论文部分内容阅读
在纺织服装领域的供应链管理中，存在服装管理效率低、供货量和库存量信息更新滞后以及服装易丢失、易被盗等问题。目前传统的条形码和二维码已不能系统解决这些问题，RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术以其可实现非接触远距离识别、可读可写、多标签同时读取等功能优势，现被少数品牌服装生产商用于实时监控商品的生产和流通过程，以加快零售商和供应商之间的信息沟通，实现商品生产供应和销售的完美结合。然而，目前使用的RFID标签一般是铜版纸吊牌标签和夹层式服装织唛标签，未达到柔性化和低成本的应用要求。已有相关研究探讨了在织物上丝网印刷制备UHF （Ultra High Frequency，超高频）RFID标签的可行性，但是只讨论了天线的印刷固化条件对其性能的影响，对于标签天线印刷过程中其它印刷工艺参数和标签天线-芯片的封装工艺未做深入探究，这些工艺参数在一定程度上决定了此类标签的读写性能、耐水洗等使用性能。
针对目前织物基UHF RFID标签的制备工艺及质量评价方法还不完善的问题，本课题以丝网印刷T匹配对称偶极子水洗唛织物基UHF RFID标签为研究对象，目的在于优化UHF RFID标签天线的丝网印刷工艺和标签天线-芯片连接封装固化工艺，并阐明所研究的织物基UHF RFID标签的弯曲失效行为，为今后建立此类标签的质量评价方法及标准奠定基础。具体研究内容和结论如下：
（1）研究标签天线的主要印刷制备工艺对标签天线性能的影响，发现丝网印刷网版目数的选择需要兼顾天线的端口间距及承印织物的油墨铺展性，且从天线导电层电学性能和印刷成本角度考虑，含银量为50%的导电油墨最适合用于印刷此类标签天线。
针对水洗唛布和导电油墨的适印性问题未进行过相关研究，而丝网印刷过程中的导电油墨与织物基材的适印性是决定天线性能好坏的关键因素，导电油墨的透墨量大小又与丝印网版的目数相关，也决定了标签天线层印刷厚度的大小，而天线层越厚，反射电磁波的能力越强。就网版目数和导电银浆类型的筛选展开实验，针对在UHF频段下工作的标签天线结构，定制两种不同目数规格的丝网印刷网版（300目和350目），同时选择市面上广泛用于印刷柔性电子的3种固含量不同的导电油墨 (ET-04(50%)/8000A(50%)/ET-4F(65%))。承印织物基材选择服装上常用的水洗唛标签布。采取控制变量法进行丝印网版和导电油墨的筛选实验，主要从标签天线层厚度、天线层厚度均匀性、标签天线方阻值、端口阻抗以及封装后标签读取距离的大小进行评价。研究发现不同目数网版对印刷标签天线的效果会产生一定程度的影响，目数大（350目）的网版印刷天线的尺寸稳定性差，目数小（300目）的网版印刷天线尺寸稳定性好，且符合多次重复印刷的条件，满足大批量生产的要求。同时，筛选不同固含量的导电银浆印刷天线性能时，发现8000A（50%）型导电银浆和ET-4F（65%）型导电银浆的印刷效果好，从成本角度考虑，8000A（50%）型导电银浆是进行标签天线印刷的最佳选择。最终确定的织物基标签天线印刷工艺是选择300目网版和8000A（50%）型导电银浆进行印刷。
（2）研究水洗唛基丝网印刷标签天线-芯片的连接封装工艺对标签读取性能的影响，发现低温固化导电胶适合二者之间的连接，导电胶的热压固化温度对标签性能影响最大，且需要兼顾标签天线的印刷热烘固化温度。
