一种光热双重固化表面微结构薄膜制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，具体是一种光热双重固化表面微结构薄膜制备方法。

背景技术

表面微结构薄膜主要通过在材料表面构造不同的微结构，可以使材料表面具备超疏水、耐磨减阻、陷光等特性。这在航空航天、微电子、生物医学、汽车、能源等技术领域具有巨大的应用前景和技术价值。

传统工艺采用UV单一固化或先UV固化再热固化两种工艺。随着这类材料应用的迅速拓展,复杂形貌、高深宽比的表面微细结构的需求越来越多,对卷对卷紫外光固化压印工艺质量要求也不断提高。由于微结构尺寸细小,成型速度快,材料充型时间较短,容易存在材料充型不饱满,造成气泡缺陷等结构缺陷。

在表面微结构薄膜材料固化过程中,材料与模具之间易发生粘接现象,与固化收缩应力以及脱模的机械应力共同作用,都容易导致微结构发生破损断裂现象。由于光固化树脂是由树脂单体及预聚体组成，含有活性官能团，能在紫外光照射下由光敏剂引发聚合反应。光固化树脂的固化过程中，由于交联反应使分子量迅速增加，材料的韧性降低，变得很脆，因此容易产生裂纹；光固化树脂在紫外线照射下容易老化，发黄，性能下降。光固化树脂的耐热性较差，其工作温度一般不超过100℃，在高温下容易变形。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种光热双重固化表面微结构薄膜制备方法，通过该制备方法得到的表面微结构薄膜提高了表面微结构尺寸精度、结构耐候性、柔韧性和耐温性，解决了表面微结构制作中存在的材料与模具之间易发生粘接问题，以及表面树脂结构与基材的附着力差的问题。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种光热双重固化表面微结构薄膜制备方法，该方法的具体步骤如下：

步骤一：混料

将原料混合后进行搅拌，所述的原料包括：93％～96％低聚物树脂、1％～2％热固化剂、2％～3％的光引发剂、0.5％～2％的流平剂和0.5％～2％的消泡剂；

步骤二：放卷

将材料基材安装至放卷位置，材料基材调整张力至0.4kg/cm

步骤三：预涂布和热固化

将步骤一中混合后的原料采用辊涂方式、刮涂方式、帘式涂布方式、挤压涂布方式和气刀涂布方式的方式通过涂布头均匀涂在基材薄膜表面进行预涂布，然后对预涂布工序后的基材薄膜进行热固化得到预固化树脂与PET基膜的复合材料，所述的热固化的方式包括电加热、气加热和红外加热；通过在预涂布工序后使用热固化工艺，为微结构成型工艺热固化提供精确的涂层厚度、预成型涂层平面，提高了微结构表面耐候性、柔韧性，具有较低的交联密度和较高的延展性，解决了单一光固化表面固化不完全问题。

步骤四：微结构成型和光固化

将预固化树脂与PET基膜的复合材料通过带有微结构模具的辊筒进行压纹成型，通过UV光固化后得到具有微结构表面的复合材料，所述的表面微结构为金字塔结构、蛾眼结构、瓦楞结构，带曲面的凹坑结构等具有平面和曲面或平面和曲面结合的凹凸结构，在微结构成型后使用光固化工艺，使表面微结构薄膜具有较高的交联密度可提高在丰满度光泽度，以及提供卓越的耐化学性；

步骤五：收卷

根据出厂要求进行收卷、分卷、分切等工艺处理；

作为本发明的进一步优选，步骤一中，所述的低聚物树脂是由丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等一种或多种混合得到。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，所述的固化剂包括胺类固化剂、酚醛树脂固化剂。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，所述的光引发剂包括的自由基光引发剂和阳离子光引发剂分别应用于自由基体系和阳离子体系。

