张力辊是起什么作用的(锂电池极片涂布过程起皱原因分析及对策)

Posted 2023-05-25

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张力辊是起什么作用的(锂电池极片涂布过程起皱原因分析及对策)

来源：锂电前沿

涂布是将具备特定功能的材料附着在目标基材表面，取代原有基材的固气界面，以保护基材或改善基材的表面功能，赋予基材新的功能特性；或直接利用涂层的表面特性，以提高最终产品的使用价值或利于后续加工。

近几年，随着涂布基材快速发展、精密电子产业以及新能源产业的迅速崛起，现代工业产品的制造对于涂布技术和涂布环境提出了越来越高的要求，如各种平面显示器的光学膜、软性印刷电路板以及新能源相关的锂离子电池电极等。精密涂布应用范围不断扩大使得早期的纺织涂布逐渐被更薄更精密的薄膜涂布所代替。而薄膜相对纺织品，基材更薄，耐温情况偏差，在涂布过程中更加容易产生起皱情况，给工艺技术带来较大的挑战。

文中所描述的涂布，并不是狭义上单指涂布工段，而是广义上泛指实现涂布产品的整个生产线，包括放卷、涂布上胶、烘道、收卷、牵引、复合等。本文将总结涂布过程中容易发生起皱的原因及解决方案，为技术人员提供一定的参考。

原因分析及解决对策

设备问题

导向辊的不平行

从设备安装角度来看，不论精度多高的设备，在运行了一段时间后，由于涂布片材在运行各张力的作用下会导致作用包角的导向辊发生偏移，而实际生产过程中发生褶皱，没有经验的生产班组以及技术人员，特别是对没有采取过程零缺陷控制的企业来说，往往第一时间会做导向辊的调整，而忽视了真正引起褶皱的其他几方面原因，从而导致导向辊的上下或左右不平行变成影响起皱的最主要原因。

解决方案：首先需测量观察不平行的单根导向辊的左右直径是否一致，若不一致则需直接更换导辊；若左右直径一致则需要调整。具体调整方法：选择好基准点，先目测平行度，观察导向辊之间的间隙，之后再用辅助工具做测量，工程上最实用的测量方法是用卷尺绕过两根导向辊形成闭环椭圆读取周长，根据数据差异做出相应调整。

导向辊的安装问题

设备在安装导辊时，若两根导辊间隙过小，在没压合之前容易将薄膜挤成褶皱。生产运行过程中，由于导辊运转不佳或导辊表面有脏物造成膜不能伸展。

解决方案：增大导辊间隙，减小片路中对导向辊的包角。导辊轴承应按时加润滑油，及时清理导辊表面脏物，保持导向辊干净无异物。

复合压力的问题

设备上，存在气缸、结构、胶辊设计不合理以及安装不到位的情况，导致复合辊两侧的压力不一致。

工艺上，存在胶辊压力设置过大的问题，导致薄膜过辊面时被压成褶皱印。

生产计划上，不同门幅产品之间的生产切换，主要是门幅窄的产品切换成门幅宽的产品，特别是门幅窄的产品生产时间越长，从橡胶辊剖面微观上分析，越容易在窄门幅对应尺寸上形成一定的凹印，成为“哑铃”形状，见图1。此时切换成宽门幅产品时，该凹印处会出现受力不均的情况，轻的形成压痕印，严重的导致起皱。

(a)正常橡胶辊状态

(b)变形后的橡胶辊状态

图1 橡胶辊状态

解决方案：设备定期做复写纸测试，两张A4纸夹着复写纸，抬辊各自放置在辊子的两头，然后压辊，取出，根据复写纸压痕的深度来判定两侧的复合压力是否一致，若不一致需要做调整；工艺方面可以适当地减少复合压力；生产线最好安排生产同一种门幅的产品，或尽量避免长时间只安排生产窄幅产品，宽窄产品可穿插安排生产。

强制性纠偏

基材运行时，其边缘位置由于不能稳定地固定在一个位置上行走，会出现“蛇形”现象，因此需要设定纠偏装置来防止偏歪。但若纠偏位置匹配不当或校正不合理，则会发生强制性纠偏，此现象不是因为涂布过程中的自然走形，而是因为放卷位置与收卷位置不在一条线上而发生的强制性纠偏。该情况对于生产线长度偏短的生产线而言更加敏感，而对于长度稍长的生产线由于缓冲空间较大，会在生产过程中发生累计纠正，最终不影响整体生产状态。

解决方案：关掉放卷或收卷纠偏，让其通过自然走位到稳定位置后打开纠偏，做好位置标识，并作为放卷和收卷的固定位置。

气涨轴偏心

气涨轴一旦发生一边有气一边没气的情况，整体的卷姿便会发生偏心。从侧向微观上来看，是由长方形变成了“子弹头形”，见图2。生产受力在紧的一头，扁的一头处于松弛状态，从而形成受力松紧不一的情况导致褶皱。

