一种在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元的制作方法

本发明属于印刷机械技术领域，具体涉及一种在基材上喷涂薄层粘性物料的装置，尤其是一种在基材表面连续涂布粘性物料的涂布印刷单元。

背景技术：

涂布机广泛地用于烟草行业、包装行业及能源制造行业，在这些行业中需要将热熔胶或其他液态粘性物料喷涂至基底或基材的表面，再结合后续的工序实现香烟的防潮或者制造电池的极片。根据工艺和产品质量要求，需要在成卷的衬底材料表面喷涂一层很薄且很均匀的胶体。例如烟草行业的高档环保香烟，常采用聚乙烯薄膜上涂覆薄层热熔胶以代替铝箔阻隔防潮，以满足有机环保要求。

现有的方法常采用胶辊涂布的方案，用压印胶辊将粘接剂均匀涂布在成卷的高速运转的衬底上，这种方法喷涂得到的胶体的厚度较厚而且不均匀，难以满足应用要求。申请号为201310115571.5中国专利“一种涂布机结构”公开了一种涂布机结构，主动网线辊与转移胶辊固定于加料槽内部，转移胶辊的上方固定有贴合压辊；能够自动调节涂布的生产，保证涂布剂的均匀上料，有效降低气泡的产生，无需人工操作。但是这种工艺均是常规工艺的改进变形，无法实现薄面胶层的均匀涂布，难以满足特殊应用要求。

技术实现要素：

本发明提出了一种在基材衬底上的涂覆薄层粘性物料或胶体的装置，采用三辊旋转的结构，由一对转动方向相反、具有一定转速差的主动转辊将粘性物料挤压、拉伸和延展后，再依靠压辊转印至基材表面，实现了基材连续运转过程中粘接物料在基材或基底表面的涂覆，胶层薄且均匀，满足了特殊的使用要求。

本发明的技术方案如下：

一种在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元，包括自上而下层叠设置的压辊、主动硅胶辊和主动钢辊，主动硅胶辊和主动钢辊反方向转动并保持微米级的间隙；主动钢辊浸入在盛有粘性物料的胶体池内，基材设置在压辊和主动硅胶辊之间，所述的基材依托在支撑辊上，并在动力牵引下沿与主动硅胶辊的上顶点的离心力方向运动，所述的压辊在升降单元的驱动下，将基材压贴在主动硅胶辊的上表面；所述的主动钢辊将粘性物料粘附在辊体表面，经过主动硅胶辊和主动钢辊之间的间隙挤压延展后形成粘附在主动硅胶辊表面的胶体薄膜，再经压辊转印至基材的表面。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，主动硅胶辊与主动钢辊转速的线速度之比为1.1-1.5倍。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，压辊的升降单元为压辊气缸，通过设置在机架上的滑块带动压辊升降。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，主动硅胶辊和主动钢辊在各自的传动机构驱动下转动且转速可调，所述的传动机构为同步带传动系统。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，主动硅胶辊和主动钢辊之间的间隙通过调节机构进行调节。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，调节机构包括设置在主动硅胶辊轴端的条形压板，条形压板的固定端通过铰链轴活动联接在机架上，条形压板的活动端通过铰链与胶辊气缸的活塞杆固联，活动端在在胶辊气缸的作用下上下微调；主动硅胶辊的轴端支撑固联在条形压板的中部。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，条形压板活动端的下部设置了限位块，限位块依靠螺钉固定在架板上，并通过细牙螺纹实现限位块位移的调节。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，压辊、主动硅胶辊和主动钢辊均为空心轴结构，在空心轴内部安装了加热单元，所述的加热单元为加热棒或者流动的介质导热油。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，基材运动的速率与主动硅胶辊的上顶点的线速率一致。

上述在基材表面连续涂布粘性物料的三辊涂布印刷单元中，基材为铝箔、铜箔或塑料薄膜。

本发明具有的有益技术效果如下：

一、本发明中利用粘性物料在两只转速不同、旋转方向相反的转辊下的挤压、拉伸和延展作用下，在胶辊表面形成一定厚度的胶层面，再依靠压辊将物料转印至连续走料的基材表面，形成了薄而均匀的涂层，实现了微米级、亚微米级厚度及更薄层物料在基材表面的均匀喷涂，相比于传统的热熔胶涂布方法10g/m²面密度的胶层，而本发明的涂布装置形成了0.3-3g/m²面密度的均匀分布的薄胶层，对于烟草行业来说在满足防潮要求、不改变产品物理特性的前提下，更具环保有机特性。对于电池等能源行业，采用本发明的装置，可将更薄层的粘接剂均匀涂布在金属箔上，在满足附着力的要求下，减小了粘接剂的使用量，有效降低了活性物质与金属箔之间的接触电阻，进而使电池的整体性能产生巨大的提升，即抑制电池极化、减少热效应、提高倍率性能。

