用於對移動的金屬帶材進行塗覆的方法和裝置的製作方法
2023-11-11 17:01:57
專利名稱：用於對移動的金屬帶材進行塗覆的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對移動的金屬帶材進行塗覆的方法，其中使塗覆材料與該金屬帶材接觸，金屬帶材達到這樣一個溫度，即，當將塗覆材料壓在金屬帶材上時能夠使塗覆材料附著在金屬帶材上。在這裡，術語「金屬帶材」的含意被理解為在被塗覆一種塗覆層後仍然可作為一種產品被加工和/或處理的金屬帶。
這種方法是已知的，塗覆材料包括薄膜材料、塗料或者漆。對金屬帶材進行兩面塗覆也是已知的。
在這些已知方法中，利用輥子施加壓力。在利用薄膜進行塗覆的情況下，薄膜片被引導到需要塗覆的帶材(基體)和壓輥之間。由於該薄膜被壓在基體上，因此薄膜被加熱並且接著附著在基體上。
在雙面塗覆的情況下，兩片薄膜以對稱的形式被引導到基體上並且輥子將它們壓在基體上。
基體(即，金屬帶)通常是利用軋制獲得的。這可能會在帶材的寬度上產生微小的厚度差(被稱為凸度)。鋼帶的凸度大小可為2％-4％。這意味著，鋼帶的中心部分比側邊部分厚2％-4％。如果壓輥是由尺寸剛性材料製成的，那麼可能會沿著傳遞壓力的接觸線導致不均勻的壓力分布。這可能會使與基體接觸的壓輥產生局部損壞。這還能夠在基體和已附著在基體上的薄膜之間存在氣泡，這是嚴重的質量缺陷。為了防止這樣的情況發生，壓輥通常設有一種類似橡膠的塗層，以使壓力分布情況有所好轉。
但是，這種已知方法具有嚴重的缺陷。帶有類似橡膠的塗層的壓輥開始接近加熱薄膜的溫度，從而存在薄膜材料還與該輥粘連的危險。在技術上，對壓輥的類似橡膠的塗層表面進行單獨冷卻並不簡單。
另一個缺陷是，金屬帶材(基體)的邊緣使輥子的類似橡膠的塗層受損，這樣限制了輥子的使用壽命。這會帶來高的維修費用並且當更換壓輥時會帶來生產損失。可通過系統地塗覆較窄的金屬帶材來延長輥子的使用壽命。但是，這意味著，必須限制處理金屬帶材的次序，這在操作上通常是不希望的。當處理超薄薄膜材料或者剪切強度低的薄膜材料時，在已知的方法中可能會出現由於薄膜材料的撕裂或者摺疊而導致的問題。這還能夠導致嚴重的破壞或者高廢品百分率。
已知方法在利用塗料或者漆塗覆基體方面還存在缺陷。
當一種基於熱固性聚合物的塗料用在帶有類似橡膠的塗層的壓輥上時，該塗料可能附著在輥子上，這是由於類似橡膠的塗層過熱而導致的。
利用本發明所涉及的新穎的方法能夠避免已知方法的這些和其他缺陷。
因此，本發明涉及在導言中所描述的方法，其中撓性的金屬支撐帶以與帶材相同的速度被引導通過一個與帶材並排的實質上為直的路徑，塗覆材料被引導到金屬支撐帶上直至其在帶材和支撐帶之間，金屬支撐帶在所述路徑內被局部地壓向金屬帶材，並且在施加壓力的位置處設置用於使壓力在金屬支撐帶的寬度上均衡的裝置。
令人驚奇的是，已經發現，如果本發明所涉及的金屬支撐帶被壓在帶材上，金屬支撐帶在施加壓力的位置處可完全依附金屬帶材的凸度並且在金屬支撐帶上的壓力在其寬度上均衡。通過使金屬支撐帶在施加壓力的位置處通過一個實質上為直的路徑能夠使其簡化。這可使金屬支撐帶在施加壓力的位置處具有優化的彎曲撓性。這樣，能夠獲得沒有氣泡的金屬帶材(基體)的塗覆層。