解决方案：更换气涨轴。

(a)正常状态

(b)偏心状态

图2 气涨轴形态

基材问题

基材自身的张力不均匀

涂布过程中，基材不论是自产或者外购，都已是成卷的材料，会存在基材放卷出来有本文描述的这些情况。有横向的宽幅单边松紧差异，生产过程中张力作用在紧的一边，收卷时松的一边成为蓬松状态而产生起皱；有纵向的松紧波动，生产过程中由于跟踪辊的速度差导致涂布过程上胶不均匀。

解决方案：可以直接更换基材或适当加大基材的放卷张力，但不可过大。

基材在生产时发生的形变

基材在生产中发生变形主要受温度、受张力以及遇水收缩的影响。

如PET膜，其正常的软化温度为150 ℃～180 ℃，当原膜粒子混有杂质或使用回收膜拉延出来的PET膜，其软化温度不足150 ℃，静态时的热收缩测量暂无好的方法，生产在一定的工艺参数下会导致薄膜在烘箱中由于受温度作用而产生收缩起皱。

如热熔胶膜，在受温度及张力的作用下会产生展平，收卷后由于热胀冷缩及自身弹性的作用使得胶膜自身产生收缩，会导致收卷的产品产生起皱，特别是两种不同基材复合的情况，上基材与下基材的收缩情况不一致将产生鼓起或橘皮情况。

如全棉布，当所涂胶的胶黏剂为水性胶时，全棉布会遇水收缩，由于涂胶宽度是按照收缩前进行设定的，若没有定形设备，涂胶烘干后会在收缩处形成胶皮。同时全棉布也有遇热收缩的特性，生产过程中受温度影响会发生收缩。因此，当与其他基材复合经过有温度的热辊时，会产生一定的形变。合理的工艺条件下，由于涂布过程中有张力的作用，这种形变发生的不明显，当卷材成卷后，若上下基材结合力不够，或者上胶不匀，会在结合力不够或上胶不匀处产生收缩差，由于这种形变发生是不可逆的，便出现了橘皮、鼓起等起皱现象。

解决方案：保证产品复合牢度及烘干的前提下，降低热辊或烘箱温度，保证产品正常涂布中减小或无放卷张力，同时使收卷张力尽量偏大。

基材张力不匹配

该原因引起的褶皱主要为竖向和斜向。竖向褶皱原因：过程张力过大，复合时无法展平，上下基材复合后起皱。斜向褶皱原因：过程张力过大、纠偏不当，造成基材本身松紧不一，受力不均匀，有规律地向松的一边皱叠。

解决方案：基材厚度越小则张力越小，基材门幅越窄则张力越小。若没有遵循该原则，张力不匹配则容易出现起皱；恒张力放卷、锥度张力收卷是一般生产中采用的张力设定原则，若设定不合理则容易在生产过程中随着卷径的变化而出现褶皱。

工艺问题

张力波动引起的变化

实际生产过程中，牵引辊运行速度一般要比前工段速度偏大，从而发挥牵引的作用，若设定不合理，便会产生起皱。同时如果基材存在纵向的松紧，在涂布过程中由于张力辊(跟踪辊)的作用会存在松紧变化，引起起皱。设备方面电机运行频率波动大也会影响整个生产过程中的松紧变化，从而引起起皱。

解决方案：若是基材自身的问题则直接更换基材；若是工艺上张力设定过大则适当降低张力；若是设备问题则需要维护或更换备用配件。

加热温度过高

当工艺有对涂布后薄膜进行复合的设定时，由于加热温度过高，在复合时薄膜横向被烫成横向褶皱，或者由于温度过高而产生变形起皱。

解决方案：降低温度。

胶层过厚

胶层过厚，特别是胶黏剂的黏度偏大时，两种基材经复合挤压后容易产生滑动而引起起皱。

解决方案：适当降低涂层厚度，或者涂层厚度不变而降低固含量，或选择胶黏剂黏度偏小的原材料。

总之涂布过程出现起皱现象将会影响产品的外观、性能及最终用户的体验。本文从导向辊不平行、导向辊安装、复合压力以及强制性纠偏、气涨轴偏心等设备问题，从基材自身的张力不均匀、基材在生产时发生的形变、基材张力不匹配等基材问题，从生产过程张力波动引起的变化、加热温度过高、胶层过厚等工艺问题，即三个方面分别做了起皱原因分析并提出了解决方案。涂布过程防止起皱是需要一线技术人员和生产人员结合现场经常总结的工作。实际生产中，产品不同或者涂布方式不同都会引起起皱现象，甚至也有可能出现超出本文描述的起皱范畴，这就要求操作人员平时细心观察、及早发现，技术人员及时分析案例、做好总结，从而避免各类原因造成的起皱问题，保证产品质量稳定。

来源：锂电前沿