì)功能性薄膜的需求日益增長，并得到廣泛應(yīng)用，像ZnS 薄膜這種重要的光電應(yīng)用材料的研發(fā)和生產(chǎn)更為迫切。ZnS 一直是光電系統(tǒng)中常選的重要材料之一，因其優(yōu)良的機(jī)械特性和良好的光學(xué)特性，在許多光電系統(tǒng)中都有應(yīng)用，尤其是在柔性基材上進(jìn)行連續(xù)沉積高折射率的透明或半透明介質(zhì)膜，制作高檔激光防偽膜和具有特殊用途的功能性介質(zhì)薄膜。真空鍍制ZnS 薄膜技術(shù)成為一項(xiàng)新興的研究課題，引起真空鍍膜行業(yè)同仁的高度關(guān)注和重視。為此，真空技術(shù)網(wǎng)（http://genius-power.com/）認(rèn)為雙排全幅寬無間隔布局快速蒸發(fā)ZnS 鍍膜技術(shù)的研究與開發(fā)非常重要。
1、實(shí)驗(yàn)方法
本實(shí)驗(yàn)在我公司設(shè)計(jì)制造的LDMYS-1.1 卷繞式高檔激光防偽膜專用鍍膜設(shè)備上進(jìn)行。每個(gè)Mo 蒸發(fā)舟設(shè)計(jì)成折回式條帶狀槽形結(jié)構(gòu)，折回式條帶狀蒸發(fā)舟的前、后端設(shè)有向上翻折連接頭，分別與正、負(fù)蒸發(fā)電極連接。蒸發(fā)負(fù)電極位置設(shè)計(jì)在兩排蒸發(fā)舟之間，這樣，前排蒸發(fā)舟的前端與后排蒸發(fā)舟的后端分別排列安裝在蒸發(fā)正電極上，多個(gè)蒸發(fā)舟設(shè)計(jì)成雙連排全幅寬無間隔連續(xù)排列布局，形成兩條通槽型式。在卷繞傳動(dòng)系統(tǒng)輥系的放卷輥與鍍膜輥之間，安裝有冷卻鍍膜副輥，冷卻鍍膜副輥和鍍膜輥之間設(shè)有一定間距，包覆在冷卻鍍膜副輥和鍍膜輥的鍍膜基材與蒸發(fā)舟相平行，使鍍膜基材在經(jīng)過蒸發(fā)舟時(shí)平展懸浮而過，增大鍍膜基材接受沉積面積，蒸發(fā)舟上方裝有蒸發(fā)氣體均勻分配器，用于均勻量化蒸發(fā)膜材，并使膜料蒸發(fā)具有一定的方向性。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。
1. 蒸發(fā)正電極;2. 蒸發(fā)舟;3. 蒸發(fā)負(fù)電極;4. 鍍膜輥;5. 鍍膜副輥;6. 蒸發(fā)氣體均勻分配器
圖1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
蒸發(fā)按此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安裝正確，塊狀ZnS 兩層疊加依次排列裝填在Mo 蒸發(fā)舟內(nèi)，形成兩條密集蒸發(fā)膜料“磚墻”。檢查卷繞傳動(dòng)系統(tǒng)正常，吊裝15 μm 鍍鋁用PET 薄膜，關(guān)閉真空室體。啟動(dòng)真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行真空抽氣，待真空室體內(nèi)壓力達(dá)到5×10-2 Pa 左右，開啟蒸發(fā)系統(tǒng)，對(duì)Mo蒸發(fā)舟加熱，逐漸升溫到ZnS 正常蒸發(fā)，將膜料表面雜物蒸發(fā)干凈后，調(diào)節(jié)真空室體內(nèi)壓力到5 Pa左右，再次調(diào)節(jié)蒸發(fā)功率加熱Mo 蒸發(fā)舟，達(dá)到ZnS 最佳蒸發(fā)狀態(tài)，開動(dòng)卷繞系統(tǒng)，進(jìn)行鍍膜，鍍膜速度調(diào)到400 m/min 以上，同時(shí)調(diào)整相對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)功率，觀察鍍膜均勻性和膜層厚度，并記錄各個(gè)鍍膜參數(shù)。可以做多次不同參數(shù)的鍍膜進(jìn)行比較，再調(diào)整，確定最佳狀態(tài)工藝參數(shù)。表1 是在本底真空3.8×10-2 Pa，工作真空3.8 Pa，蒸發(fā)功率3.5 kW，鍍膜速度425 m/min 時(shí)取樣，在整個(gè)650 mm 幅寬面間隔50 mm 處檢測(cè)ZnS 厚度的記錄結(jié)果。
表1 ZnS 鍍層厚度檢測(cè)值
2、技術(shù)特點(diǎn)分析與討論
