聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置及方法，偏心辊压装置包括机架、设置在机架上的偏心辊压机构以及分别设置在偏心辊压机构两侧的放卷机构、收卷机构，将聚合物薄膜材料置于放卷机构中，聚合物薄膜材料的一端穿过偏心辊压机构后绕设在收卷机构中，由偏心辊压机构在聚合物薄膜材料的表面上加工出周期性渐变微结构；加工方法依次包括放卷、偏心辊压及收卷。与现有技术相比，本发明专利技术利用偏心的模具辊对聚合物薄膜表面进行压印，在模具辊本身偏心形成的周期性一级轮廓上获得二级微结构，是一种周期性渐变二级复合结构，结构设计灵活，可以实现不同渐变微结构的加工，满足不同应用场合下多种功能连续变化的需求。

Eccentric roller device and method for periodically changing micro structure on polymer film surface

The invention relates to the eccentric roller pressure device and method for the periodic gradient micro structure of the polymer film surface. The eccentric roller pressure device includes a frame, an eccentric roller pressure mechanism set on the frame, and a winding mechanism and a winding mechanism arranged on both sides of the eccentric roller press, and polymer film material is placed in a reel mechanism and polymerized. One end of the material film material passes through the eccentric roller mechanism and is located in the reel mechanism. The eccentric roller press is used to process the periodic gradient micro structure on the surface of the polymer film material, and the processing methods include the reeling, the eccentric roller pressure and the winding. Compared with the existing technology, the invention uses the eccentric die roll to press the surface of the polymer film, and obtains two stages of micro structure on the periodic first order outline formed by the eccentricity of the die itself. It is a kind of periodic graded two grade composite structure with flexible structure design, and can realize the processing of different gradual change microstructures. The need for continuous changes in various functions with application.

【技术实现步骤摘要】
聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置及方法
本专利技术属于聚合物薄膜
，涉及一种聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置及方法。
技术介绍
