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屬于包裝、印刷行業(yè)中的印前設(shè)備。

極片涂布機設(shè)設(shè)計原理和操作使用基礎(chǔ)
一．
涂布工藝基礎(chǔ)

1．
輥式涂布工作原理
圖3.1B 所示是我們涂布機的涂布工作原理，我們涂布機的工作原理由兩個過程：（1）順轉(zhuǎn)輥定厚過程（2）逆轉(zhuǎn)輥涂層轉(zhuǎn)移過程

圖3.1B三輥涂布
（1）
順轉(zhuǎn)輥涂布及其涂布窗口：
先介紹涂布技術(shù)中的術(shù)語-涂布窗口
任何涂布形式(方法)都有一個適用范圍，在一定操作條件（范圍）內(nèi)能進行無弊病的涂布，也就是將流體薄層均勻地涂布到支持體上，這個涂布操作的范圍在涂布技術(shù)中稱為涂布窗口。

在我們的涂布機中，是靠調(diào)節(jié)順轉(zhuǎn)輥涂布中由兩根轉(zhuǎn)動方向相同的涂布輥和計量輥之間的計量間隙來控制，在涂布輥上的形成的需要厚度的涂層。我們的涂布方式是順轉(zhuǎn)輥的特殊形式，即其中一根計量輥不轉(zhuǎn)動即轉(zhuǎn)速為零，計量輥的截面做成逗號形狀，也叫逗號刮刀。我們的涂層厚度可以通過改變逗號刮刀和涂布輥之間的距離來調(diào)節(jié)。
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在我們這種特殊的順轉(zhuǎn)輥涂布形式中，在操作不當(dāng)，刀口位置偏離工作位置，涂布參數(shù)和漿料參數(shù)不在某一范圍內(nèi)，可能會出現(xiàn)豎條道弊病，見圖3.7，稱為豎條道，其表觀現(xiàn)象如燈心絨布。

圖3.7豎條道涂布弊病
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出現(xiàn)條道的條件見圖3 .9

見圖3 .9，順轉(zhuǎn)輥涂布窗口

圖中： 間隙/輥徑比H/R， 毛細(xì)準(zhǔn)數(shù)Ca=μU/σ
式中：H 兩輥間的間隙，R—兩輥的當(dāng)量半徑，μ—流體黏度， U—輥的表面線速度，σ—流體的表面張力。

圖中在曲線下部的均勻涂布區(qū)域，也就是H –兩輥間的間隙，R—兩輥的當(dāng)量半徑，μ—流體黏度， U—輥的表面線速度，σ—流體的表面張力。
它們的相互關(guān)系滿足圖中的條件時，也就是在毛細(xì)準(zhǔn)數(shù)Ca=μU/σ數(shù)值較小的范圍，間隙/輥徑比H/R較大時，能進行均勻涂布，涂布條件進入了涂布窗口。
在極片涂布中，漿料黏度比較大，因此涂布速度受到限止，只能在較低的速度涂布。另外，如果在輥筒直徑已經(jīng)確定的情況下，較大的間隙，有利于均勻涂布。
（2）
逆轉(zhuǎn)輥涂布及其涂布窗口
在我們的極片布機中，在涂布輥上的漿料涂層是在亮輥間隙區(qū)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)動方向相反背輥上包繞的銅箔或鋁箔上。因此其涂布過程也必須滿足逆轉(zhuǎn)棍涂布的規(guī)律。
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逆轉(zhuǎn)輥涂的涂布窗口
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逆轉(zhuǎn)輥涂布窗口見圖3.14。

速度比率 vm/va

逆轉(zhuǎn)輥涂布窗口見圖3.14。
圖中，速度比= Vm/Va，毛細(xì)準(zhǔn)數(shù)Ca=μU/σ，
式中Vm—背輥表面速度， Va—涂布輥表面速度，μ—流體黏度， U—輥的表面線速度，σ—流體的表面張力

圖3.14 中的穩(wěn)定區(qū)，也就是逆轉(zhuǎn)輥涂布窗口。可以看到逆轉(zhuǎn)輥涂布窗口比較小。
圖中的豎條道區(qū)出現(xiàn)的弊病類似圖3.7豎條道涂布弊病。

圖中所指噴涌現(xiàn)象見圖3.13，這種現(xiàn)象在極片涂布過程中，在涂布速度比較高，間隙比較大的情況下會出現(xiàn)。也就是漿料不能轉(zhuǎn)移到基片上，流到下部料盤中。這也就是高黏度漿料涂布速度受限制的原因之一。