在一個實施例中，利用壓力施加裝置能夠使金屬支撐帶被局部地壓向金屬帶材。利用壓力施加裝置能夠部分地防止內含物。金屬支撐帶的引入能夠防止壓力施加裝置和塗覆材料之間的直接接觸。
為了將支撐帶壓向金屬帶材，最好使用與金屬支撐帶接觸的輥。這確保壓力局部地施加在金屬支撐帶的寬度上。金屬支撐帶的引入能夠防止輥和塗覆材料之間的直接接觸。
可以使用各種能夠使壓力在金屬支撐帶的寬度上均衡的裝置。但是，根據本發明，用於使壓力均衡的裝置最好包括在輥上和/或在金屬支撐帶的面向輥的側面上的類似橡膠材料的塗層。
金屬支撐帶可在其長度上被充分地冷卻以防止塗覆材料與其粘連。該支撐帶本身可被塗覆有一種類似橡膠的材料或者可使用一種塗覆有類似橡膠的材料的金屬輥。在這兩種情況下，可使類似橡膠的塗層被充分冷卻。
在塗覆的壓力施加輥的情況下，壓力施加輥不與基體直接接觸，從而使類似橡膠的塗層不會被基體的邊緣損害。這能夠大大地增加壓力施加輥的使用壽命，從而能夠增加所使用的裝置的實用性。因此，生產計劃不再需要考慮被塗覆的基體的寬度。
當處理一種超薄薄膜材料或者一種容易撕裂的薄膜材料時，這樣的薄膜材料可在一個較早的階段被沉積在金屬支撐帶上，從而使該薄膜材料被支撐帶支撐直至與基體附著的位置處。
在一個實施例中，支撐帶中支撐塗覆材料的側面在實質上為直的路徑內被局部地轉移和壓在帶材上，從而在金屬支撐帶的實質上為直的路徑中形成彎曲，而支撐塗覆材料的側面位於彎曲的外側。這確保帶材可通過一個直的路徑。
在一個實施例中，使塗覆材料在其被壓到帶材上時在施加壓力的位置處附著於帶材上。這確保在塗覆材料通過施加壓力的位置之後不再需要使金屬支撐帶與塗覆材料還保持實質上直接接觸。
這可通過在將金屬支撐帶壓向金屬帶材之前使金屬支撐帶達到所述溫度來達到。通過將塗覆材料壓到帶材上，塗覆材料被加熱，從而附著在帶材上。這確保塗覆材料附著在帶材上而不與支撐帶粘連。
根據本發明，該新穎的方法還特別適用於對金屬帶材(基體)進行兩面塗覆，以與對第一側面進行塗覆的類似的方式將塗覆材料塗覆在第二側面上，並且施加壓力的位置相對於帶材是對稱設置的。
已經注意到，本發明特別適於利用薄膜材料作為塗覆材料。在這種情況下，根據本發明，優選的一種塗覆材料包括一種聚合物薄膜。已經發現PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和聚烯烴特別適於作為塗覆的基底材料。
薄膜材料可以各種方式被沉積在金屬支撐帶上。例如，根據本發明，可在該支撐帶通過與金屬帶材(基體)並排的路徑之前利用壓鑄模具將熔融聚合物擠出到金屬支撐帶上來形成薄膜。但是，根據本發明，還可首先擠出一種薄膜，接著在薄膜被沉積在金屬支撐帶上之前使該薄膜被拉伸。對於基體的塗覆，可對本發明進行各種變型。
不同於首先形成一個薄膜的選擇，根據本發明，還可從包括粘結劑的組中選擇一種無溶劑材料，在該支撐帶通過與金屬帶材並排的路徑之前利用壓鑄模具將所述無溶劑材料擠出到金屬支撐帶上來形成一種三維網。
當該材料在施加壓力處被加熱時，該材料僅硬化以形成附著在基體上的一層塗料並且脫離金屬支撐帶。在這種情況下，擠出該材料的位置可與施加壓力的位置處保持足夠遠的距離以避免設計和操作問題。
