[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于聚合物薄膜技术领域，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。

背景技术

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：Method of Making a Retro-reflective Beaded Material)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(Ultraviolet Rays，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。

发明内容

本发明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。

本发明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。