圖3.13

在逆轉(zhuǎn)輥涂布過程中，如果兩輥間隙比較小,毛細(xì)準(zhǔn)數(shù)足夠低，也就是在黏度或速度比較小情況下，在比較寬的速度比率范圍內(nèi)的的流動比較穩(wěn)定。能得到比較好的涂布表觀質(zhì)量。如果間隙比較大，在涂布速度較高時，就容易出現(xiàn)空氣夾帶，在涂層表面有許多微小氣泡。
有時為了增加產(chǎn)量，采取提高涂布速度，有可能出現(xiàn)出現(xiàn)空氣夾帶弊病，為了消除這種弊病，采取減小間隙的操作方法。過小的間隙，使涂布輥和背輥相互擠壓，額外地增加了電機和減速機的負(fù)載，造成不正常的磨損。這也是漿料在逆轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)移涂布速度受限止的原因之二。
二．
干燥的工藝基礎(chǔ)
1．
涂布和干燥的相互關(guān)系
干燥過程和涂布過程各自獨立，又相互聯(lián)系。
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涂層的性質(zhì)，影響到干燥工藝的設(shè)計和操作
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涂布速度、涂層的厚度-決定干燥長度
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干燥過程中涂層有流平過程
因此一臺涂布在設(shè)計過程中能否準(zhǔn)確地運用最佳的涂布、干燥工藝，平衡兩者的關(guān)系，最終影響到涂布機的綜合技術(shù)性能。
2．極片干燥的方式
極片干燥有多種方式，目前應(yīng)用的有如下幾種：
（1）遠紅外輻射干燥特點和應(yīng)用

遠紅外干燥是用遠紅外發(fā)射元件將熱能輻射到干燥物體表面，使液體蒸發(fā)汽化進行干燥。特點：
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其干燥速度主要取決于輻射溫度，溫度高，干燥速度快。
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其優(yōu)點是設(shè)備比較簡單，因此都在比較低擋的涂布機中應(yīng)用。
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其缺點是干燥效率低，干燥不均勻，容易產(chǎn)生干燥弊病。
（2）熱傳導(dǎo)熱鼓干燥特點和應(yīng)用
熱鼓干燥是干燥物體背面緊貼于加熱的轉(zhuǎn)鼓表面，熱能通過傳導(dǎo)傳遞到干燥物體，使液體蒸發(fā)汽化進行干燥。起特點是：
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干燥速度取決于熱鼓的溫度
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設(shè)備比較笨重，
通常應(yīng)用于紙張和布匹干燥，因此在極片涂布機中應(yīng)用很少見。
（3）雙面送風(fēng)飄浮干燥的特點和應(yīng)用
漂浮干燥是在干燥片材雙面設(shè)置特殊設(shè)計的風(fēng)嘴，送高速噴射的氣流，在空氣流動附壁效應(yīng)的作用下，垂直作用到干燥片材上，在氣流的作用下，干燥片材呈漂浮狀態(tài)進行干燥。形成漂浮干燥的條件及其特點：
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在干燥片材的雙面設(shè)置風(fēng)嘴
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風(fēng)嘴設(shè)計能產(chǎn)生附壁效應(yīng)
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有足夠高的噴射風(fēng)速
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干燥時片狀干燥物料呈漂浮狀態(tài)
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能進行雙面干燥，干燥效率高
其缺點是：
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雙面送風(fēng)動力消耗大
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干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大
漂浮干燥在紙張涂布機的干燥中廣泛采用。紙張是滲透性材料，濕涂層中的水分（溶劑）可以滲透到背面，因此可以進行雙面干燥，具有干燥效率高的優(yōu)點。但是鋰離子電池極片的基材是銅箔和鋁箔，漿料的溶劑不能滲透到背面干燥，干燥過程只發(fā)生在涂布漿料的一面。因此漂浮干燥的優(yōu)點不能在極片干燥中發(fā)揮出來，反而造成干燥能源（加熱、送風(fēng)）的浪費。因此日本平野的設(shè)備機構(gòu)比較復(fù)雜，價格昂貴，而且能源消耗大，設(shè)備運行成本高。
國內(nèi)有的公司生產(chǎn)的極片涂布機，在形式上模仿日本涂布機的雙面送風(fēng)，但他們的風(fēng)嘴結(jié)構(gòu)不能產(chǎn)生附壁效應(yīng)，風(fēng)嘴的風(fēng)速不足以托起干燥的極片，根本形成不了漂浮狀態(tài)。這種盲目模仿漂浮干燥的雙面送風(fēng)不但不具備漂浮干燥的優(yōu)點，反而帶來了高能耗的弊病。
（4）常規(guī)對流熱風(fēng)干燥

