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熱熔型壓敏膠塗佈的技術提示

狹縫式塗佈頭的流道設計

在使用狹縫式塗佈頭塗佈熱熔壓敏膠時,熱熔膠通常透過熱熔膠機供料,並經由進料接頭進入模頭的入口區域,接著流入模頭的分配腔。分配腔的主要功能是將膠從模頭中心均勻分配至兩端。衣架形狀的分配腔設計對於實現模頭內部的均勻分佈至關重要。塗佈寬度越大,膠料分佈至模頭兩端的難度也越高。

A coat hanger-shaped manifold design
A coat hanger-shaped manifold design

分配腔的設計與預留長度主要取決於流變性(即材料的流動特性),其次則是製程條件。


狹縫式塗佈頭可以針對特定熱熔壓敏膠的流變性進行設計,也可以針對幾種不同類型的壓敏膠進行優化(同時考量其他可能使用的膠材),或採取折衷設計以涵蓋多種壓敏膠流變性。黏度較高的塗佈材料通常需要更大的分配腔,因為其流動阻力較大。較大的分配腔可提供足夠空間讓膠料在進入預留區前充分展開。


預留區的作用是讓塗佈材料在進入唇口區之前均勻分佈。唇口間隙可透過機械間隙或墊片進行調整,藉此對模頭唇口進行輪廓設定,以達到儘可能均勻的塗佈重量。儘管塗佈的整體厚度/重量主要取決於流量與線速的組合,但塗佈液的細部分佈則由預留長度與唇口間隙決定。一般而言,唇口間隙越大,壓力越低,膠料會集中流向中心;唇口間隙越小,壓力越高,膠料則會被導向模頭兩端。


唇口間隙的輪廓設定會調整分配腔內部壓力,進而增加或減少流動阻力。這種流動阻力會改變液體的速度,導致其在模頭不同區域的分佈量有所變化。由於是在調整壓力,因此即使是微小的變動,也需要一些時間讓壓力與分佈穩定下來(通常在30秒至數分鐘之間,視調整幅度與液體特性而定)。一旦進行調整,壓力變化必須在整個封閉系統中傳遞回泵浦,才能達到穩定。操作人員會觀察到變化,但不會立即看到完整的變化結果。

儘管壓力與流量的變化在數分鐘內就會發生,但操作人員需了解,這些變化不會立即反映在量測掃描器上。由於掃描器會綜合多次掃描結果(以減少機台方向上的變異),並提供真實的橫向分佈輪廓,因此完整變化可能需要10至15分鐘才會顯現。


在進行液體輪廓設定時,還會出現另一種延遲反應,這次則與塗佈間隙有關。當唇口輪廓/壓力調整導致某一區域塗佈變厚或變薄(即塗佈重量變重或變輕)時,該區域的熱熔膠塗佈量也會改變,進而對背輥施加不同的熱量。背輥在受熱較多時會略微膨脹,受熱較少時則會收縮,這將相應地影響塗佈厚度/重量。

這種塗佈間隙輪廓的變化可能需要20至30分鐘(視調整幅度而定)才會透過量測系統顯示為塗佈輪廓的變化,原因與前述掃描時間延遲相同。


塗佈間隙

熱熔膠經由泵浦輸送至模頭,並在出口處與移動中的基材接觸。基材通常在擠出口後方由橡膠或鋼製背輥支撐。對於熱熔壓敏膠(PSA)的塗佈,膠料是被推擠至橡膠背輥上,以剪切方式將膠料塗佈至基材表面。由於熱熔膠的流體特性與基材表面的表面能,需施加壓力(作用力)才能達到良好的潤濕效果。透過液壓壓力,塗佈液珠形成塗佈間隙,因此操作上的塗佈間隙即為塗佈厚度。

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這使得塗佈間隙的控制(包括唇口平整度與背輥的徑向跳動 TIR)變得更加關鍵。唇口間隙可透過輪廓設定來達成均勻塗佈,但塗佈間隙則決定是否能維持該均勻性,或可能導致塗佈輪廓失真。若某一區域的塗佈間隙較大,該區域即成為流動阻力最小的路徑,膠料將集中流向該處。這種「最小阻力路徑」的流動在擦塗(wipe coating)中尤其明顯(相較於拉塗 draw coating),因為膠料與背輥距離極近,壓力容易累積。


因此,通常會使用溫控背輥(客戶常設定加熱至約 80°C,遠低於熱熔膠的熔融溫度)以減少塗佈時熱熔膠對背輥造成的熱傳與變形。即使採用溫控,背輥在中心區域仍可能因受熱而膨脹,導致塗佈厚度變化。此外,根據模頭設計,模頭本身也可能因導線槽(wire pocket)而出現輕微變形。


為了補償背輥(或模頭)變形,模頭通常會透過定位器在兩端進行機械或熱彎調整,以確保整個模頭的塗佈間隙均勻一致。


偏移設定(Offset


當熱熔膠流入模頭,經過分配腔、預留區與唇口區後,膠料從模頭出口形成塗佈液珠,位於唇口面與基材之間。此液珠的操控可透過模頭本體的偏移來實現。塗佈液珠的壓力分佈會影響液面(meniscus)的位置。