二、本发明的放卷、收卷及中间涂布工位三种工作过料中有材料纠偏装置，保证材料不会偏离，同时有全自动张力控制系统，实现了稳定的张力控制。确保了基材在涂布加工中张力的恒定和变形量一致，确保了涂布介质层的厚度均匀性和喷涂质量。本发明的张力控制单元采用摆杆和齿轮角度放大结构，可对生产中基材的张力变化进行测量放大并反馈至主动辊上，实现了稳定的张力控制；同时还可通过调节控制气缸的压力对所需的张力进行调节，满足了不同场合的需求。张力控制单元确保了基材在涂布加工中张力的恒定和变形量一致，确保了涂布介质层的厚度均匀性和喷涂质量。

三、本发明的主动硅胶辊和主动钢辊的转速差，以及主动硅胶辊和主动钢辊之间的间隙均可调，适应了不同胶体材料和涂布厚度的要求。同时本发明的支撑辊、主动硅胶辊和主动钢辊均为空心轴结构，在空心轴内部安装了加热单元，加热单元可采用电加热棒也可采用流动的介质导热油，并采用pid自动温度控制，同时胶体池底部也设置有加热装置，涂布过程中主动辊的温度根据物料的特性参数和工艺设定，减小了温度差带来的形变，保证产品的质量，同时粘性物料的温度、密度和粘度均保持一致，使得涂布后的薄膜均匀一致。

附图说明

图1为本发明液态粘性物料涂布的装置组成原理示意图；

图2为本发明张力控制单元的原理示意图；

图3为本发明张力控制单元中大小齿轮啮合示意图；

图4本发明张力控制单元中力矩平衡原理示意图；

图5为本发明涂布印刷单元的原理示意图；

图6为本发明涂布过程中涂布印刷单元的原理示意图；

图7为本发明涂布印刷单元的结构示意图；

图中：1—放卷单元；2—张力控制单元；3—涂布印刷单元；4—后续单元；5—基材；6—转辊；11—放卷轮；12—张力传感器；13—纠偏装置；31—胶体池；32—主动钢辊；33—薄层胶膜；34—主动硅胶辊；35—压辊；41—收卷轮；304—机架；306—轴端；308—轴端支撑；315—带轮；316—传动带；350—支撑辊；351—条形压板；352—铰链轴；353—压辊气缸；354—胶辊气缸；355—限位块；356—架板；357—调节螺钉；359—滑块；701—主动辊；702—驱动电机；703—小齿轮；704—大齿轮；705—气缸；706—活塞杆；707—摆杆；708—摆辊；709—电位器；710—控制中枢；711—储气罐；712—电位器转轴；715—上转辊；716—下转辊。

具体实施方式

如图1所示，本发明的用于液态粘性物料涂布的装置，包括控制单元和沿基材5运动方向依次设置的放卷单元1、张力控制单元2、涂布印刷单元3和后续单元4。

一、放卷单元

放卷单元1包括放卷轮11、张力控制传感器12、纠偏装置13和若干转辊6，动力装置在磁粉制动器作用下驱动放卷轮11，使得基材5展开，在基材5上设置有张力传感器12，张力控制器12与放卷单元1的磁粉制动器形成闭环控制，确保基材5的张力保持恒定，且可以认为设定。在基材5的放卷单元1位置处还设置了纠偏装置13，采用红外线检测头检测，实现基材5运行中间过程纠偏，使得位置保持一致。

二、张力控制单元

张力控制单元2的目的是实现整个涂布过程中基材的张力保持恒定和横向位置稳定，只有恒定张力下的涂布，基材不变形，才能保证基材箔表面印刷物料的厚度保持均匀性和一致性。

如图2-4所示，本发明的张力控制单元2包括主动辊701、大齿轮704、摆杆707、摆辊708、气缸705、电位器709和控制中枢710。平时工作时，基材5沿主动辊701、上转辊715、摆辊708和下转辊716的示意方向顺序前进，主动辊701依靠电机702驱动，或者由电机通过同步带驱动主动辊701转动。核心部件是一根沿垂直方向的摆杆707，摆辊708则固定在摆杆707的下端。摆杆707的上端和大齿轮704固定在一起，并可沿大齿轮704的轴心摆动；气缸705固定在支架上，气缸705的活塞杆706通过活动铰链固定在摆杆707的中部，随着摆杆707的摆动活塞杆706伸缩。

