[发明专利]聚合物薄膜类产品微细结构卷对卷热辊压成形装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种聚合物加工技术领域的装置，具体是一种聚合物薄膜类产品微细结构卷对卷热辊压成形装置。

背景技术

随着新能源与节能技术、新媒体与信息技术的发展，带有表面微细结构聚合物薄膜类产品得到越来越广泛地应用。光学薄膜成为带有微结构聚合物薄膜的主要市场之一，包含增亮膜、匀光膜、反光膜、镭射膜、扩散膜及聚光膜等等。其中增亮膜的表面一般为20μm左右高度的微棱镜结构，将扩散的光线聚拢，提高正视的亮度，光线利用率达90％以上。又如能产生强烈反光效果的反光膜，把具有表面微结构的反射层和PVC、PU等高分子材料相结合，反射率高达80％以上。再如OLED柔性显示器的微透镜阵列和薄膜太阳能电池的光陷阱结构，能将其工作效率提高40％-90％，均属于聚合物薄膜类产品。

这类聚合物薄膜产品通常是在基材上加工微细特征来实现特定的光学功能效果。聚合物基材包括PC、PET、PMMA等聚合物薄膜。薄膜上的功能微结构形状多样，如透镜、棱镜、金字塔、六边钻石或自由形貌，其特征尺度一般在10-100μm，属于典型的介观尺度微细结构加工。表面微细功能结构的加工精度直接影响薄膜的工作效率，成为聚合物微细结构加工的关键。

聚合物表面微细结构的常用加工工艺分为两类，紫外固化压印工艺和热辅助压印工艺。紫外固化压印工艺指首先将可紫外固化的预聚物均匀地涂覆在基片上，模具在一定压力下迫使浆料成形以复制模具上的微细结构，最后通过紫外光照射固化聚合物，得到表面微细结构。中国专利公开号为CN101843859A(名称为一种卷对卷紫外纳米压印装置及方法)，将紫外光胶均匀地涂布于由传输装置传输的待压印材料上，经预固化装置流平和半固化之后，送至压印装置进行压印，最后通过强固化装置硬化成型，该装置包括传输装置、涂布装置、预固化装置、压印装置和强固化装置。此外，中国专利公开号为CN100575243C(名称为柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法)，采用逆辊压印技术和相应的套印对准工艺、紫外固化工艺，在镀有ITO薄膜的柔性塑料薄膜上制作出大面积的宏电子器件所需的三维功能性微结构。上述紫外固化压印工艺所需压印力小，可有效降低薄膜基材的面内变形，减少了应力集中；使用冷紫外光源进行固化，减少了柔性材料的热变形。但是，采用这种工艺方法，浆料粘度控制要求高；成形过程中脱模困难；且紫外固化的聚合物易黄化，影响薄膜器件的出光率和使用寿命。

热辅助压印工艺是将聚合物基片加热到其玻璃化温度以上30℃～100℃(对于结晶型聚合物基片，温度要达到熔融温度以上)，然后将压印模具(带有微结构图形)压聚合物基片上，在压力作用下，使聚合物填充到模具的微结构形腔中，冷却定型后脱模，实现微细结构的转印。传统方法是平板式热压印，如中国专利200510019944.4中所述的纳米压印设备，其原理是将室温下的聚合物基片固定在热压印机的下板，压印模具固定在上板，上、下板上装有加热冷却装置以及定位装置。该工艺简单，但在加工大面积的聚合物薄膜产品时，需要载荷较大，且属于非连续式生产，加工效率低下。

为了改善平板热压印的缺点，中国专利公开号为CN102233634A(名称为微透镜阵列制备装置)，提出了一种卷对卷热压印装置包括张紧装置、压印滚轮和冷却设备的装置设备，其中压印滚轮设置有多个加热条和压印孔，基材与压印滚轮结合部分经加热条加热成软化状态后被吸入压印孔中。该装置能实现连续生产，且工艺简单。但是，采用压印脱模后进行冷却的这种工艺流程，易导致微细结构回弹，影响成形精度。实用新型专利号CN2878060Y，名称为压印定型同步装置，包括预热辊、版辊、与版辊配合工作的压印辊。当预热后的薄膜贴着冷版辊运转一定角度后，完成了同步压印、冷却成型、固化过程。该装置使材料与模板分离前已经固化，提高了成品率和加工效率。但是，当薄膜料加热到塑性变形温度以上时，能承受的张紧力大大降低，压印保形过程中薄膜不能充分与版辊接触，降低了微细结构成形的精度。检索国外专利发现，美国专利号US2011/0236631A1(名称为Glass texturing using a porous textured roll under vacuum)，将薄膜压延与卷对卷辊压成形相结合，提高加工效率，减少耗能，但是线接触式的辊压方式导致成形精度低、脱模困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增强了保形、冷却过程中基材与模具的贴合程度，减小了薄膜表面微结构回弹，提高了成形精度，适合于大面积薄膜器件的大批量生产的聚合物薄膜类产品微细结构卷对卷热辊压成形装置。