制备高阻隔纳米无机非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种制备高阻隔纳米无机非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备，包括：将待蒸镀材料放置于e型电子枪组蒸镀装置的电子枪环形坩埚中；将柔性基材设置于卷绕传动系统的放卷装置处，并按照卷绕走膜路径完成穿膜；对镀膜室的真空度调控，开启卷绕传动系统和e型电子枪组蒸镀装置，对待蒸镀材料高温蒸镀，以在柔性基材表面形成蒸镀薄膜，e型电子枪组由至少两台e型电子枪组合形成；e型电子枪的功率为1～10kW。本实用新型专利技术的蒸镀工艺中采用e型电子枪线性一行或对位错立的排列方式发射电子束，加快了蒸镀速率，提高了卷绕镀膜的生产速率，降低了生产成本，更重要的是获得了性能优良的纳米无机非金属氧化物高阻隔薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及真空镀膜
，具体而言，涉及一种高阻隔纳米无机非金属薄膜、其制备方法以及真空卷绕镀膜设备。
技术介绍
无机非金属氧化物如氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化钛（TiO2）等，作为一类高阻隔材料，具有良好的阻隔性能，尤其是对氧气和水蒸气具有优良的阻隔性。上述这些无机非金属纳米阻隔材料具有较多优势，如其使用范围较宽，可以适用于冷藏或直接加热，并且这类材料的微波透过性较好，能够直接用于微波加热；无机非金属阻隔层具有优秀的耐化学药品性，可用于酸碱等化学药品的包装；无机非金属高阻隔薄膜材料具有良好的透明性，内装物清晰可见，更便于产品展示；而高阻隔无机纳米材料能够替代常规的金属铝阻隔层包装薄膜材料，减少了金属材料的使用，具有环境友好性和无污染。无机非金属氧化物的真空卷绕镀膜的制备方式通常包括以下几种：等离子体化学气相沉积卷绕镀膜、磁控溅射卷绕镀膜、高温蒸发卷绕镀膜和原子层沉积卷绕镀膜等卷绕镀膜。等离子体化学气相沉积工艺是通过有机硅烷单体（例如：六甲基二硅氧烷HMDSO）与氧气在等离子体辅助作用下，在塑料薄膜表面沉积氧化硅阻隔层，而反应过程中生产的副产物通过真空泵排出。该工艺的优点是采用了化学气相沉积的方法，所以氧化硅阻隔层具有较好的阻隔性能，且与基材的附着力强。并且该工艺中采用中频或射频电源，所产生的热效应较低，避免了高温对塑料基材薄膜的影响。但是该工艺也存在一些缺陷，如投资较高，生产效率较低，卷绕镀膜的速度约为200m/min，此外工艺过程中控制尤为关键，要求较高。磁控溅射卷绕镀膜主要是采用磁场作用下，Ar离子轰击无机非金属靶材表面生成无机非金属材料在塑料薄膜表面沉积，此工艺的主要缺陷在于溅射速率较低，卷绕镀膜速度约为5m/min，并且工艺过程中靶材表面容易富集电子，导致靶材表面中毒，降低溅射强度，生产效率较低。高温蒸发卷绕镀膜，以氧化铝（Al2O3）为例，通过金属铝丝的不同投料蒸发铝蒸汽，反应沉积过程是在金属铝蒸发过程中，将氧气输气喷嘴放置于蒸发区域，并且通过等离子体辅助沉积，最终在塑料薄膜基材表面沉积氧化铝阻隔层。该反应蒸发镀膜工艺中卷绕镀膜的速度高达500m/min，采用金属铝丝热蒸发与氧气反应生成氧化铝，原材料成本投入较低，阻隔薄膜表面不会呈现浅黄色外观，工作效率较高适合工业化生产，相比较其他工艺设备整体投入较低。但是热蒸发反应工艺过程难以控制，氧化铝阻隔层由于其脆性，膜层阻隔性能对基材薄膜的伸缩变形较为敏感，产品的阻隔性能处于中等水平。上述卷绕镀膜方式在制备高阻隔的无机非金属氧化物薄膜时，均存在着阻隔性能差，薄膜不均匀不致密等缺陷。因此，目前迫切需要出现一种新的卷绕镀膜方式，其能够制备出阻隔性能较好的无机非金属氧化物纳米薄膜。