针对织物基标签天线-芯片的热压封装工艺对标签读取性能影响未明确的问题，本课题设计了在不同热压温度、热压压力和热压时间条件下对标签进行封装的实验方案。读取性能以读取距离进行表征，采用UHF RFID读写器测试得到。同时，采用四探针测试标签芯片热压部位的方阻变化情况，并通过光学显微镜观察标签是否皱缩，从而判断标签的最佳封装工艺。实验结果表明，基于水洗唛织物不耐高温的特性，发现低温固化的AC365型导电胶更适合进行标签天线-芯片的连接封装。热压温度为120℃、热压压力为0.5N、热压时间为6s时是使得标签读取距离远且读取性能稳定的封装工艺。其中对标签封装性能影响最大的因素是热压温度。
（3）探索织物基UHF RFID标签的弯曲失效行为及评价方法，通过模拟使用过程中的弯曲状态，发现弯曲模式和弯曲次数是导致标签读写性能降低的主要因素，而弯曲速度的影响较小。
针对织物基UHF RFID标签经受弯曲作用后电学和读取性能的变化规律未有明确的评价体系，设计了在不同弯曲条件和弯曲模式下对前文所制备织物基UHF RFID标签进行的弯曲实验，主要从弯曲前后标签读取距离的变化进行评价。采用控制变量法，测试了弯曲半径、弯曲速度和弯曲次数三个弯曲条件下标签的读取性能变化。其次，还测试了不同弯曲模式即正向弯曲、反向弯曲和正反结合弯曲条件下标签的读取性能变化。同时，还对比分析了不同弯曲条件和弯曲模式下标签电学性能的变化。实验发现，经过10000次最大半径弯曲作用后，标签仍可读且读取距离满足实际应用需求，表明柔性标签的耐弯曲作用强。弯曲速度对标签的性能影响不大，但是弯曲次数对标签的读取性能产生了一定的影响，在3000次弯曲后，标签读取距离的下降幅度增大，但是整体读取距离在7.5m以上，远远大于实际要求的2m读取距离。在弯曲模式中的正反交替弯曲对标签读取性能的影响最大，破坏力最强。
综上所述，围绕织物基UHF RFID标签的制备工艺和现有相关研究的不足，通过改变印刷工艺和封装工艺参数，探究并建立了以水洗唛为基材的UHF RFID标签的基本制备工艺与读取性能之间的关系。研究结果首次明确了标签天线印刷用网版目数、导电银浆和标签天线-芯片连接热压固化温度的选择依据，并初步建立了此类标签的弯曲失效行为评价方法，这些研究结论补充完善了织物基丝网印刷UHF RFID标签的制备工艺及评价方法，为标签的应用推广奠定了基础。同时，研究结论对织物基丝网印刷柔性电子器件的制备工艺也具有借鉴指导意义。
针对目前织物基UHF RFID标签的制备工艺及质量评价方法还不完善的问题，本课题以丝网印刷T匹配对称偶极子水洗唛织物基UHF RFID标签为研究对象，目的在于优化UHF RFID标签天线的丝网印刷工艺和标签天线-芯片连接封装固化工艺，并阐明所研究的织物基UHF RFID标签的弯曲失效行为，为今后建立此类标签的质量评价方法及标准奠定基础。具体研究内容和结论如下：
（1）研究标签天线的主要印刷制备工艺对标签天线性能的影响，发现丝网印刷网版目数的选择需要兼顾天线的端口间距及承印织物的油墨铺展性，且从天线导电层电学性能和印刷成本角度考虑，含银量为50%的导电油墨最适合用于印刷此类标签天线。
针对水洗唛布和导电油墨的适印性问题未进行过相关研究，而丝网印刷过程中的导电油墨与织物基材的适印性是决定天线性能好坏的关键因素，导电油墨的透墨量大小又与丝印网版的目数相关，也决定了标签天线层印刷厚度的大小，而天线层越厚，反射电磁波的能力越强。就网版目数和导电银浆类型的筛选展开实验，针对在UHF频段下工作的标签天线结构，定制两种不同目数规格的丝网印刷网版（300目和350目），同时选择市面上广泛用于印刷柔性电子的3种固含量不同的导电油墨 (ET-04(50%)/8000A(50%)/ET-4F(65%))。