顯然，根據本發明，可在基體的兩個側面上塗覆不同的塗覆材料，例如，兩種不同的聚合物薄膜、不同類型的塗料或者在一個側面上塗覆一種聚合物薄膜而在另一個側面上塗覆一種塗料。
對在金屬基體上塗覆的塗覆材料的選擇已在專業文獻中得到詳細描述。為此，在這裡不再對適用於該新穎的方法的塗覆材料進行詳細描述。
已經注意的是，對於本發明所涉及的新穎方法，能夠防止在施加在基體上的塗層下方形成氣泡。利用金屬支撐帶是撓性的並且在施加壓力的位置處通過一個實質上為直的路徑，可使例如利用一個塗覆橡膠的輥施加的壓力充分地均勻地分布，從而使金屬支撐帶實質上完全依附在基體表面中的不規則性。如果該效果仍然不足，那麼根據本發明，還可在塗覆材料被壓向金屬帶材之前，使金屬支撐帶與塗覆材料一起被引導通過一個氣體封閉裝置與金屬帶材。
根據基體的粗糙度，但特別是如果基體具有小孔或者小擦痕，當塗覆材料被壓在其上時可能在基體中存在包含在其中的空氣。這可能在最終的產品中形成氣泡。如果氣體封閉裝置包括一個真空室，在塗覆材料被壓在基體上之前在小孔或者小擦痕中的空氣已經被抽出。這能夠防止氣泡的形成。
引入到和從真空室中排出以及保持真空可能會導致設計和操作問題。作為在氣體封閉裝置中保持真空的另一種選擇，根據本發明，一種氦氣氛圍在超過大氣壓力的壓力下被保持在所述氣體封閉裝置中被證明是有效的。如果在將塗覆材料壓在基體上時包括一種氦氣，那麼已經發現，氦氣可通過擴散容易地通過塗覆材料逸出。因此，不會在基體上的塗覆層下方形成氣泡。通過在所述氣體封閉裝置內為氦氣氛圍提供一種略微超過大氣壓力的壓力，可防止空氣進入到氣體封閉裝置中。
已經注意到，金屬支撐帶比單個壓輥更容易冷卻。這部分是由於帶的冷卻面積大而導致的。最好，根據本發明，使金屬支撐帶和帶有類似橡膠的塗層的輥保持在這樣一個溫度下，即，在使塗覆材料固定地附著在金屬支撐帶上的溫度以下。
可以使用利用一個卷材開卷的金屬支撐帶。但是，根據本發明，在該方法中所用的金屬支撐帶最好是包括不鏽鋼帶材的環形帶。可僅利用一個帶有類似橡膠塗層的輥對該帶施壓。該輥最好可被一個驅動的和冷卻的鋼支撐輥支撐。這樣的壓力不會使壓力施加輥的軸彎曲。
已發現，根據本發明，該新穎的方法的優選操作條件是，如果金屬支撐帶被保持在10至120℃之間的溫度下，那麼類似橡膠的塗層的硬度在50至90肖氏硬度之間並且以與金屬支撐帶的接觸線的在20至80公斤每釐米的作用力將輥壓在金屬支撐帶上。
較好的操作條件是，如果金屬支撐帶被保持在30至75℃之間的溫度下，那麼類似橡膠的塗層的硬度在70至85肖氏硬度之間並且所選擇的壓力在30至60公斤每釐米的接觸線作用力。
最好，金屬支撐帶應該被保持在塗覆材料不能附著在其上或者與其形成一種固定的粘接。如果塗覆材料是一種處於無定形狀態的有機材料或者是一種熱固性或者UV硬化的預聚物，那麼金屬支撐帶的溫度必須保持在塗覆材料的玻璃態轉化溫度Tg以下。
例如，當使用PET(其Tg＝75℃)，其溫度最好必須保持在小於70℃下。如果塗覆材料是一種(半)結晶有機材料，金屬支撐帶的溫度必須保持在塗覆材料的熔化溫度Tm以下。例如，當使用一種聚丙烯PP(其Tm＝160℃)時，支撐帶的溫度最好必須保持在小於150℃下。