偏移的設定通常透過墊片與偏移塊系統來調整唇口面,使其呈現平行、下咬(underbite,塗佈頭下部在前)或上咬(overbite,塗佈頭頭上部在前)狀態。


在塗佈熱熔壓敏膠時,上咬與下咬兩種設定皆可使用。我們建議先從唇口面齊平開始,再根據溢膠、回流或塗佈外觀判斷是否需要進一步調整。


根據我們的經驗,當塗佈較薄的壓敏膠時,上咬設定會更有幫助。薄層、輕量塗佈的挑戰在於塗佈間隙與唇口間隙極小,塗佈窗口有限。上咬設定可改善剪切效果與塗佈外觀,並在上游形成較大的膠料儲區(melt well),使液面位置向下唇口移動,穩定塗佈液珠,提供更多可塗佈的膠料,有助於避免空氣夾入或產生空洞。


若塗佈厚重但黏度低的熱熔壓敏膠,則可採用下咬設定,以形成更大的膠料儲區,讓厚層濕膠順利通過,同時保持下唇口靠近背輥,避免膠料在模頭唇口上游溢出。

偏移設定也可應用於不同的生產階段。在薄層壓敏膠塗佈中(尤其是推擠至橡膠背輥時),採用微小的下咬設定有助於控制膠料在從「拉線速度」轉換至「生產速度」時,避免膠料擴散超出擠出口寬度。


攻角(Angle of Attack)


「攻角」是指模頭唇口面(由模頭定位器控制)相對於背輥與基材的角度。進攻角會影響塗佈間隙中的壓力降與流速。通常會採用正向收斂角(即下游唇口更接近基材),以增加壓力降(因塗佈間隙縮小)、提高流速並加強熱熔壓敏膠的剪切效果。這種剪切也有助於改善塗佈表面外觀。

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進攻角的調整可維持平行且不發散的流動路徑,其原理是利用唇口面與背輥圓周的幾何關係。模頭與背輥在 0° 偏移時的正確設定,是模頭下唇口面延伸出的平面穿過背輥中心。旋轉軸應位於下唇口面與其唇口表面的交點。

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若下唇口出口位置與背輥中心平行且對齊,則需根據方向調整進攻角的大小。

我們建議使用以下公式作為進攻角的起始設定:

Wet lip face length (in.) / (backing roll diameter [in.] X .0175) = starting attack angle (degrees)

唇口面長度(英吋) /(背輥直徑 [英吋] × 0.0175)= 起始攻角(度)


*若使用非旋轉棒式唇口嵌件且搭配橡膠背輥,則需將計算出的進攻角乘以 2,以補償橡膠背輥的壓縮變形。

*若使用旋轉棒式嵌件,則建議從 0 度角開始設定。

以上僅為起始參考值,實際設定仍需依據塗佈外觀、膠料殘留等因素進行調整。


進攻角過小(即發散角,上游唇口更接近基材)可能導致空氣夾入,造成塗佈不穩定,例如出現條紋或人字紋,且塗佈表面可能較為暗淡。


進攻角過大(即收斂角,下游唇口更接近基材)則可能使液面超出下唇口面,導致膠料下溢,空氣在液面不穩定時被夾入,進而產生塗佈空洞、塗佈重量不均與上唇口過度磨損等問題。


大多數情況下,會採用正向進攻角(通常不超過 2.0°),以增加壓力降並剪切熱熔壓敏膠,達成光滑亮面的塗佈效果。進攻角可在運行中即時微調(精度達 0.1°),直到塗佈外觀達到理想狀態。


負向進攻角較少使用,但在低黏度、超厚塗佈(高塗佈重量)時可能會搭配使用。超厚塗佈會增加塗佈間隙,而負向進攻角則有助於支撐塗佈液珠,避免回流。

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再次強調,以上建議僅供參考,實際設定仍需依據膠料流變性、液體表面張力、基材表面能等因素調整。不同基材(如 PET 聚酯、紙張、鋁箔)因表面能不同,會影響塗佈附著力與缺陷表現。


旋轉棒(Rotary Rod)


旋轉棒搭配唇口設計主要用於處理污染物,避免其卡在模頭與基材之間,造成模頭痕或條紋。當塗佈厚度低於 50 微米時,因塗佈間隙極小,通常建議使用旋轉棒。旋轉棒也能稍微改善塗佈表面外觀,其旋轉速度可依外觀需求調整。


一般而言,旋轉棒唇口面會設定齊平,因旋轉棒本身已突出於唇口之外。

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塗佈頭設定流程

塗佈頭初始設定可依以下步驟進行:

  1. 設定唇口面偏移

  2. 設定初始唇口間隙(若使用擋片則安裝)

  3. 設定攻角

  4. 設定塗佈間隙


根據所需的塗佈外觀、品質與均勻性,可能需進行調整以達到理想參數。首要調整項目為塗佈外觀,可透過塗佈間隙與進攻角進行微調。若出現膠料擴散超出擠出口寬度、回流或塗佈缺陷,可將模頭暫時停止塗佈並調整偏移設定。


一旦達成穩定潤濕與光滑表面後,即可透過間隙/唇口輪廓設定來優化塗佈均勻性。

目標是使用最大可能的「濕唇口面至基材間隙」搭配最小進攻角,以達成平滑且可接受的塗佈效果。這可避免膠料從下方乾唇口漏出,並促進塗佈一致性與重複性,減少調整次數。


結語

總結而言,壓敏膠膠帶製造商在使用狹縫式塗佈頭塗佈時,面臨多樣化需求,因此極需實用且易於操作的指引,以優化此精密塗佈技術。本文旨在協助企業提升效率與性能,最終目標是讓製造商具備充分的工具與知識,能在既有與新設備上充分發揮狹縫式塗佈頭塗佈的優勢,確保熱熔壓敏膠生產的品質穩定且一致。

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