大齿轮704的对应位置上安装有电位器709，电位器转轴712的轴头安装有小齿轮703，大齿轮704和小齿轮703参数匹配并相互啮合，当摆杆707摆动时，带动大齿轮704转动一个较小的角度，同时带动小齿轮703转动一个较大的角度，引起电位器709的电阻变化。

小齿轮703、大齿轮704和摆杆707的作用是一个角度放大并测量的作用，摆杆707的微小变化角度，经过大小齿轮的放大作用，反映在电位器709的电阻变化上。

如图4所示，实际工作时，基材的张力会作用至摆辊708形成对摆辊的拉力f2和f3，而气缸在负压工作时会对摆杆707产生f1拉力，其中f1和f2、f3方向相反。在平衡状态时，摆杆707垂直向下时，f1和f2+f3保持力矩平衡，这时记录电位器709的电阻参数为r，一旦基材5的张力突然变大，即f2+f3变大，则摆杆707上的力矩平衡破坏，摆杆707绕转轴逆时针转动，偏离垂直位置，同时经过大小齿轮的角度放大后，电位器709的电阻r变化，假设电阻r变大，则控制中枢710根据电阻r的增大幅值调节电机702的输入电参数，使得电机702的输出转速增大，主动辊701随之也转速增加，在增加的瞬间更多的基材5被释放至摆辊708上，则摆辊708在f1的拉力作用下会克服f2和f3的作用恢复至平衡位置，同时电位器709的电阻恢复为r，控制中枢710会驱动电机702的输出转速恢复至常规参数，从而保持基材的张力恒定。反之亦然，也就是说张力的变化均通过摆杆和大小尺寸的角度放大作用后，反馈至电位器阻值的变化，进一步通过调节驱动电机的转速进行补偿，使得基材的张力始终保持恒定。

需要说明的是，本发明的气缸705与储气罐711相连通，储气罐711的输出压力f1可通过控制中枢710改变调压阀门的参数实现压力的改变，满足不同基材张力的需要。此外，由于大齿轮704转动的角度有限，也可以采用半齿轮结构；气缸705采用低摩擦气缸，活塞移动中阻力可忽略。整个涂布装置设置了若干组张力控制机构，分别用于涂布前、收卷前等多个环节的张力控制。

三、涂布印刷单元

现有的胶辊涂布印刷单元采用涂布版辊浸在液态的物料中，运转时将导电介质物料粘附在辊体上，经刮刀挂走多余的物料后，用压印胶辊将物料均匀涂布在基材上，这种方案的涂布的胶层厚度较厚且均匀度不佳，难以满足烟草及电池行业特殊应用的要求。

下面以烟草行业应用的聚乙烯薄膜上喷涂热熔胶的实例对本发明做具体阐述。

如图5-7所示，涂布印刷单元3包括自上而下层叠设置的压辊35、主动硅胶辊34和主动钢辊32，主动硅胶辊34和主动钢辊32反方向转动并保持一定的间隙，间隙在微米级。主动钢辊32浸在胶体池31内部，基材5设置在压辊35和主动硅胶辊34之间，并在动力牵引下支撑在支撑辊350前进，其前进的方向与主动硅胶辊34的上顶点的离心力方向一致。胶体池31内部事先进行物料配置，物料的粘度系数采用3号恩氏杯测量时，流净的时间为15-25秒。

压辊35在升降单元的驱动下升降，升降单元优选压辊气缸353，压辊气缸353推动设置在机架304上滑块359，滑块359与轴端支撑308相固联，进而驱动压辊3上下移动。轴端支撑308在实现压辊3转动支撑的同时，随着滑块359上下移动，压辊3两端均设置了轴端支撑308，并配置了两只同步升降的压辊气缸353，实现整个压辊3的升降。

如图5所示，涂布工作前，压辊3远离基材5且不转动。图6所示，涂布开始时压辊35在压辊气缸353的作用下，将基材5压贴至主动硅胶辊34的上表面，此时基材5前进，带动压辊35转动。主动硅胶辊34和主动钢辊32依靠各自的传动机构进行传动，传动机构优选带轮315和传动带316，其中传统带选用无噪音及同步性能较好的同步带传动系统，也可以采用齿轮传动等其他方式。

