一种用于卷对卷工艺过程的卷辊更换方法与流程

1.本发明属于新能源动力电池制备技术领域，尤其涉及一种用于卷对卷工艺过程的卷辊更换方法。


背景技术：

2.卷绕式真空镀膜和卷绕式涂覆等卷对卷式薄膜生产技术以其低成本、高生产效率等特点在新能源动力电池、光电薄膜器件等技术领域的柔性薄膜产品产业化制备中得到广泛的应用。在现有设备技术水平条件下，更换柔性基底卷材大多需要将设备的真空室打开，在大气环境下对卷辊进行更换，并重新在卷绕系统中穿膜，然后对真空室进行重新抽真空再恢复生产。这种卷辊更换方法会使真空室中的工艺核心区域长时间暴露在大气环境中，对设备和柔性镀膜产品品质的稳定性带来严重的影响。特别是对于那些在制备工艺中对真空室气氛要求较为严苛的大型高端柔性薄膜产品而言，在对卷辊进行更换后，大型真空室内的真空环境和工艺气氛的重新恢复会花费较长时间，从而影响生产效率，另外，真空室内环境气氛的破坏再恢复也会对产品品质一致性带来影响。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供一种用于卷对卷工艺过程的卷辊更换方法，采用一种卷辊更换装置来实施，该卷辊更换方法主要包括：在卷对卷设备的真空室内布置隔离腔，隔离腔的隔离腔门和隔离腔壁在真空室内形成密闭空间；将用来装载柔性薄膜卷材的卷辊套装在设置在隔离腔门内侧的辊驱动轴上；隔离腔通过隔离腔壁上的1道狭缝与真空室相连通，柔性薄膜可通过狭缝在隔离腔和真空室间穿行；在狭缝两侧的隔离腔壁边缘上设置有夹层腔，夹层腔内设置有密封条，密封条可在驱动机构的驱动下在夹层腔内伸出或缩回；密封条具有弹性。
4.当需要更换卷辊时，先控制夹层腔内的密封条伸出，密封条在相互接触时发生形变，使隔离腔和真空室之间形成密封隔绝，再通过设置在隔离腔上的充放气系统对隔离腔进行放气；放气结束后，通过抽拉使隔离腔门从隔离腔上脱离开；然后在外部实施卷辊的拆卸和安装；之后，将装有新卷辊的隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭；然后再控制夹层腔内的密封条缩回，使隔离腔和真空室之间恢复连通，完成卷辊的更换；该卷辊更换方法可在卷对卷设备的真空室不暴露大气的情况下完成卷辊的更换；该卷对卷设备为卷绕真空镀膜设备或卷绕涂覆设备。
5.在隔离腔和真空室之间恢复连通之前，先通过隔离腔真空系统对隔离腔抽真空，然后再通过充放气系统向隔离腔内充入工作气体，使隔离腔内的气氛环境与真空室之间的气氛环境互相平衡。
6.隔离腔内设置有夹持接续模块，夹持接续模块包含上夹头和下夹头，上夹头和下夹头之间设有可供柔性薄膜穿过的狭缝通道；在上夹头的中部设置有闸刀；在上夹头和下夹头上成对布置有2对偏心滚轴，2对偏心滚轴分别位于闸刀的两侧，偏心滚轴表面具有弹
性；在上夹头和下夹头上还分别设置有热塑加热面，热塑加热面位于2对偏心滚轴之间。
7.当卷辊上载有柔性薄膜卷材时，在通过抽拉使隔离腔门从隔离腔上脱离开之前还需要包括对柔性薄膜的切断工序；切断工序包括：首先控制2对偏心滚轴相向转动，将柔性薄膜的两端夹紧，然后使闸刀下落将柔性薄膜切断。