承印织物基材选择服装上常用的水洗唛标签布。采取控制变量法进行丝印网版和导电油墨的筛选实验，主要从标签天线层厚度、天线层厚度均匀性、标签天线方阻值、端口阻抗以及封装后标签读取距离的大小进行评价。研究发现不同目数网版对印刷标签天线的效果会产生一定程度的影响，目数大（350目）的网版印刷天线的尺寸稳定性差，目数小（300目）的网版印刷天线尺寸稳定性好，且符合多次重复印刷的条件，满足大批量生产的要求。同时，筛选不同固含量的导电银浆印刷天线性能时，发现8000A（50%）型导电银浆和ET-4F（65%）型导电银浆的印刷效果好，从成本角度考虑，8000A（50%）型导电银浆是进行标签天线印刷的最佳选择。最终确定的织物基标签天线印刷工艺是选择300目网版和8000A（50%）型导电银浆进行印刷。
（2）研究水洗唛基丝网印刷标签天线-芯片的连接封装工艺对标签读取性能的影响，发现低温固化导电胶适合二者之间的连接，导电胶的热压固化温度对标签性能影响最大，且需要兼顾标签天线的印刷热烘固化温度。
针对织物基标签天线-芯片的热压封装工艺对标签读取性能影响未明确的问题，本课题设计了在不同热压温度、热压压力和热压时间条件下对标签进行封装的实验方案。读取性能以读取距离进行表征，采用UHF RFID读写器测试得到。同时，采用四探针测试标签芯片热压部位的方阻变化情况，并通过光学显微镜观察标签是否皱缩，从而判断标签的最佳封装工艺。实验结果表明，基于水洗唛织物不耐高温的特性，发现低温固化的AC365型导电胶更适合进行标签天线-芯片的连接封装。热压温度为120℃、热压压力为0.5N、热压时间为6s时是使得标签读取距离远且读取性能稳定的封装工艺。其中对标签封装性能影响最大的因素是热压温度。
（3）探索织物基UHF RFID标签的弯曲失效行为及评价方法，通过模拟使用过程中的弯曲状态，发现弯曲模式和弯曲次数是导致标签读写性能降低的主要因素，而弯曲速度的影响较小。
针对织物基UHF RFID标签经受弯曲作用后电学和读取性能的变化规律未有明确的评价体系，设计了在不同弯曲条件和弯曲模式下对前文所制备织物基UHF RFID标签进行的弯曲实验，主要从弯曲前后标签读取距离的变化进行评价。采用控制变量法，测试了弯曲半径、弯曲速度和弯曲次数三个弯曲条件下标签的读取性能变化。其次，还测试了不同弯曲模式即正向弯曲、反向弯曲和正反结合弯曲条件下标签的读取性能变化。同时，还对比分析了不同弯曲条件和弯曲模式下标签电学性能的变化。实验发现，经过10000次最大半径弯曲作用后，标签仍可读且读取距离满足实际应用需求，表明柔性标签的耐弯曲作用强。弯曲速度对标签的性能影响不大，但是弯曲次数对标签的读取性能产生了一定的影响，在3000次弯曲后，标签读取距离的下降幅度增大，但是整体读取距离在7.5m以上，远远大于实际要求的2m读取距离。在弯曲模式中的正反交替弯曲对标签读取性能的影响最大，破坏力最强。
综上所述，围绕织物基UHF RFID标签的制备工艺和现有相关研究的不足，通过改变印刷工艺和封装工艺参数，探究并建立了以水洗唛为基材的UHF RFID标签的基本制备工艺与读取性能之间的关系。研究结果首次明确了标签天线印刷用网版目数、导电银浆和标签天线-芯片连接热压固化温度的选择依据，并初步建立了此类标签的弯曲失效行为评价方法，这些研究结论补充完善了织物基丝网印刷UHF RFID标签的制备工艺及评价方法，为标签的应用推广奠定了基础。同时，研究结论对织物基丝网印刷柔性电子器件的制备工艺也具有借鉴指导意义。