對流干燥是比較傳統(tǒng)的干燥技術(shù)。加熱的干燥空氣送入烘道，干燥空氣中的熱能通過空氣的對流傳導(dǎo)到被干燥物體，使液體蒸發(fā)汽化進行干燥。其優(yōu)點是設(shè)備簡單。其缺點是干燥效率低。在現(xiàn)代干燥設(shè)備中逐漸被高效熱風(fēng)沖擊干燥所取代。
（5）循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥特點和應(yīng)用
熱風(fēng)沖擊干燥技術(shù)是利用空氣噴射流體力學(xué)原理發(fā)展起來的高效干燥技術(shù)。干燥空氣通過特殊設(shè)計的風(fēng)嘴，以高速噴射到被干燥物體表面，在干燥物體表面阻礙干燥靜止空氣層在沖擊作用下被破壞，從而加快了干燥過程，使干燥效率大大提高。形成沖擊干燥的條件是：
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有噴射空氣噴射口（可以是氣嘴、條縫或圓孔）
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噴射口氣嘴的形式、排列、結(jié)構(gòu)及數(shù)量要經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計
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在噴射口的噴射速度足夠大，能破壞干燥表面的靜止空氣層
循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥的特點是：
干燥速度和溫度有關(guān)，而且和干燥風(fēng)量有關(guān)。可以通過部分循環(huán)干燥空氣送風(fēng)加大風(fēng)量提高干燥速度，大大提高干燥空氣的熱量的利用，因此循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥具有高效節(jié)能的特點。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的沖擊干燥的干燥效率比普通的熱風(fēng)干燥效率高一倍。特別適用干燥片狀或帶狀物料的干燥，因此在膠片干燥中得到廣泛的應(yīng)用。另外用增大送風(fēng)量來提高干燥速度，可以避免采用高溫干燥可能產(chǎn)生的龜裂干燥弊病。
目前有的廠家生產(chǎn)的涂布機用的熱風(fēng)干燥，也用風(fēng)嘴送風(fēng)，從形式上看和沖擊干燥類似，但是其風(fēng)嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計和風(fēng)量及風(fēng)速都起不到?jīng)_擊效果，干燥過程仍屬對流干燥，干燥效率不高。
3．熱風(fēng)干燥的基本過程
涂布后的漿料的干燥由下面二種熱量和質(zhì)量的傳遞過程組成：
（1）
表面液體的蒸發(fā)汽化過程
濕涂層通過和干燥熱氣的熱交換，吸收干燥空氣的熱量，在涂層表面的液體不斷地蒸發(fā)為蒸汽進入空氣，并由干燥空氣將蒸汽帶走。
在濕涂層的液體含量比較多（臨界濕含量以上）的時候，的表面汽化速度的快慢，取決于如下因素：
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表面空氣流動速度
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干燥空氣的濕度
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干燥空氣的溫度
當(dāng)涂層干燥到其濕含量到達臨界濕含量后，表面的汽化速度取決于涂層內(nèi)部的液體的擴散速度。
（2）
內(nèi)部液體擴散過程

由于在涂層表面的汽化，使涂層表面的液體的濃度變小，涂層內(nèi)部的液體不斷地向表面擴散。
4．干燥過程的階段
物料的干燥過程分如下幾個階段：見圖7.3
(1)
過渡階段—圖7.3干燥開始時的膜溫度下降的部分。
涂布后的涂層進入干燥箱，膜的表面由于發(fā)生溶劑或水的汽化吸熱而使其溫度逐漸下降。有流平過程。
(2)
恒速干燥階段——圖7.4中溫度保持不變的幾個部分。溫度圖7。4中干燥速度不變的部分。

恒速干燥階段的特點：
①涂層表面有足夠的水分或溶劑，
②干燥的速度受外部條件-氣化速度的控制。
③干燥速度恒定
④大部分水分或熔劑在這個階段氣化。
⑤涂層的表面溫度等于干燥空氣的濕球溫度
（3）
降速干燥階段—圖7.3中溫度升高的部分，圖7。4的降速部分。
①干燥速度受內(nèi)部擴散速度控制
②干燥速度下降
③涂層溫度升高干燥時間長
(1)
干燥控制(7.5)
在恒速干燥階段，干燥控制的基本參數(shù)：
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干燥空氣的干球溫度
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空氣中濕含量（溶劑含量）
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空氣的速度
4．極片干燥出現(xiàn)的干燥弊病
(7.6.3 皺皮)
龜裂