8.隔离腔内还设置有取膜机构；在将装有新卷辊的隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭之后，当新卷辊上载有新柔性薄膜卷材时，在控制夹层腔内的密封条缩回使隔离腔和真空室之间恢复连通之前，还需要包括对新柔性薄膜的接续工序；接续工序包括：首先控制取膜机构将新柔性薄膜卷材的端头夹取至夹持接续模块的上夹头和下夹头之间；然后控制2对偏心滚轴相向转动，使2对偏心滚轴分别夹紧新柔性薄膜和原有柔性薄膜的端头，将两个端头牵引至热塑加热面之间并产生重叠，再启动热塑加热面的加热，对重叠的端头进行热塑焊接，完成接续工序。
9.卷辊的更换是指将原有的载有柔性薄膜卷材的卷辊更换为新的未载有柔性薄膜卷材的卷辊，或者将原有的未载有柔性薄膜卷材的卷辊更换为新的载有柔性薄膜卷材的卷辊。
10.辊驱动轴由设置在隔离腔门外侧的电机驱动旋转；在隔离腔门对面的隔离腔壁上设置有定位轴，辊驱动轴远离隔离腔门的一端可套在定位轴上实现支撑定位；当辊驱动轴在电机驱动下旋转时可带动定位轴进行同步旋转。
11.卷辊与辊驱动轴之间设置有定位连接，当辊驱动轴在电机驱动下旋转时可带动卷辊进行同步旋转；卷辊在卷对卷设备中可作为放卷辊或收卷辊来使用。
12.当卷辊上载有柔性薄膜卷材时，在通过抽拉使隔离腔门从隔离腔上脱离开之前还需要包括对柔性薄膜的切断工序；在将装有新卷辊的隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭之后，当新卷辊上载有新柔性薄膜卷材时，在控制夹层腔内的密封条缩回使隔离腔和真空室之间恢复连通之前，还需要包括对新柔性薄膜的接续工序；在卷辊的更换过程中，从切断工序开始到接续工序完成后之间的过程中，原有柔性薄膜的端头始终被偏心滚轴夹紧，以维持留在真空室内的原有柔性薄膜部分的张力。
13.本发明的卷辊更换方法采用的卷辊更换装置主要包括：隔离腔、夹持接续模块、隔离腔真空系统和充放气系统；隔离腔的隔离腔门和隔离腔壁在真空室内形成密闭空间；隔离腔门的内侧设置有辊驱动轴，辊驱动轴由设置在隔离腔门外侧的电机驱动旋转；辊驱动轴上套装有可装卸的卷辊，卷辊上可载有柔性薄膜卷材；隔离腔门可以通过抽拉从隔离腔上脱离，也可以推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭；卷辊更换装置可在卷对卷设备的真空室不暴露大气的情况下实现卷辊的更换；该卷对卷设备为卷绕真空镀膜设备或卷绕涂覆设备。
14.隔离腔壁上开有1道狭缝，隔离腔通过这道狭缝与真空室相连通，柔性薄膜可通过狭缝在隔离腔和真空室间穿行；在狭缝两侧的隔离腔壁边缘上设置有夹层腔，夹层腔内设置有密封条；密封条可在驱动机构的驱动下在夹层腔内伸出或缩回；密封条具有弹性；密封条从狭缝两侧的夹层腔中伸出，并在相互接触时发生形变，使狭缝隔绝形成密封；驱动机构的驱动方式为选自液压、气动或电动中的一种。
15.夹持接续模块包含上夹头和下夹头，上夹头和下夹头之间设有可供柔性薄膜穿过的狭缝通道；在上夹头的中部设置有闸刀；在上夹头和下夹头上成对布置有2对偏心滚轴，2
对偏心滚轴分别位于闸刀的两侧，偏心滚轴表面具有弹性；在上夹头和下夹头上还分别设置有热塑加热面，热塑加热面位于2对偏心滚轴之间。
16.隔离腔门脱离隔离腔之前，还要通过充放气系统对隔离腔进行放气，在放气之前要控制夹层腔内的密封条伸出，使隔离腔和真空室之间形成密封隔绝；在隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭后，控制夹层腔内的密封条缩回，使隔离腔和真空室之间恢复连通。