真空鍍制ZnS 薄膜技術(shù)是一項(xiàng)新興的研究課題，其不僅涉及到物理學(xué)、化學(xué)、結(jié)晶學(xué)、表面科學(xué)和固體物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，而且和真空、冶金及化工等技術(shù)密切相關(guān)。其關(guān)鍵在于如何提高鍍膜速度和鍍膜長度，并解決鍍膜的均勻性和附著力問題。目前市場(chǎng)上現(xiàn)有ZnS 鍍膜設(shè)備最難克服的是因?yàn)檎舭l(fā)舟的交錯(cuò)布置，重疊蒸發(fā)干擾較多，使得蒸發(fā)舟重疊部分的蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未重疊部分，無法調(diào)節(jié)和控制，產(chǎn)生了鍍膜不均勻、膜層結(jié)合不牢固、光學(xué)性能不穩(wěn)定等致命的質(zhì)量缺陷。這樣，大大制約了鍍膜速度的提高，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。雙排全幅寬無間隔布局快速蒸發(fā)ZnS 鍍膜技術(shù)解決了聚酯塑料薄膜和珠光膜鍍ZnS 介質(zhì)膜時(shí)出現(xiàn)鍍膜均勻性差、光透射性不一致、附著力不強(qiáng)的難題，并且成倍提高鍍膜速度、降低成本。
2.1、折回式條帶狀折槽形式Mo 蒸發(fā)舟設(shè)計(jì)
Mo 蒸發(fā)舟設(shè)計(jì)成折回式條帶狀折槽形式，是國內(nèi)首創(chuàng)。對(duì)提高加熱功率，增加ZnS 蒸發(fā)膜材裝載量，保證了連續(xù)長時(shí)間鍍膜的需要，滿足大卷徑PET 薄膜基材鍍膜時(shí)的蒸發(fā)量要求，對(duì)提高生產(chǎn)量，提供了強(qiáng)有力的保障，使在柔性基材上鍍制高檔激光防偽膜和具有特殊用途的功能性介質(zhì)薄膜，實(shí)現(xiàn)一次鍍膜達(dá)到15000 m 長度以上，攻克了ZnS 鍍膜每次局限于5000 m 長度的難題，是ZnS 真空鍍膜技術(shù)的一次飛躍。
2.2、蒸發(fā)舟雙排全幅寬無間隔布局和雙冷卻鍍膜輥懸浮平展鍍膜
獨(dú)特的蒸發(fā)舟雙連排全幅寬無間隔連續(xù)排列布局，在整個(gè)鍍膜幅寬長度范圍內(nèi)裝料，增大ZnS 裝載量，加熱均衡，ZnS 受熱蒸發(fā)均勻，加速ZnS 膜料的蒸發(fā)速度，保證了整個(gè)幅寬面鍍膜的均勻性、一致性，徹底克服了因?yàn)檎舭l(fā)的重疊而產(chǎn)生的膜層不均勻、光學(xué)特性不一致等致命的質(zhì)量缺陷。同時(shí)，兩個(gè)冷卻鍍膜輥拉開一定距離，懸浮平展鍍膜，使薄膜基材在經(jīng)過蒸發(fā)坩堝時(shí)受鍍蒸發(fā)距離在整個(gè)鍍膜區(qū)域上均等，避免了二次蒸發(fā)鍍膜，防止膜層重疊或漂浮附著，確保膜層的均勻性和附著力牢固。這種新型技術(shù)設(shè)計(jì)的ZnS真空鍍膜，膜層均勻，厚度一致，不會(huì)產(chǎn)生光學(xué)折射和透射上的差異，而且，ZnS 蒸發(fā)量增加，薄膜基材在經(jīng)過蒸發(fā)坩堝時(shí)平展而過，整個(gè)平面附著沉積，蒸發(fā)沉積面積增大，鍍膜速度成倍提高，使ZnS 鍍膜速度達(dá)到400 m/min 以上，生產(chǎn)效率大幅度提高，成為國內(nèi)領(lǐng)先水平。
2.3、蒸發(fā)舟設(shè)計(jì)蒸發(fā)氣體均勻分配器
在Mo 蒸發(fā)舟上方巧妙設(shè)計(jì)了蒸發(fā)氣體均勻分配器，使蒸發(fā)具有一定的方向性，且能均勻分配ZnS 蒸發(fā)量，進(jìn)一步保證了整個(gè)幅寬面鍍膜的均勻性、一致性，也避免了ZnS 膜材的浪費(fèi)，節(jié)約了成本。
3、結(jié)論
應(yīng)用雙排全幅寬無間隔布局快速蒸發(fā)ZnS鍍膜技術(shù)開發(fā)研制的真空卷繞鍍膜設(shè)備，ZnS 鍍膜速度達(dá)到400 m/min 以上，整個(gè)鍍膜幅寬面膜層厚度的均勻性控制在5%以內(nèi)，已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，完全可以替代進(jìn)口設(shè)備。
雙排全幅寬無間隔布局快速蒸發(fā)ZnS 鍍膜技術(shù)的成功開發(fā)，并獲得了國家實(shí)用性專利，意味著我國在鍍制高檔防偽膜技術(shù)上有了新的突破，打破了國外同行業(yè)的技術(shù)壟斷和封鎖，為國內(nèi)鍍制高檔防偽膜材料的新型裝備提供了技術(shù)保障，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