技术实现思路
本技术旨在提供一种制备高阻隔纳米无机非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备，其仅仅是采用多台e型电子枪组合得到的电子束真空卷绕蒸镀，就可以制备出具有优良阻隔性能的无机非金属氧化物纳米高阻隔薄膜，而且还提高了卷绕镀膜的生产速率，增加了经济效益，降低了生产设备成本的投入。为了实现上述目的，本技术提供了一种制备高阻隔无机纳米非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备，包括：卷绕传动装置，其包括放卷装置和收卷装置，用于将柔性基材从放卷装置上开始放卷，并缠绕到收卷装置上，使得其在一个具有制冷轴的表面伸开，暴露在蒸发源的蒸发区域；冷却装置，设置在待蒸发区域，其具有制冷轴，用于对蒸镀后的薄膜进行冷却；e型电子枪组蒸镀装置，作为蒸发源，其设置在蒸镀薄膜传输路线的待蒸发区域下方，用于盛放和加热待蒸发材料使其在蒸发区域蒸发，并在柔性基材表面上形成蒸镀薄膜；离子源辅助沉积装置，设置在冷却装置的后方，用于对冷却后的蒸镀薄膜进行轰击以提高其阻隔性能；e型电子枪组蒸镀装置由多个电子枪坩埚组合形成。进一步地，e型电子枪组蒸镀装置由3-5台e型电子枪坩埚组成。进一步地，e型电子枪组蒸镀装置由4台e型电子枪坩埚组成；4台e型电子枪坩埚水平排列，并设置在蒸发区域的正下方。进一步地，e型电子枪坩埚呈线性一行排列或相互对立错位呈平行四边形排列。进一步地，e型电子枪进行蒸镀时的蒸镀角度范围2θ为30～45°。进一步地，e型电子枪进行蒸镀时的蒸镀角度范围2θ为35℃。进一步地，相邻e型电子枪之间的距离为350mm。进一步地，所述电子枪坩埚的上端设置有辅助放电气体输入口。本技术的有益效果：本技术提供的制备高阻隔无机纳米非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备，采用了由多台e型电子枪组合使用的电子束蒸发卷绕蒸镀工艺，将多台e型电子枪如4台e型电子枪水平放置于冷却装置的正下方，以达到最大量的蒸镀,并将e型电子枪呈线性一行或者平行四边形排列进行蒸镀，将相邻e型电子枪之间的距离、e型电子枪与柔性基材之间的垂直距离以及蒸镀的角度范围控制在一定的范围内，并同时控制卷绕传动系统使得待蒸镀的柔性基材以一定的速率传输，将蒸镀时的参数条件限制在一定范围内，从而达到最佳蒸镀，获得了具有优良阻隔性能的纳米无机非金属氧化物高阻隔薄膜。该蒸镀方法中采用e型电子枪以线性排列组合的方式发射电子束，不仅加快了无机非金属材料的蒸镀速率，提高了卷绕镀膜的生产速率，还降低了生产设备成本的投入，增加了经济效益。附图说明图1是根据本技术的典型实施例的卷绕镀膜装置示意图；图2是本技术实施例中4个电子枪水平排列时蒸镀薄膜的结构示意图；图3是本技术的实施例3中蒸镀无机非金属复合材料薄膜时的电子枪坩埚内蒸镀材料排列的结构示意图。具体实施方式以下通过示例性的具体实施例对本技术的技术方案进行详细说明。但不应将这些实施例解释为对本技术保护范围的限制。凡基于本技术上述内容所实现的技术均涵盖在本技术旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中所记载的原料及试剂均为市售产品。