17.在隔离腔和真空室之间恢复连通之前，先通过隔离腔真空系统对隔离腔抽真空，然后再通过充放气系统向隔离腔内充入氮气，使隔离腔内的气氛环境与真空室之间的气氛环境互相平衡。
18.在需要对柔性薄膜进行切断时，首先控制2对偏心滚轴相向转动，将柔性薄膜的两端夹紧，然后使闸刀下落将柔性薄膜切断。卷辊更换装置还包括取膜机构；在需要对柔性薄膜进行接续时，首先控制取膜机构将新柔性薄膜卷材的端头夹取至夹持接续模块的上夹头和下夹头之间；然后控制2对偏心滚轴相向转动，使2对偏心滚轴分别夹紧新柔性薄膜和原有柔性薄膜的端头，将两个端头牵引至热塑加热面之间并产生重叠，再启动热塑加热面的加热，对重叠的端头进行热塑焊接，完成柔性薄膜的接续。
19.在隔离腔门对面的隔离腔壁上还设置有定位轴，辊驱动轴远离隔离腔门的一端可套在定位轴上实现支撑定位；当辊驱动轴在电机驱动下旋转时可带动定位轴进行同步旋转。卷辊与辊驱动轴之间设置有定位连接，当辊驱动轴在电机驱动下旋转时可带动卷辊进行同步旋转；卷辊在卷对卷设备中可作为放卷辊或收卷辊来使用。
20.切断和接续工序均由卷辊更换装置中的夹持接续模块自动完成，避免了传统卷绕设备更换卷材后需要在卷绕系统中重新穿膜，节省了大量非生产时间，提高了卷材更换的效率，更重要的是实现了在真空室不暴露大气的情况下完成放卷辊和收卷辊的更换。
21.卷绕真空镀膜设备或卷绕涂覆设备等卷对卷设备一般需要在真空环境下或者在以真空环境为基础的气体保护环境下进行工艺过程。由于真空室的空间巨大，因此将真空室内的真空度抽至达到工艺要求需要大量的时间，为提高生产效率、降低生产成本，应该保持真空室内工作气氛的稳定，尽量避免气氛环境破坏暴露大气。另外，卷绕真空镀膜设备中的磁控靶或蒸发源以及卷绕涂覆设备中的涂覆装置等卷对卷设备的核心部件如果经常暴露大气，也会对设备和柔性镀膜产品品质会带来较为严重的影响。本发明的卷对卷设备设置了卷辊更换装置，通过该装置可在卷对卷设备的真空室不暴露大气的情况下实施放卷辊和收卷辊的高效更换，避免在更换柔性薄膜卷材的过程中使外界空气进入真空室内，有利于提高设备的运行稳定性和寿命，提高了柔性薄膜产品性能指标和品质稳定性。另外，卷辊更换装置的设置，使更换柔性薄膜卷材时只需要对空间狭小的隔离腔进行重新抽真空即可，大大减少了因卷材更换所耗费的时间周期，提高了生产效率，节省了生产成本。
22.本发明的有益效果：（1）通过本发明的卷辊更换方法可在卷对卷设备的真空室不暴露大气的情况下实施放卷辊和收卷辊的高效更换，避免了在更换卷材过程中使真空室工作气氛遭到破坏以及使卷对卷设备的核心部件经常暴露大气，有利于提高设备的运行稳定性和寿命，提高了柔性薄膜产品性能指标和品质稳定性。另外，在更换柔性薄膜卷材时只需要对空间狭小的隔离腔进行重新抽真空至工艺要求即可，大大减少了因卷材更换所耗费的时间周期，提高了
生产效率，节省了生产成本。
23.（2）通过夹持接续模块自动完成卷材更换时的切断和接续工序，避免了传统卷绕设备更换卷材后需要在卷绕系统中重新穿膜，节省了大量非生产时间，提高了卷材更换的效率，更重要的是实现了在真空室不暴露大气的情况下完成放卷辊和收卷辊的更换。
附图说明
24.图1为本发明卷辊更换方法采用的的卷辊更换装置的径向剖面结构示意图。
25.图2为本发明卷辊更换方法采用的的卷辊更换装置的轴向剖面结构示意图。
26.图3为本发明中的夹持接续模块的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图进一步说明本发明的实施方式。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不是用于限制本发明。