具有表面微细功能结构的聚合物薄膜类产品在光学薄膜、柔性电子、薄膜太阳能电池等领域有着广泛的应用。目前，聚合物薄膜表面通常采用的微结构包括微透镜阵列、微金字塔阵列、微棱镜阵列等，这些微结构仅具有较为单一的功能，无法满足多功能复合的需求。相比传统的阵列微结构，聚合物薄膜表面的周期性渐变微结构能提供更综合、更多变的物理性能，在光学、界面研究等领域具有独特的应用。研究表明，自然界中某些昆虫复眼角膜和翅膀表面的渐变型纳米突起阵列结构具有理想的宽光谱抗反射、超疏水自清洁与防雾性能。例如，公开号为US3989775的美国专利(专利名称为：MethodofMakingaRetro-reflectiveBeadedMaterial)公开了一种具有减反性能的表面微球结构，该结构是在波浪形基底表面附着微球，形成了周期性渐变的多级结构，可以有效减少反射，提高光线的利用率。公开号为CN102856618A的中国专利公开了一种平面槽深渐变彩虹局域器，其主要特征在于周期性排列的金属单元，金属单元的大小和形状均相同，且金属单元上设置有垂直于长度方向的凹槽，凹槽深度递增或递减。这种周期性渐变多级结构具有独特、优越的性能，潜在应用范围非常广泛。目前，针对聚合物薄膜产品的加工方法通常包括热压印成形和紫外光(UltravioletRays，UV)固化成型工艺。近几年，为了满足大面积聚合物薄膜产品的批量化生产需求，卷对卷成形工艺方法得到了快速发展。公开号为CN102700123A的中国专利公开了一种聚合物薄膜类产品微细结构卷对卷辊压成形装置，公开号为CN104608370A的中国专利公开了一种基于卷对卷UV固化聚合物薄膜表面微结构加工系统及方法，这两种成形工艺能将模具结构连续批量地复制在聚合物表面。然而，针对表面周期性渐变微结构，目前的设计仅局限于一级渐变结构，无法用于多级复合周期性渐变微结构的加工。同时，针对周期性渐变微结构的批量化生产，传统的成形工艺需要采用具有相应复杂结构的模具，由于周期性渐变微结构的加工特征具有结构微小、排布密集且连续变化的特点，使得模具加工的难度较大、工序费时。
技术实现思路
本专利技术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聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，该装置包括机架、设置在机架上的偏心辊压机构以及分别设置在偏心辊压机构两侧的放卷机构、收卷机构，将聚合物薄膜材料置于放卷机构中，所述的聚合物薄膜材料的一端穿过偏心辊压机构后绕设在收卷机构中，由偏心辊压机构在聚合物薄膜材料的表面上加工出周期性渐变微结构。作为优选的技术方案，所述的放卷机构及收卷机构均设置在机架上。进一步地，所述的偏心辊压机构包括一上一下并列设置在机架上并分别与机架转动连接的偏心辊组件、压力辊。将聚合物薄膜材料置于偏心辊组件与压力辊之间，由偏心辊组件在聚合物薄膜材料的表面上加工出周期性渐变微结构。进一步地，所述的偏心辊组件包括转动设置在机架上的转盘、沿转盘径向设置在转盘上的导轨、移动设置在导轨上的直线电机以及与直线电机固定连接的模具辊。直线电机可在导轨上移动，以调整转盘的中心轴与模具辊的中心轴之间的距离，进而实现偏心距的调节。模具辊的表面上可设置模具，模具表面具有微细结构，微细结构特征尺度在1μm至1cm。其中，模具表面的微细结构是具有一定深宽比的阵列结构，包括但不局限于微金字塔阵列、微棱镜阵列、微透镜阵列、微圆柱阵列、微光栅阵列等微细结构。进一步地，所述的偏心辊组件还包括与转盘传动连接的转盘驱动电机。转盘驱动电机带动转盘绕转盘中心轴转动，使模具辊发生偏心转动。进一步地，所述的偏心辊组件还包括压力传感器。通过压力传感器测量模具辊与聚合物薄膜材料表面的接触压力，以将偏心距调节至合适大小。进一步地，所述的放卷机构包括放卷辊以及与放卷辊传动连接的放卷辊驱动电机，所述的收卷机构包括收卷辊以及与收卷辊传动连接的收卷辊驱动电机。放卷辊驱动电机带动放卷辊转动，收卷辊驱动电机带动收卷辊转动。进一步地，该装置还包括设置在放卷机构与偏心辊压机构之间的滴胶嘴以及设置在偏心辊压机构与收卷机构之间的紫外固化灯。滴胶嘴在聚合物薄膜材料表面上滴加一层紫外光固化胶，紫外光固化胶具有较好的流动性，在压力作用下可以流入模具辊的模腔中，使聚合物薄膜材料形成一层周期性渐变微结构，之后在紫外固化灯的作用下固化。进一步地，该装置还包括设置在放卷机构与偏心辊压机构之间的温度渐变预热辊组。温度渐变预热辊组包括多对温度渐变预热辊，且多对温度渐变预热辊的表面温度依次增加，对聚合物薄膜材料不断加热。采用偏心辊压装置加工聚合物薄膜的方法，该方法包括以下步骤：1)放卷：将聚合物薄膜材料置于放卷机构中，拉出聚合物薄膜材料的一端，并对聚合物薄膜材料进行预处理；2)偏心辊压：通过偏心辊压机构调节偏心距，由偏心辊压机构在聚合物薄膜材料的表面上加工出周期性渐变微结构；3)收卷：加工后的聚合物薄膜材料由收卷机构收卷。