Промышленный конвейер производства электрохромного наноструктурированого материала в виде электрохромной пленки

Использование: полезная модель относится к нанесению прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники. Задача: создание конвейера для производства рулонного пакета электрохромной пленки с заданными свойствами, автоматизация и контроль всех промежуточных процессов производства. Сущность полезной модели: промышленный конвейер производства электрохромного наноструктурированого материала в виде электрохромной пленки содержит участок по подготовке пленочного электрохромного состава (ЭХС), имеющий в своем составе последовательно установленные смеситель электрохромного состава, гранулообразователь, миксер-измельчитель, емкость с готовым электрохромным составом, снабженная клапаном-дозатором, между ними имеются регулирующие вентили, далее размещены экструдер получения пленки ЭХС, устройство автоматического нанесения периферийного электрода и устройство нанесения электропроводящего клея на обе стороны ЭХС, далее также по обе стороны ЭХС установлены устройства подачи лавсановой пленки с устройствами нанесения ITO-покрытия на их рабочие поверхности, после чего размещены участок прижима, склеивания, герметизации электрохромной пленки, участок контроля готовой продукции и приемник готовой продукции. Технический результат: снижение себестоимости продукции, повышение качества продукции, повышение производительности труда и качества производства за счет одновременного изготовления: твердопленочного электрохромного наноструктурированного материала из электрохромного состава в виде разветвленного сетчатого трехмерного полимера, ITO-слоя на основе графеноподобных материалов на несущей полимерной прозрачной подложке, производства периферийного электрода заданной конфигурации и формирования электрохромной пленки рулонного типа. 1 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к нанесению прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники [Гусев А.Л., Кондырина Т.Н., Куршева В.В., Пищурова И.А., Ефимов О.Н., Кондратов С.А., Ванников А.В. Перспективы применения гибких электрохромных панелей на объектах ЖКХ и транспортных средствах. // Альтернативная энергетика и экология, 2009, 10, стр. 122-137, Макарян И.А., Ефимов О.Н., Кондырина Т.Н., Куршева В.В., Кондратов С.А. Состояние и перспективы развития энергосберегающих устройств на основе «умного стекла». // Альтернативная энергетика и экология, 2009, 11, стр. 122-137].

Известен способ нанесения прозрачного электропроводящего покрытия, включающий размещение в рабочей камере мишени магнетронного типа, создание основного магнитного поля, создание вспомогательного переменного магнитного поля, размещение подложки со стороны распыляемой поверхности мишени, вакуумирование рабочей камеры, подачу в нее смеси аргона и кислорода, подачу на мишень отрицательного потенциала, создание магнетронного разряда и распыление мишени с нанесением покрытия на подложку, например прозрачного электропроводящего покрытия, в том числе на основе оксидов индия и олова. Переменное вспомогательное магнитное поле создают с помощью соленоида, подключенного к источнику тока, управляемому генератором, с целью увеличения коэффициента использования массы мишени (патент США 4810346).

Недостатками известного способа и устройства являются: использование сложных и дорогостоящих устройств нанесения ITO-слоя - магнетронов, которые также имеют низкий межрегламентный ресурс, низкую надежность, высокие эксплуатационные затраты, необходимость в высоком уровне автоматизации, высокие затраты при техническом обслуживании. Кроме того, применение в данном способе прозрачного электропроводящего покрытия на основе оксидов индия и олова снижает возможность выбора подложки из-за химического взаимодействия металлизированого ITO-покрытия с веществом подложки, а также ограниченностью веществ, обеспечивающих надежную адгезию с металлизированным ITO-покрытием.

Недостатком известного способа и устройства является значительная нестабильность параметров магнетронного разряда, влияющая на скорость нанесения покрытия и соответственно на неоднородность свойств покрытия по толщине, что приводит к значительному разбросу оптико-физических характеристик прозрачных электропроводящих покрытий при нанесении на полимерные подложки. Кроме того, данная технология и устройство не позволяют наладить производство гибких электрохромных панелей рулонного типа.

Изветен способ формирования тонкой электрохромной пленки (П. Японии 2884498, G02F 1/15), в котором описано устройство для его осуществления. В случае формирования электрохромной тонкой пленки из оксида титана аморфной структуры методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе с использованием металлического титана в качестве мишени обеспечивают расход газообразного аргона, подаваемого внутрь камеры, порядка 120-230 см³ (станд. усл.) и проводят распыление. Внутрь камеры для распыления подают газообразный кислород, обеспечивая соотношение 5-20 см³ (станд. усл.). Общее давление внутри камеры составляет 4-11 Па. Электрохромную пленку формируют на электропроводной пленке, расположенной на прозрачной подложке.

Недостатками известного способа и устройства являются: использование сложных и дорогостоящих устройств нанесения ITO-слоя - магнетронов, которые также имеют низкий межрегламентный ресурс, низкую надежность, высокие эксплуатационные затраты, необходимость в высоком уровне автоматизации, высокие затраты при техническом обслуживании. Кроме того, применение в данном способе прозрачного электропроводящего покрытия на основе оксидов индия и олова снижает возможность выбора подложки из-за химического взаимодействия металлизированого ITO-покрытия с веществом подложки, а также ограниченностью веществ, обеспечивающих надежную адгезию с металлизированным ITO-покрытием.