28.图1和图2分别为本发明卷辊更换方法采用的卷辊更换装置的径向剖面结构示意图和轴向剖面结构示意图。如图所示，该卷辊更换装置主要包括隔离腔2、夹持接续模块3、隔离腔真空系统11和充放气系统12；隔离腔设置在卷对卷设备的真空室1内，包括隔离腔壁4和隔离腔门9，隔离腔门9与隔离腔壁4一起在真空室1内形成封闭空间；隔离腔门9的内侧设置有辊驱动轴5，辊驱动轴5由设置在隔离腔门9外侧的电机10驱动旋转；辊驱动轴5上套装有可装卸的卷辊6，卷辊6上可载有柔性薄膜卷材；隔离腔门9可以通过抽拉从隔离腔上脱离，也可以推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭；卷辊更换装置可在卷对卷设备的真空室1不暴露大气的情况下实现卷辊的更换；该卷对卷设备为卷绕真空镀膜设备或卷绕涂覆设备。
29.隔离腔壁4上开有1道狭缝，隔离腔2通过这道狭缝与真空室1相连通，柔性薄膜可通过狭缝在隔离腔2和真空室1间穿行；在狭缝两侧的隔离腔壁4边缘上设置有夹层腔7，夹层腔内7设置有密封条8；密封条可在驱动机构的驱动下在夹层腔内伸出或缩回；密封条具有弹性；密封条从狭缝两侧的夹层腔中伸出，并在相互接触时发生形变，使狭缝隔绝形成密封；驱动机构的驱动方式为选自液压、气动或电动中的一种。
30.图3为本发明中的夹持接续模块的结构示意图。如图所示，夹持接续模块包含上夹头18和下夹头19，上夹头18和下夹头19之间设有可供柔性薄膜穿过的狭缝通道；在上夹头18的中部设置有闸刀17；在上夹头18和下夹头19上成对布置有2对偏心滚轴15，2对偏心滚轴分别位于闸刀的两侧，偏心滚轴表面具有弹性；在上夹头18和下夹头19上还分别设置有热塑加热面16，热塑加热面位于2对偏心滚轴之间。
31.隔离腔门脱离隔离腔之前，还要通过充放气系统12对隔离腔2进行放气，在放气之前要控制夹层腔内的密封条伸出，使隔离腔2和真空室1之间形成密封隔绝；在隔离腔门9推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭后，控制夹层腔内的密封条缩回，使隔离腔2和真空室1之间恢复连通。
32.在隔离腔2和真空室1之间恢复连通之前，先通过隔离腔真空系统11对隔离腔抽真空，然后再通过充放气系统12向隔离腔内充入工作气体，使隔离腔内的气氛环境与真空室之间的气氛环境互相平衡。
33.在需要对柔性薄膜进行切断时，首先控制2对偏心滚轴相向转动，将柔性薄膜的两端夹紧，然后使闸刀17下落将柔性薄膜切断。卷辊更换装置还包括取膜机构13；在需要对柔性薄膜进行接续时，首先控制取膜机构13将新柔性薄膜卷材的端头夹取至夹持接续模块的上夹头和下夹头之间；然后控制2对偏心滚轴相向转动，使2对偏心滚轴分别夹紧新柔性薄膜和原有柔性薄膜的端头，将两个端头牵引至热塑加热面之间并产生重叠，再启动热塑加热面的加热，对重叠的端头进行热塑焊接，完成柔性薄膜的接续。
34.在隔离腔门对面的隔离腔壁上还设置有定位轴14，辊驱动轴5远离隔离腔门的一端可套在定位轴14上实现支撑定位；当辊驱动轴5在电机10驱动下旋转时可带动定位轴14进行同步旋转。卷辊与辊驱动轴之间设置有定位连接，当辊驱动轴在电机驱动下旋转时可带动卷辊进行同步旋转；卷辊在卷对卷设备中可作为放卷辊或收卷辊来使用。
