涂布那些事儿：力

力到底是什么？     

今天咱们探讨一下涂布中的那些个“力”！

力有很多种，宏观的有重力、浮力、弹力、摩擦力等是大家熟悉和习以为常的，也有大家不熟悉的万有引力。微观的力有如分子力、核力、磁力等。

在很多人眼里是可能是一门玄学，也许是门哲学，比如万有引力、分子力、核力、力的相互作用、力的矢量性等概念。但其实力是一门科学，是有理论基础的物理基本概念，定义是：事物之间的相互作用。

聊完了力的概念，咱们聊一聊力的作用。有些情况下，我们希望力越小越好，换了另一种情况，我们可能希望力越大越好。

比如磁悬浮列车，磁悬浮列车的原理就是通过磁力将列车悬浮于轨道，进而降低摩擦力，减小运行阻力的。又如冬天雪天里更换雪地胎，是为了防止轮胎打滑导致车辆失控而专门设计的，同样的设计还有赛车使用的雨胎等。

涂布时对力的要求是怎样的呢？     

首先我们先探讨一下涂布中都有哪些力：

张力：通过收放卷机台、传送辊及浮动辊控制的膜间的力。

摩擦力：运行物体相互运动产生的力，如辊与辊、辊与膜、膜与胶等。

剪切力：能够使物体发生剪切变形的力，主要在配液、微凹、狭缝中产生。

挤压力：主要出现在传动辊、卷材、供胶系统中。

分子力：主要出现在配液以及干燥固化制程中应用。

其他力：其他还如机台电机运转产生的扭力、风嘴吹风对膜面施加的力等。

其次在涂布制程中我们对于力的要求很高，其一是力的大小，其二是力的精度。同时力的作用是相互的，所以我们在应用的时候也要评估力对于系统所造成的影响是证明的亦或是负面的。

实际应用时我们的做法是尽量减小负面力的影响，增加正面力的作用。比如摩擦力在大多数情况下是一种阻力，要尽量减小其影响，但是在从动辊传动时，膜与辊的摩擦却是导辊转动的动力，所以在高速运转时可适当增大导辊摩擦系数防止丢转。

涂布线的张力系统是一个闭环反馈控制系统，张力控制的精度直接影响系统的反应，精度不足会使整个系统处于一个不稳定的状态，有可能出现走形不良、划伤及抖动等异常现象。

力在涂布制程如何应用？     

涂布制程     

涂布制程中，电机通过制造扭力，使传动辊和收放卷能够转动，电机依程序要求控制扭矩和速度，进而控制各传动辊之间薄膜的力，也就是张力。

其次传动辊和膜材之间存在挤压力和摩擦力，带动膜材向前运行，膜与从动导辊间也存在摩擦力，进而带动从动导辊运行。

我们刚刚讨论了，我们对力的要求在不同情况下是不一样的。

其中电机的扭力和传动辊的挤压力我们可以通过设备参数进行调整，进而控制张力，它是一种变量参数，一般依基材特性、胶辊硬度、产品等情况进行调整。

另外还有刚刚我们讨论的摩擦力，它是一种阻力，也是一种动力，具有两面性。因为摩擦力，膜材可以带动从动辊运转，也同样因为摩擦力，从动导辊会阻碍薄膜向前走形。摩擦力过大则成为阻力，可能导致基材走形不良等异常。摩擦力过小则动力不足，可能会导致丢转等现象。

与此现象一致的也有基材与胶的接触面，没有摩擦力，胶就无法实现附着于基材实现均匀涂布的目的，同样摩擦力过大也会产生阻力进而成为走形的阻碍。

配液制程     

剪切力我们主要讨论胶液的剪切特性，以丙烯酸酯系压敏胶（亚克力胶）为例。

亚克力胶是一种粘弹性流体，剪切特性明显。直观的现象有剪切变形、消除应力后变形恢复、出口膨胀等。

在进行配液分散制程中，使用搅拌叶搅拌时，应用的物理原理是剪切作用和分子扩散，应用的力是剪切力和分子作用力。

分散时的剪切作用使胶液内各组分均匀混合，而胶液内各组分通过分子间的作用力实现溶解的作用。小分子占据大分子内部的空隙，软化大分子链，从而实现降低粘度的目的。

涂布头     

微凹涂布是一种反向剪切涂布的方式，其优点是涂布面效果好，涂厚较为精准。传统的凹版辊涂布是正向涂布方式，胶液一般是通过剥离的方式附着于基材。

胶液的撕裂剥离是没有稳定的分界面的，因此剥离的均匀度无法保证，涂布面的效果也就无法保证。而微凹通过剪切剥离的方式，就避免的胶水撕裂剥离的不足。

狭缝涂布中应用的力主要有挤压力、剪切力和摩擦力。

供胶泵供胶时对涂布模头腔体产生挤压力，进而使胶液在模唇处形成稳定的出口压力实现稳定涂布。

胶液从模唇挤出后，受基材速度和摩擦力影响产生切线方向的速度和拉力，进而在模唇出口位置的胶液切面产生了剪切力。

干燥制程     

我们刚刚提到分子作用力，配液过程中我们已经应用到了，溶剂挥发的过程也跟分子间的作用力有关。

干燥制程是将溶剂挥发使胶液达到表干效果的制程，干燥过程运用的是分子间的热运动与扩散效应。

溶剂分子受热，热运动加剧，分子间的相互作用变得更加明显，同时表层溶剂不断挥发并带走热量。分子开始由高浓度的区域向低浓度区域扩散并传递热量，从而实现挥发平衡。

由以上可知，干燥制程其实是溶剂分子的热运动过程，其干燥效率与其挥发速率、沸点及扩散速度有关，前文中我们曾探讨过挥发速率的问题，有兴趣