电子枪采用的磁偏转式（e形枪），由于电子束绕曲路径近似e字形，可分为180℃和270℃两种，它的基本结构分为灯丝阴极，阳极，聚焦极，永久磁铁，磁场线圈及坩埚等六部分，热电子由高热之阴极钨丝表面释出，利用阴极与前方阳极之高压电场加速，经聚焦极聚成束穿过中心孔，磁场线圈所形成之磁场则会绕曲电子束的运动方向，使之弯曲到待镀材料表面。此结构由于有一个外加磁场，坩埚与蒸发源材料所产生之二次电子受此磁场作用，会发生偏转而被导离吸收，如此可以减少二次电子所造成的影响，电子束的偏转主要由磁场线圈的电流来操控，改变磁场的大小即可移动电子束轰击材料表面X方向的位臵，若加上Y方向磁场则可以同时作XY两方向之平面图形扫描，避免材料挖孔现象，而能均匀消耗材料。如图1-3所示，本技术提供了一种卷绕镀膜设备，其用于制备高阻隔纳米无机非金属薄膜。该卷绕镀膜设备包括卷绕传动系统，e型电子枪组蒸镀装置40，冷却装置50以及离子源辅助沉积装置60。其中，卷绕传动装置包括放卷装置10、收卷装置20以及用于控制的传动装置，通过传动装置使得柔性基材30进行放卷和收卷。柔性基材30的一端设置在放卷装置10上开始放卷，经过传动装置的导辊70进行传输，在冷却装置50的制冷轴表面伸展开来，暴露在蒸发源的蒸发区域，即进入到位于e型电子枪组蒸镀装置40上方的蒸镀区域。蒸镀完成后通过传动装置的导辊70本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高阻隔无机纳米非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备，其特征在于，包括：卷绕传动装置，其包括放卷装置(10)和收卷装置(20)，用于将柔性基材(30)从放卷装置(10)上开始放卷，并缠绕到收卷装置(20)上，使得其在一个具有制冷轴的表面伸开，暴露在蒸发源的蒸发区域；冷却装置(50)，设置在待蒸发区域，其具有制冷轴，用于对蒸镀后的薄膜进行冷却；e型电子枪组蒸镀装置(40)，作为蒸发源，其设置在蒸镀薄膜传输路线的待蒸发区域下方，用于盛放和加热待蒸发材料使其在蒸发区域蒸发，并在柔性基材(30)表面上形成蒸镀薄膜；离子源辅助沉积装置(60)，设置在所述冷却装置(50)的后方，用于对冷却后的蒸镀薄膜进行轰击以提高其阻隔性能；所述e型电子枪组蒸镀装置(40)由多个电子枪坩埚组合形成。

【技术特征摘要】
1.一种制备高阻隔无机纳米非金属薄膜的真空卷绕镀膜设备，其特征在于，包括：卷绕传动装置，其包括放卷装置(10)和收卷装置(20)，用于将柔性基材(30)从放卷装置(10)上开始放卷，并缠绕到收卷装置(20)上，使得其在一个具有制冷轴的表面伸开，暴露在蒸发源的蒸发区域；冷却装置(50)，设置在待蒸发区域，其具有制冷轴，用于对蒸镀后的薄膜进行冷却；e型电子枪组蒸镀装置(40)，作为蒸发源，其设置在蒸镀薄膜传输路线的待蒸发区域下方，用于盛放和加热待蒸发材料使其在蒸发区域蒸发，并在柔性基材(30)表面上形成蒸镀薄膜；离子源辅助沉积装置(60)，设置在所述冷却装置(50)的后方，用于对冷却后的蒸镀薄膜进行轰击以提高其阻隔性能；所述e型电子枪组蒸镀装置(40)由多个电子枪坩埚组合形成。2.根据权利要求1所述的真空卷绕镀膜设备，其特征在于，所述e...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘振强，
申请(专利权)人：广东振华科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44