35.本发明的用于卷对卷工艺过程的卷辊更换方法采用一种卷辊更换装置来实施，该卷辊更换方法的实施方式包括：在卷对卷设备的真空室内布置隔离腔，隔离腔的隔离腔门和隔离腔壁在真空室内形成密闭空间；将用来装载柔性薄膜卷材的卷辊套装在设置在隔离腔门内侧的辊驱动轴上；隔离腔通过隔离腔壁上的1道狭缝与真空室相连通，柔性薄膜可通过狭缝在隔离腔和真空室间穿行；在狭缝两侧的隔离腔壁边缘上设置有夹层腔，夹层腔内设置有密封条，密封条可在驱动机构的驱动下在夹层腔内伸出或缩回；密封条具有弹性。
36.当需要更换卷辊时，先控制夹层腔内的密封条伸出，密封条在相互接触时发生形变，使隔离腔和真空室之间形成密封隔绝，再通过设置在隔离腔上的充放气系统对隔离腔进行放气；放气结束后，通过抽拉使隔离腔门从隔离腔上脱离开；然后在外部实施卷辊的拆卸和安装；之后，将装有新卷辊的隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭；然后再控制夹层腔内的密封条缩回，使隔离腔和真空室之间恢复连通，完成卷辊的更换；该卷辊更换方法可在卷对卷设备的真空室不暴露大气的情况下完成卷辊的更换；该卷对卷设备为卷绕真空镀膜设备或卷绕涂覆设备。
37.在隔离腔和真空室之间恢复连通之前，先通过隔离腔真空系统对隔离腔抽真空，然后再通过充放气系统向隔离腔内充入工作气体，使隔离腔内的气氛环境与真空室之间的气氛环境互相平衡。
38.隔离腔内设置有夹持接续模块，夹持接续模块包含上夹头和下夹头，上夹头和下夹头之间设有可供柔性薄膜穿过的狭缝通道；在上夹头的中部设置有闸刀；在上夹头和下夹头上成对布置有2对偏心滚轴，2对偏心滚轴分别位于闸刀的两侧，偏心滚轴表面具有弹性；在上夹头和下夹头上还分别设置有热塑加热面，热塑加热面位于2对偏心滚轴之间。
39.当卷辊上载有柔性薄膜卷材时，在通过抽拉使隔离腔门从隔离腔上脱离开之前还需要包括对柔性薄膜的切断工序；切断工序包括：首先控制2对偏心滚轴相向转动，将柔性薄膜的两端夹紧，然后使闸刀下落将柔性薄膜切断。
40.隔离腔内还设置有取膜机构；在将装有新卷辊的隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭之后，当新卷辊上载有新柔性薄膜卷材时，在控制夹层腔内的密封条缩回使隔离腔和真空室之间恢复连通之前，还需要包括对新柔性薄膜的接续工序；接续工序包括：首先控制取膜机构将新柔性薄膜卷材的端头夹取至夹持接续模块的上夹头和下夹头之间；然后控制2对偏心滚轴相向转动，使2对偏心滚轴分别夹紧新柔性薄膜和原有柔性薄膜的端
头，将两个端头牵引至热塑加热面之间并产生重叠，再启动热塑加热面的加热，对重叠的端头进行热塑焊接，完成接续工序。
41.卷辊的更换是指将原有的载有柔性薄膜卷材的卷辊更换为新的未载有柔性薄膜卷材的卷辊，或者将原有的未载有柔性薄膜卷材的卷辊更换为新的载有柔性薄膜卷材的卷辊。
42.当卷辊上载有柔性薄膜卷材时，在通过抽拉使隔离腔门从隔离腔上脱离开之前还需要包括对柔性薄膜的切断工序；在将装有新卷辊的隔离腔门推送回隔离腔，将隔离腔与外界封闭之后，当新卷辊上载有新柔性薄膜卷材时，在控制夹层腔内的密封条缩回使隔离腔和真空室之间恢复连通之前，还需要包括对新柔性薄膜的接续工序；在卷辊的更换过程中，从切断工序开始到接续工序完成后之间的过程中，原有柔性薄膜的端头始终被偏心滚轴夹紧，以维持留在真空室内的原有柔性薄膜部分的张力。