步骤1)中，拉出聚合物薄膜材料的一端，使聚合物薄膜材料由卷材状舒展开。所述的预处理包括去除聚合物薄膜材料表面的灰尘、静电等步骤，针对不同辊压工艺采用相应的预处理过程。步骤2)中，通过调节偏心辊压机构，使模具辊近地点接触聚合物薄膜材料的表面，并通过压力传感器测量接触压力，调节偏心距以控制接触压力在适当的区间。辊压时，将聚合物薄膜材料传送至模具辊与压力辊之间进行压印，聚合物薄膜材料通过压力作用填充模具辊表面的模腔。由于存在偏心距，模具辊在压印过程中与聚合物薄膜材料表面的距离呈周期性变化，模腔填充率也呈周期性变化，从而实现周期性渐变微结构的加工。模具辊近地点为模具辊表面上与转盘中心轴之间距离最近的点。步骤3)中，带有表面微结构的聚合物薄膜材料脱离模具辊后，通过收卷辊的牵引重新收缩为卷材，完成卷对卷辊压成形过程。作为优选的技术方案，所述的聚合物薄膜材料为热塑性聚合物卷材或片材，厚度为50-1000μm。作为优选的技术方案，所述的转盘的直径为150mm，导轨长度为50mm，直线电机可在导轨上移动，重复定位精度±1μm。模具辊为表面具有固定微细结构的圆辊，可在模具辊的表面上设置具有微细结构的模具。转盘的旋转带动模具辊绕转盘中心轴转动，模具辊的中心轴和转盘的中心轴不重合，模具辊的中心轴和转盘的中心轴之间的距离为偏心距，偏心距可通过直线电机进行实时调节，范围在0-1000μm可调。进一步地，该方法还包括二次偏心辊压，该二次偏心辊压的过程为：更换偏心辊压机构中的模具，将加工后的聚合物薄膜材料置于放卷机构中，再次进行偏心辊压。二次偏心辊压能够在聚合物薄膜材料上加工出交替结构或叠加结构。本专利技术偏心辊压装置的工作原理为：在卷对卷辊压成形工艺中，模具辊的中心轴与转盘的中心轴不重合，使模具辊以一定的偏心距绕转盘轴线旋转，实现周期渐变结构的成形。此时模具辊表面与聚合物薄膜材料表面的距离、聚合物薄膜材料所受的辊压力等都发生周期性变化。通过设置导轨和直线电机，使模具辊的偏心本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，其特征在于，该装置包括机架(18)、设置在机架(18)上的偏心辊压机构以及分别设置在偏心辊压机构两侧的放卷机构、收卷机构，将聚合物薄膜材料(10)置于放卷机构中，所述的聚合物薄膜材料(10)的一端穿过偏心辊压机构后绕设在收卷机构中，由偏心辊压机构在聚合物薄膜材料(10)的表面上加工出周期性渐变微结构(19)。

【技术特征摘要】
1.聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，其特征在于，该装置包括机架(18)、设置在机架(18)上的偏心辊压机构以及分别设置在偏心辊压机构两侧的放卷机构、收卷机构，将聚合物薄膜材料(10)置于放卷机构中，所述的聚合物薄膜材料(10)的一端穿过偏心辊压机构后绕设在收卷机构中，由偏心辊压机构在聚合物薄膜材料(10)的表面上加工出周期性渐变微结构(19)。2.根据权利要求1所述的聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，其特征在于，所述的偏心辊压机构包括一上一下并列设置在机架(18)上并分别与机架(18)转动连接的偏心辊组件、压力辊(17)。3.根据权利要求2所述的聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，其特征在于，所述的偏心辊组件包括转动设置在机架(18)上的转盘(13)、沿转盘(13)径向设置在转盘(13)上的导轨(14)、移动设置在导轨(14)上的直线电机(15)以及与直线电机(15)固定连接的模具辊(21)。4.根据权利要求3所述的聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，其特征在于，所述的偏心辊组件还包括与转盘(13)传动连接的转盘驱动电机。5.根据权利要求3所述的聚合物薄膜表面周期性渐变微结构的偏心辊压装置，其特征在于，所述的偏心辊组件还包括压力传感器。6.根据权利要求1所述的聚合物薄膜表面周期性渐变微结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宇君，高杰，彭林法，易培云，来新民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31