作为本发明的进一步优选，自由基光引发剂为有羰基化合物、偶氮化合物、有机硫化物、氧化还原物质、卤素化合物、有机金属化合物、增咸染料，阳离子光引发剂为二芳基碘盐，三芳基硫盐或芳茂铁盐。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，所述的原料混合搅拌的速度为1000r/min～3000r/min，搅拌时间2h～6h。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，所述的低聚物树脂粘度为1000cps～5000cps，固含量为99％～100％。

作为本发明的进一步优选，步骤二中，基材为透光的薄膜材料，主要包括：聚乙烯聚合物、聚酯薄膜、聚氯乙烯薄膜和聚氨酯薄膜。

作为本发明的进一步优选，步骤二中，所述的薄膜厚度30μm～500μm，宽幅300mm～1500mm。

作为本发明的进一步优选，步骤三中，涂布头的涂布速度为

0.5m/min～20m/min，热固化的温度为40℃～200℃。

作为本发明的进一步优选，步骤四中，通过LED光源对压印过程中树脂进行光固化，LED光源的波长为360nm～370nm。

有益效果：本发明所述的一种光热双重固化表面微结构薄膜制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、通过使用热固化预涂布工艺，为后端微结构成型工艺热固化提供精确的涂层厚度、预成型涂层平面；

(2)通过使用热固化预涂布工艺提高了微结构表面耐候性、柔韧性，具有较低的交联密度和较高的延展性；

(3)、通过使用热固化预涂布工艺解决了单一光固化表面固化不完全问题；

(4)、通过采用光固化工序，使表面微结构薄膜具有较高的交联密度可提高在丰满度光泽度，以及提供卓越的耐化学性；

(5)、由于固化时间较短，可以大提高生产效率，减少零件表面的生产过程中的表面污染，提高良品率；

(6)、双重固化树脂对基材具有较高的附着力，避免后期材料在使用过程中出现分离、脱膜等问题发生。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明所述的一种光热双重固化表面微结构薄膜制备方法，该方法的具体步骤包括：混料、放卷、预涂布和热固化、微结构成型和光固化、收卷，如图1所示，该工艺涉及到的结果包括混料搅拌机1，放卷装置2，狭缝涂布头3，电加热烘箱4，微结构模具辊5，UV-LED固化装置6，冷却辊7和收卷装置8。实例1：

步骤一、混料

将93％的丙烯酸树脂，1％胺类固化剂，3％的羰基化合物，2％的流平剂和1％的消泡剂作为原料在搅拌桶1内混合，以1000r/min～3000r/min的速度搅拌2h～6h，直至粘度为3000cps～3500cps；

步骤二：放卷

将成分为聚乙烯聚合物的透光状薄膜作为材料基材安装至放卷位置2，材料基材调整张力至0.4kg/cm2，薄膜厚度30μm，宽幅300mm；

步骤三：预涂布和热固化

将步骤一中混合后的原料采用辊涂的方式通过涂布头3均匀涂在基材薄膜表面进行预涂布得到厚度为30μm的湿膜，涂布头的涂布速度为0.5m/min，然后对预涂布工序后的基材薄膜通过电加热的方式进行热固化，电加热为同烘箱4对基材薄膜进行热固化，烘箱温度氛围第一节烘箱40℃、第二节烘箱80℃、第三节烘箱100℃、第四节烘箱80℃，四节烘箱风量控制45％，热固化的温度为40℃，最终得到预固化树脂与PET基膜的复合材料

步骤四：微结构成型和光固化

预固化树脂与PET基膜的复合材料通过带有金字塔结构模具的辊筒5进行压纹成型，通过UV光固化装置进行光固化压印成型，得到具有微结构表面的复合材料，通过LED光源6对压印过程中树脂进行光固化，LED光源的波长为360nm～370nm；

步骤五：收卷

根据出厂要求进行收卷7、分卷、分切等工艺处理。

实例2：

步骤一、将34％的环氧树脂和60％的聚氨酯树脂，2％的酚醛树脂固化剂，3％的二芳基碘盐，0.5％的流平剂和0.5％的消泡剂作为原料在搅拌桶1混合，以2000r/min的速度搅拌4h，直至粘度为3200cps；

