線棒塗佈(Wire-Bar Coating / Mayer Bar Coating)因具備高精密度、低設備成本、維護方便以及廣泛的材料相容性,近年來迅速成為各種薄膜製程中的主流技術。其應用領域涵蓋光學薄膜、成像材料、電池隔離膜、高功能性薄膜等,甚至在近年快速發展的鈣鈦礦太陽能電池製造中,也能看到線棒塗佈的身影。此外,在商品化初期的單張材(Sheet)性能評估中,線棒塗佈更因操作簡易而被視為重要工具。
線棒塗佈之所以能在精密薄膜領域受到國內外廣泛採用,源於其核心技術的成熟,包括塗佈棒材技術(Coating Rod Technology)、塗佈機本體技術(Coater Body Technology)、塗佈液流動控制與塗佈液物性掌握等。這些技術共同決定了線棒塗佈的精度範圍與塗佈極限,對薄膜最終品質具有關鍵影響。因此,若要以線棒塗佈進行高品質薄膜製造,必須具備完整的材料、設備與流體行為相關知識。
線棒塗佈技術最初僅用於刮除滾輪塗佈產生的過量塗料,但在棒材加工精度與塗佈機座(Coater Die)技術提升後,現已成為最具優勢的薄層塗佈方式之一。其幅向均一性可達到與模頭塗布(Die Coater)相同等級,甚至可實現更穩定的薄層控制。另一方面,相較於昂貴的模頭塗佈設備,線棒塗佈僅需約其一半以下的成本,並具備更高的清潔性與維護性,使其在研發與量產中都具有極高價值。
線棒塗佈的計量機制:Couette + Poiseuille 複合流動
在線棒塗佈過程中,塗佈量的控制屬於其最核心的技術之一。當基材(Web)與棒材(Rod)以相同方向、相同速度運作時,其計量機制可分為兩個步驟:
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溝槽限制流量
塗佈棒上螺旋或直線形式的微細溝槽會限制通過的塗佈液量,使其成為決定塗膜厚度的最基本參數。 -
液體在基材與棒材之間分配
流經溝槽的液體會在基材與旋轉棒材表面間重新分配。
其流動行為同時受 Couette Flow(剪切流) 與 Poiseuille Flow(壓差流) 影響,因此屬於複合流動控制。
這套機制確保塗佈液能以穩定方式在基材上形成均一薄膜。
塗佈量控制的關鍵因素
線棒塗佈的塗膜厚度主要由以下三類因素決定:
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溝槽深度與間距會直接決定可通過的液體量。
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溝槽具旋轉方向特性,可減少磨耗並改善塗膜品質。
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決定塗佈液最終落在基材上的量。
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與塗佈液黏度、表面張力、速度等物性參數有關。
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可微調塗膜厚度。
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不同旋轉方向可能讓液體推向或離開基材。
線棒塗佈技術的優勢,包括薄層性、均一塗布、高速塗布性、低設備成本以及維修性,其弱點則與各種塗佈機相似,像是難以實現多層塗佈,但藉由無線棒(Wireless Bar)已可以改善此問題,另外還有難以適用於經時物性變化較大的塗佈液。
圖片來源:Ossila