涂布过程中，胶体池31内的热熔胶被主动钢辊32带动至主动硅胶辊34的表面，在两只辊子的挤压、拉伸和延展作用下形成薄层胶膜33，再经过压辊35转印至连续走料的基材5上，实现基材的涂布。主动硅胶辊34和主动钢辊32之间有间隙，且两个辊子之间有速度差，其中主动硅胶辊34比主动钢辊32转速快，转速比与胶体粘度系数和涂布厚度相关。

图6中可看出，胶体池31内的液态粘性物料由主动钢辊32带动至辊体右侧，经过主动硅胶辊34和主动钢辊32之间缝隙的挤压、拉伸和延展，加上主动硅胶辊34比主动钢辊35的转速快，这种转速差加剧了对胶体的碾展，使得经过缝隙的胶体形成粘附在主动硅胶辊34左侧的胶体薄膜33，胶体薄膜33随着主动硅胶辊34转动至基材5的位置处，再在压辊35的作用下，转印至基材5的下表面，形成很薄的物料薄膜。为了使得转印均匀，确保物料薄膜涂布的一致性，要求基材5前进的速率与主动硅胶辊34的上顶点的线速率一致，只有基材5和主动硅胶辊34的线速率保持一致，才能确保物料不会在基材5上堆积及短缺，确保转印的前后一致性，而压辊35则是在基材5的带动下进行转动。

为了适应不同的胶体的粘度、流动性等参数和喷涂厚度，除了调节带轮转速对主动硅胶辊34和主动钢辊32的速度差进行调节外，本发明的主动硅胶辊34和主动钢辊32之间的间隙也同样可调，其调节的原理如图5-7所示。在主动硅胶辊34的轴端设置了条形压板351，条形压板351的固定端(也就是图5和图6中条形压板的左边部分)通过铰链轴352活动联接在机架304上，可以绕铰链轴352转动，而不能移动；条形压板351的活动端(也就是图5和图6中条形压板的右边部分)通过铰链与胶辊气缸354的活塞杆固联，在胶辊气缸354的作用下活动端可以上下微调；而主动硅胶辊34的轴端支撑308固联在条形压板351的中部，优选的方式是条形压板351的中部开通孔，轴端支撑308支撑并限位在该通孔上。在胶辊气缸354的作用下，条形压板351的活动端上下位移，进而带动主动硅胶辊34上下产生微小的位移。为了防止调节位移过大，在条形压板351活动端的下部设置了限位块355，使得位移调节过程中活动端触碰至限位块355后停止运动，对主动硅胶辊34起到了保护作用，并确保了最小的涂布厚度尺寸。该限位块355依靠螺钉固定在架板356上，并通过细牙调节螺纹实现限位块355微小位移的精细调节。而主动钢辊32的上下位置不可调节，依靠两端的轴端支撑308固定在机架304上。其中主动钢辊32和压辊35均采用表面镀铬的钢制光辊，主动硅胶辊34则采用硅胶材料制成的软辊，表面具有一定的弹性。

此外为了保持胶层涂布的均匀性，压辊35、主动硅胶辊34和主动钢辊32均为空心轴结构，在空心轴内部安装了加热单元，加热单元可以是固定在机架304上的加热棒，辊子转动时其保持不动，加热棒通过控制单元的温控装置实现温度的恒定；此外胶体池31底部也设置有加热装置。其目的是保证涂布过程中基材的温度和变形量一致，同时胶体的温度、密度和粘度均保持前后一致，这样涂布后的介质薄膜才会比较均匀。

除了采用电加热棒外，也可以采用造纸行业常采用的油加热辊，也就是说压辊35、主动硅胶辊34和主动钢辊32的辊体内部设置有油道，通过旋转接头将加热的油注入辊体内部的油道，并采用pid自动温度控制实现辊体表面的恒温，使得涂布后的介质薄膜才会比较均匀。

通常情况下，对于聚乙烯基底喷涂热熔胶防潮隔膜，由于热熔胶在温度170°-180°之间流动性能较好，此时胶体池31、支撑辊35、主动硅胶辊34和主动钢辊32均恒温工作在175°-178°，经过试验结果表明，主动硅胶辊34与主动钢辊32的线速度之比为1.1-1.5最佳，优选1.3倍可达到最佳涂布效果，在聚乙烯薄膜上实现了微米级和亚微米级厚度的均匀胶层涂布，且通过调节间隙和转速差，还可用于更薄厚度的均匀胶层涂布。

涂布完毕后，则根据不同行业的工序要求，进入下一个环节的后续单元4，比如覆膜、活性材料印刷等这里不再赘述。