步骤二：放卷

将成分为聚酯薄膜的透光状薄膜作为材料基材安装至放卷位置2，材料基材调整张力至0.5kg/cm

步骤三：预涂布和热固化

将步骤一中混合后的原料采用刮涂的方式通过涂布头3均匀涂在基材薄膜表面进行预涂布得到厚度为35μm的湿膜，涂布头的涂布速度为10m/min，然后对预涂布工序后的基材薄膜通过红外加热的方式进行热固化得到预固化树脂与PET基膜的复合材料，热固化的温度为40℃；

步骤四：微结构成型和光固化

预固化树脂与PET基膜的复合材料通过带有蛾眼结构模具的辊筒5进行压纹成型，通过UV光固化装置进行光固化压印成型，得到具有微结构表面的复合材料，通过LED光源6对压印过程中树脂进行光固化，LED光源的波长为365nm；

步骤五：收卷

根据出厂要求进行收卷7、分卷、分切等工艺处理；

实例3：

步骤一、将93％的聚氨酯树脂，1％胺类固化剂，2％的三芳基硫盐，2％的流平剂和2％的消泡剂作为原料在搅拌桶1混合，以3000r/min的速度搅拌6h，直至粘度为3000cps～3500cps；

步骤二：放卷

将成分为聚氯乙烯薄膜的透光状薄膜作为材料基材安装至放卷位置2，材料基材调整张力至0.6kg/cm

步骤三：预涂布和热固化

将步骤一中混合后的原料采用帘式涂布的方式通过涂布头3均匀涂在基材薄膜表面进行预涂布得到厚度为40μm的湿膜，涂布头的涂布速度为20m/min，然后对预涂布工序后的基材薄膜通过氮气加热器4进行气加热的方式实现热固化，热固化的温度为200℃，最终得到预固化树脂与PET基膜的复合材料

步骤四：微结构成型和光固化

预固化树脂与PET基膜的复合材料通过带有瓦楞结构模具的辊筒5进行压纹成型，通过UV光固化装置进行光固化压印成型，得到具有微结构表面的复合材料，通过LED光源6对压印过程中树脂进行光固化，LED光源的波长为370nm；

步骤五：收卷

根据出厂要求进行收卷7、分卷、分切等工艺处理；

实例4：

步骤一、将96％的环氧树脂，1％的胺类固化剂，2％的芳茂铁盐，0.5％的流平剂和0.5％的消泡剂作为原料在搅拌桶1混合，以1800r/min的速度搅拌5h，直至粘度为3300cps；

步骤二：放卷

将成分为聚氯乙烯的透光装薄膜作为材料基材安装至放卷位置2，材料基材调整张力至0.5kg/cm

步骤三：预涂布和热固化

将步骤一中混合后的原料采用挤压涂布的方式通过涂布头3均匀涂在基材薄膜表面进行预涂布得到厚度为37μm的湿膜，涂布头的涂布速度为10m/min，然后对预涂布工序后的基材薄膜进行热固化，所述的热固化的方式为红外加热，热固化的温度为200℃，得到预固化树脂与PET基膜的复合材料

步骤四：微结构成型和光固化

预固化树脂与PET基膜的复合材料通过带,带曲面的凹坑结构模具的辊筒5进行压纹成型，通过UV光固化装置进行光固化压印成型，得到具有微结构表面的复合材料，所述的表面微结构为，通过LED光源6对压印过程中树脂进行光固化，LED光源的波长为370nm；

步骤五：收卷

根据出厂要求进行收卷7、分卷、分切等工艺处理。

根据上述配比和工艺得到的材料进行测试：

总结：通过实例1～4，本工艺前端预涂布热固化、压印光固化双重固化涂布工艺，解决表面微结构制作中存在的材料与模具之间易发生粘接问题，得到高柔软性、高耐候性、结构尺寸精度高、附着力好的表面微结构薄膜复合材料。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。