Недостатком известного способа и устройства является значительная нестабильность параметров магнетронного разряда, влияющая на скорость нанесения покрытия и соответственно на неоднородность свойств покрытия по толщине, что приводит к значительному разбросу оптико-физических характеристик прозрачных электропроводящих покрытий при нанесении на полимерные подложки. Кроме того, данная технология и устройство не позволяют наладить производство гибких электрохромных панелей рулонного типа.

Основным недостатком является невозможность формирования электрохромного состава сразу в пленку рулонного типа.

Задачей полезной модели является создание конвейера для производства рулонного пакета электрохромной пленки с заданными свойствами, автоматизация и контроль всех промежуточных процессов производства.

Технический результат заключается в снижении себестоимости продукции, в повышении качества продукции, в повышении производительности труда и качества производства за счет одновременного изготовления: твердопленочного электрохромного наноструктурированного материала из электрохромного состава в виде разветвленного сетчатого трехмерного полимера, ITO-слоя на основе графеноподобных материалов на несущей полимерной прозрачной подложке, производства периферийного электрода заданной конфигурации и формирования электрохромной пленки рулонного типа.

Технический результат достигается тем, что промышленный конвейер производства электрохромного наноструктурированого материала в виде электрохромной пленки содержит участок по подготовке пленочного электрохромного состава (ЭХС) в виде разветвленного сетчатого трехмерного полимера, имеющий в своем составе последовательно установленные смеситель электрохромного состава, гранулообразователь, миксер-измельчитель, емкость с готовым электрохромным составом, снабженная клапаном-дозатором, между ними имеются регулирующие вентили, далее размещены экструдер получения твердотельной пленки ЭХС, устройство автоматического нанесения периферийного электрода и устройство нанесения электропроводящего клея на обе стороны ЭХС, далее также по обе стороны ЭХС установлены устройства подачи полимерной прозрачной пленки с устройствами нанесения ITO-покрытия на их рабочие поверхности, после чего размещены участок прижима, склеивания, герметизации электрохромной пленки, участок контроля готовой продукции и приемник готовой продукции.

Устройство нанесения ITO-покрытия на полимерную пленку может представлять собой CVD-устройство, центрифугу, распылительную сушилку в среде инертного газа, например азота, матричное устройство, 3D-принтер. В качестве ITO-покрытия может быть применен графеноподобный материал в виде дисперсии, например, редуцированный оксид графена или редуцированный оксид графена, допированный металлами.

Предложенная конструкция конвейера значительно повышает производительность конвейера, т.к. электрохромный материал наносится одновременно на две ленты, которые затем соединяются, и получается на выходе готовая электрохромная пленка. Все этапы изготовления данной панели автоматизированы, контролируются датчиками, что позволяет выпускать панели в промышленных масштабах и с высоким качеством. В предложенной конструкции электрохромный состав формируется в твердотельную пленку, что значительно упрощает технологически процесс изготовления электрохромной пленки за счет исключения необходимости использовать сложные, малонадежные, низкоточные и дорогостоящие гидравлические средства нанесения вязкого электрохромного состава на электроды и вместе с тем исключается необходимость тщательной герметизации всего электрохромного пакета. Оба эти фактора способствуют снижению производственных затрат, стоимости конвейера, повышению надежности выпускаемых электрохромных устройств (исключается герметизация и опасность случайных сквозных повреждений пакета, нарушающих работоспособность традиционных электрохромных устройств с жидким электрохромным составом), снижению времени осуществления технологического процесса. Применение твердотельного пленочного электрохромного состава обеспечивает увеличение диапазона рабочих температур электрохромного устройства за счет исключения опасности низкотемпературного вспучивания пакета электрохромного устройства и его вероятного повреждения вследствие этого процесса.

В предложенной конструкции на участке по подготовке пленочного электрохромного состава (ЭХС) электрохромный состав формируется в виде сшитого трехмерного сетчатого полимера, что обеспечивает устойчивость полимерного каркаса при повышении рабочих температур эксплуатации электрохромного устройства за счет того, что электрохромный состав обладает внутренними поперечными связями между цепочками полимера, обеспечивая объемный каркас всей конструкции электрохромного устройства и препятствуя оплыванию электрохромного устройства при его эксплуатации в условиях повышенных температур, а также препятствуя его растрескиванию в условиях пониженных температур эксплуатации.

В предложенной конструкции применение экструдера и процессов экструдирования электрохромного состава обеспечивает производство электрохромного слоя с заданной и равномерной толщиной, что значительно повышает эксплуатационные характеристики электрохромных устройств.

Кроме того, в предложенной конструкции отсутствуют традиционные магнетроны, имеющие высокую стоимость, низкий межрегламентный ресурс, низкую надежность, высокие затраты при техническом обслуживании.

