纳米防粘辊在工业应用中的剥离力与性能研究

在工业生产工艺中，将基材从辊上剥离所需的剥离力（Fₚ）对确保连续运行、产品完整性和设备寿命至关重要。本文探讨剥离力的基本原理、测量方法、影响因素及优化策略，笔者并以铭鸿纳米防粘辊（极致）为专项案例展开研究。

1. 剥离力的定义

剥离力（Fₚ）：促使胶粘剂或基材与辊涂层之间分层前沿扩展所需的单位宽度力（单位：N/mm）。

剥离强度：当剥离力（Fₚ）按试样宽度归一化时的等效术语，与界面能量释放率直接相关。

2. 界面分离机制

粘附失效：在辊与胶粘剂界面发生洁净分离，是无残留性能的理想状态。

内聚失效：胶粘剂内部发生断裂，表明界面离型能量不足。

混合模式分离：粘附失效与内聚失效的结合，可能导致间歇性残留。

3. 剥离力的测量方法

T 型剥离试验（ASTM D1876 / ISO 11339）：将两个粘合的柔性基材以恒定速度（如 300 mm/min）进行 180° 剥离，稳态平台段的力值即为剥离力（Fₚ）。

90° /180°剥离试验：以卷材缠绕状态，更贴近辊的实际使用场景。

动态在线剥离监测：在生产速度和温度条件下实时测量剥离力（Fₚ）。

4. 影响剥离力的因素

涂层材料：目前已知的为含氟聚合物、硅胶、陶瓷/硬碳（WC/C、Cr₃C₂、DLC）、FAS溶胶-凝胶、纳米PTFE/PFA-二氧化硅涂层等。

操作温度：温度升高（最高 200 °C）会软化胶粘剂，增加湿润性和剥离力（Fₚ），因此精确的温度控制至关重要。

材料张力与缠绕角度：更高的张力和更大的缠绕角度均会增大法向力，从而提高表观剥离力（Fₚ）。

胶粘剂 / 基材性能：粘度、粘性、内聚强度及基材表面能均会调节界面粘附力。

5. 剥离力在防粘辊性能中的作用

工艺稳定性：稳定的剥离力（Fₚ）可避免材料断裂、张力峰值和套准误差。

产品质量：低且均匀的剥离力（Fₚ）确保洁净离型，减少边缘翘起、褶皱和气泡形成。

设备寿命：受控的剥离力（Fₚ）降低轴承负荷和表面磨损，延长辊和设备的使用寿命。

6. 案例研究：铭鸿纳米防粘辊

6.1 涂层成分与结构

纳米复合离型层：多种纳米材质为基体，均匀分散 X wt% 二氧化硅纳米颗粒（直径 X nm），形成亚微米纹理与纳米凸起结合的双尺度粗糙度结构。

基材核心：采用各种材质为辊坯，碳钢、不锈钢、碳纤维等，确保尺寸稳定性和热均匀性。

6.2 实测剥离力性能（部分产品配方）

90°/180° 剥离试验（180 °C，300 mm/min）：

聚氨酯胶粘剂：剥离力（Fₚ）= 0.12 N/mm（±0.02 N/mm）

丙烯酸压敏胶：剥离力（Fₚ）= 0.08 N/mm（±0.01 N/mm）

动态在线监测：在 150 m/min 卷材速度和 180 °C 条件下连续运行 8 小时，剥离力（Fₚ）波动稳定在≤5%。

6.3 运行优势

延长维护间隔：运行 3,000 小时后未观察到滚动体疲劳或涂层分层现象。

无残留离型：持续实现粘附失效模式，消除后处理清洁需求。

节能效果：张力要求降低（较传统防粘辊减少 15%），降低驱动电机负荷。

7.  优化策略

根据目前铭鸿防粘辊的实测数据，确实让人满意，从数据上确实防粘性能比特氟龙辊更防粘。但是为了提高产品质量，我给铭鸿特氟龙胶辊有限公司提出以下优化建议

涂层选择与表面处理：

表面工程：

温度管理：

工艺控制：

采用高纯度 PFA 实现光滑无缺陷的表面；可考虑等离子或紫外臭氧处理进一步降低表面能。

通过激光蚀刻或化学蚀刻进行微米 / 纳米图案化，减少实际接触面积。

集成加热区，控制精度达 ±2 °C；采用端盖绝缘设计防止边缘冷区。

在线剥离力（Fₚ）传感器反馈至张力控制器；通过数据记录实现预测性维护。

8. 结论

剥离力是衡量防粘辊性能的核心指标。通过采用先进的表面工程技术（如铭鸿纳米防粘辊的纳米复合涂层），可实现超低且稳定的剥离力（Fₚ），确保洁净离型、高生产效率和最少停机时间。集成实时剥离力监测和精确温度控制，可进一步优化高要求工业环境中的工艺稳定性、产品质量和辊的使用寿命。