膜带在
流延工艺上指承接流延浆料的带状物。流延浆料与膜带之间能否具有良好的润湿性能,这是获得具有优良性能流延坯片的关键因素。
膜带在工程上常运用于
流延成型工艺,浆料与膜带界面之间的界面张力与润湿性两者紧密相关。膜带速率通常也叫流延速率,它决定了流延坯片的产率。
流延成形的原理如图1所示,先将粉末制成稳定、分散的悬浮液料浆,并放入料斗中,然后,料浆从料斗下部流至传送带上形成一定厚度的膜,用刮刀控制膜的厚度。再经红外线加热烘干,得到膜坯。最后卷膜,并进行高温烧结,就可以制成产品。因此,流延成形又称为刮刀成形。
流延成形特别适合于制造厚度为0.05mm以下的薄膜,这样的薄膜产品常用于小体积、大容量的电子器件。由于要制造超薄制品,要求粉末粒度细小、颗粒形状为球形、流动性好.此外,粉末粒度还与膜的厚度有关。例如,要制取40μm厚的薄膜时,假设要求厚度方向有20个颗粒,则粗略地计算可知,粉末粒度必须在2μm以下。日本甚至采用流延成形工艺制备了厚度为3~5μm的
电容器膜片。流延成形也可用于厚度0.2~1mm的基片的批量化生产。
浆料-膜带界面之间的
界面张力与润湿性两者紧密相关。流延浆料在流延膜带上形成薄膜的优劣由浆料的表面张力与膜带表面能之间的相互作用决定。许多文献和专业书籍详细描述了浆料在基底上的润湿特性。流延浆料与膜带之间能否具有良好的润湿性能,这是获得具有优良性能流延坯片的关键因素。为使浆料在膜带上薄平而均匀铺展,必须保证浆料在膜带表面具有很好的润湿性能。如图2所示,浆料的质量、黏度和流变特性和液一固一气界面能的平衡与否决定了坯片边缘的形状。其中浆料所受的力应相互抵消才能使流延后的浆料层平滑而稳定地铺展在膜带上。相应的流延后的薄层边缘与流延膜带之间形成角度的大小取决于各界面能之间的平衡程度。如有时坯片边缘与流延膜带之间形成的接触角非常大,说明浆料与膜带之问的润湿能力非常差。浆料的黏度、密度和流变特性对实际的接触角和边缘锥形区域尺寸有非常大的影响。易导致坯片的边缘与坯片中央的厚度有较大差异,从而使流延坯片的可用尺寸变小。有机溶剂相对于水而言,有机溶剂的表面张力更小,因此有机浆料在膜带上不会发生很大变化,而水由于表面张力较大易与低表面能的膜带形成很大的接触角。
水对低表面能膜带的润湿能力非常差。如水在打蜡后的车子上一样,水在流延膜带上的
接触角非常大,如水系浆料流延在低表面能的膜带上会使15.24cm流延宽度,0.0508mm厚的流延浆料最后缩成6.35mm宽、1.27mm厚的坯片。在含水量较高的浆料中,浆料与膜带之间的不润湿性会导致浆料无法附着在膜带上心引。这是由于膜带的表面能、浆料的表面张力、密度及黏度(流变特性)之间的不平衡导致浆料与膜带之问发生不润湿现象。因此相应的具有高表面能的
聚乙烯比低表面能的
有机硅树脂更容易润湿。同样,降低水的表面张力也可降低水系浆料在低表面能的膜带上的接触角。通常在水系浆料中添加
表面活性剂可降低水的表面能,从而降低水系浆料与膜带之间的接触角。在不同接触角下,增加浆料的黏度、假塑性程度、浆料的密度会抑制浆料在膜带上的移动及有效控制浆料与膜带之间界面现象。在实例中,我们通过提高浆料的固含量、黏度、密度及
假塑性程度以克服水系浆料的一系列的不润湿现象带来的缺陷。
膜带速率通常也叫流延速率,它决定了流延坯片的产率。流连速率是四个控制坯片厚度的基本要素之一。膜带在固定的刀口下移动和料槽中浆料自身的重力而使得浆料在膜带的拖动下流出料槽。关键是所有的力都集中在刀口,而膜带的移动是个附加的作用力。膜带的移动为浆料提供了一个向前运动的作用力,使浆料经过刀口后进入干燥带。膜带的移动使得浆料受到刀口提供的剪切应力,从而降低了具有假塑性流变特性流延浆料的黏度。通过刮刀的浆料量的多少由浆料的黏度及膜带速率所控制。提高膜带的速率不仅为浆料提供了向前运动的力,也会降低浆料受到的阻力。因此提高膜带速率并不意味着会提高浆料的流出体积,其实提高流延速率会使浆料附着的面积增大,坯片会比实际更薄。因此在其他可变因素固定的情况下,提高膜带速率会降低坯片的厚度,所以膜带速率的改变将会直接导致坯片厚度的改变。在流延工艺中,固定流延速率是非常重要的。
膜带的移动与料槽中浆料的压力都会提高通过刮刀下的浆料体积。膜带表面特性、刀口的高度与形状及浆料在料槽中的高度都会对通过刮刀的浆料量产生影响。一般通过固定料槽供给的浆料流出体积而避免由于浆料的高度带来的影响。因此通过刮刀后的湿坯厚度只受浆料的溢出速度与膜带速率的比值影响。从图3可看出膜带速率对湿坯厚度有重要的影响,另外浆料的溢出速度受浆料黏度控制,而假塑性浆料的黏度又受膜带类型和膜带速率引起的剪切压力所影响。浆料的溢出速度一般比较小,膜带速率是影响湿坯厚度的主要因素,可通过调节其他因素以获得所需厚度的流延坯片。常用的方法是固定膜带速率。
膜带速率的一致性与一系列因素相关,如速率参考值、机器运行情况、动力变化及膜带表面张力的变化。在金属片、花岗岩和
玻璃基板上,表面张力的变化对膜带速率的影响并不明显,但需要注意聚合物膜带表面张力的变化对膜带速率产生的影响。
在连续生产中,产品的产率决定了膜带的速率。流延速率又受坯片的干燥速度所限制,因为坯片在从流延机上拿下来之前必须完全干燥。在只做一批的流延工艺过程中(流延、停止,干燥),对流延速率并无多少限制。而在连续化生产的流延工艺过程中.可根据浆料的特性来调节膜带速率(如为防止较低黏度的浆料产生涌出现象需提高膜带速率)。因为涌出的程度是很难控制的,常通过增加刀口高度和提高膜带速率来减小浆料的涌出量以获得具有相同厚度的流延坯片。