Кроме того, в предложенной конструкции устройство нанесения ITO-покрытия на полимерную пленку представляет собой одно из следующих устройств: CVD-устройство, центрифугу, распылительную сушилку в среде инертного газа (например, азота), матричное устройство, 3D-принтер.

Кроме того, в предложенной конструкции в качестве вещества для формирования ITO-покрытия используются: графеноподобный материал в виде дисперсии (например, редуцированный оксид графена или редуцированный оксид графена, допированный металлами, имеющими высокий коэффициент электропроводности, например, серебро) или другие наноуглеродные дисперсии.

Применение графеноподобных веществ или наноуглеродных материалов обеспечивает расширение диапазона применяемых полимерных подложек в электрохромных устройствах.

Кроме того, применение графеноподобных веществ или наноуглеродных материалов, обладающих химической нейтральностью по отношению к подложке исключает процессы коррозии ITO-покрытия и дефектообразования в электрохромном устройстве, приводящим к частичной или полной потере работоспособности электрохромного устройства.

Кроме того, чрезвычайно низкое сопротивление графеноподобных материалов обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик электрохромного устройства.

Предложенная конвейерная технология обеспечивает высокую стабильность и проводимость электрохромных составов за счет использования в их составе специально синтезированных низкомолекулярных сверхразветвленных полимеров и функционализированных углеродных наночастиц.

На фиг. изображена схема промышленного конвейера производства электрохромного наноструктурированого материала в виде электрохромной пленки, где I - участок по подготовке пленочного электрохромного состава (ЭХС); II - участок нанесения периферийного электрода; III - участок нанесения клея; IV - участок нанесения ITO покрытия на лавсановую пленку; V - участок прижима, склеивания, герметизации; VI - участок контроля готовой продукции; 1 - смеситель электрохромного состава (ЭХС гранулы), 2 - гранулообразователь, 3 - миксер-измельчитель, 4 - емкость с ЭХС, 5 - экструдер получения пленки ЭХС, 6 - устройство автоматического нанесения периферийного электрода, 7 - устройство нанесения электропроводящего клея, 8 - устройство нанесения ITO-покрытия на полимерную пленку, 9 - полимерная прозрачная пленка, 10 - устройство получения электрохромного наноструктурированного материала, 11 - устройство контроля готовой продукции, 12 - приемник готовой продукции, V1, V2, V3 - вентили регулирующие, VF1 - клапан дозирующий.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно на участке I подготавливается пленочный электрохромный состав (ЭХС) следующим образом: в смеситель 1 подается электрохромный состав, который потом попадает через вентиль регулирующий V1 в гранулообразователь 2, далее через вентиль регулирующий V2 в миксер-измельчитель 3, а потом через вентиль V3 в емкость 4. Электрохромный наноструктурированый состав получен, который затем через дозирующий клапан VF1 экструдером 5 преобразуется в электрохромную пленку, на которую при помощи устройства автоматического нанесения периферийного электрода 6 наносятся периферийные электроконтакты, а потом двух сторон наносится электропроводящий клей. Одновременно с вышеописанным процессом с двух сторон подается полимерная прозрачная пленка 9, на которую наносится ITO-покрытие. Все операции контролируются при помощи компьютерного обеспечения, что позволяет контролировать скорость подачи пленок, толщину покрытия, что позволяет в устройстве 10 сформировать электрохромный наноструктурированный материал с заданными свойствами, после чего он поступает в устройство контроля готовой продукции 11, далее в приемник готовой продукции 12.

Конвейер полностью автоматизирован, может быть снабжен программным управлением, что позволит достичь промышленного производства электрохромного наноструктурированого материала в виде электрохромной пленки мощностью до 100000 м² в год.

1. Промышленный конвейер производства электрохромного нанострук-турированого материала в виде электрохромной пленки, содержащий участок по подготовке пленочного электрохромного состава (ЭХС) в виде разветвленного сетчатого трехмерного полимера, имеющий в своем составе последовательно установленные смеситель электрохромного состава, гранулообразователь, миксер-измельчитель, ёмкость с готовым электрохромным составом, снабженная клапаном-дозатором, между ними имеются регулирующие вентили, далее размещены экструдер получения твердотельной пленки ЭХС, устройство автоматического нанесения периферийного электрода и устройство нанесения электропроводящего клея на обе стороны ЭХС, далее также по обе стороны ЭХС установлены устройства подачи прозрачной полимерной пленки с устройствами нанесения ITO-покрытия на их рабочие поверхности, после чего размещены участок прижима, склеивания, герметизации электрохромной пленки, участок контроля готовой продукции и приемник готовой продукции.

2. Конвейер по п.1, отличающийся тем, что устройство нанесения ITO-покрытия на полимерную пленку представляет собой CVD-устройство, центрифугу, распылительную сушилку в среде инертного газа, например азота, матричное устройство, 3D-принтер.

3. Конвейер по п.1, отличающийся тем, что в качестве IТО-покрытия применён графеноподобный материал в виде дисперсии, например редуцированный оксид графена или редуцированный оксид графена, допированный металлами.