但是，該塗覆材料的溫度必須仍然為該塗覆材料提供適應帶材的微粗糙度的可能性，從而在塗覆過程中不包含空氣。在這種情況下，塗覆材料用於獲得帶材的「真空附著」。
所需的最小溫度是各種因素的一個函數，諸如塗覆材料的化學結構、其厚度、施加在支撐帶上的初始溫度和該支撐帶的熱焓。
如果一種塗覆材料(諸如一種薄膜)太冷，那麼該薄膜不能保持與金屬支撐帶充分接觸。這可能會使薄膜破裂或者摺疊形成在基體的塗覆層上。
除了新穎的方法以外，本發明還涉及一種用於對移動的金屬帶材進行塗覆的新穎的設備，該設備包括可使被塗覆的金屬帶材前進的產品線。
根據本發明，該設備的特徵在於，一個金屬支撐帶在一個生產線的上方被引導，所述生產線在一個驅動輥和多個導輥的上方，所述生產線包括與產品線並排移動的實質上為直的路徑、用於將塗覆材料供給到該金屬支撐帶的生產線的一部分的裝置，並且該設備設有沿著其實質上為直的路徑與支撐帶接觸並且局部地將該支撐帶壓向產品線的壓力施加裝置，以及在施加壓力的位置處設置用於使壓力在金屬支撐帶的寬度上均衡的裝置。
根據本發明，該新穎的設備可在金屬帶材的生產線的兩側採用雙面設計形式。另外，該新穎的設備可設有用於實施上述方法的一個或者多個所述實施例的裝置。
現將參照兩個附圖對本發明進行描述。
圖1示意性地示出了本發明所涉及的用於對一個基體進行塗覆的裝置。
圖2示出了該裝置的一個變型。
在圖1中，附圖標記1表示鋼帶材，鋼帶材1用作將被塗覆材料2塗覆的基體。基體1垂直向下移動。環形不鏽鋼帶6在驅動輥4和導輥7、8和9上移動。
如果對基體1進行兩面塗覆，那麼該裝置可採用對稱設計。為此，示意性地示出了導輥17、18和19。
在圖1中，壓鑄模具3位於輥4的上方和環形帶6的上方，環形帶6在該輥上被引導並且被該輥驅動。如果壓鑄模具3與擠出機(未示出)相連，那麼熔融聚合物可從壓鑄模具3被擠出，熔融聚合物在環形帶6上形成薄膜2。薄膜2被帶6支撐，從而在其被在帶6上傳送時不會受到載荷作用或者出現變形。
在導輥7和8之間，帶6通過與基體1的移動生產線並排的實質上為直的路徑。大約在該路徑的中間處，利用帶有類似橡膠的塗層的輥10將帶6壓向基體1。在該過程中，薄膜2在該位置處被壓到基體上。利用爐(未示出)將基體1預熱到這樣的溫度，即，使薄膜在輥10的壓力作用下能夠附著在基體1上。
由於帶6處於這樣的溫度下，即，低於使塑料薄膜2附著在帶6的不鏽鋼表面上的溫度，因此在薄膜通過輥10後能夠脫離帶6。
由於帶6在一個實質上為直的路徑上被壓到基體1上並且帶6是一種薄帶，因此它可容易地依附基體1的外形，特別是如果該裝置採用雙面設計的形式。輥10設有類似橡膠的塗層以使由10施加的壓力在基體1的寬度上均衡，從而可進一步提高帶6依附基體1的外形的效果。輥10本身被重的冷卻鋼輥11支撐並且受到鋼輥11的壓力作用，從而使輥10本身沒有受到撓曲荷載的作用。它最好被輥11驅動。
應該理解的是，帶6的背面也可設有類似橡膠的塗層或者代替輥10的類似橡膠的塗層。利用類似橡膠的塗層使壓力均勻化，從而確保在基體1上的塗覆層下方不會形成氣泡。基體1和帶6與薄膜2會聚的點可處於一個真空室或者具有氦氣的熱超大氣壓力的壓力的腔室內。為此，示意性地示出了氣體封閉部件12、22和23。這種類型的真空室或者具有氦氣的熱超大氣壓力的壓力的腔室的結構對於本領域普通技術人員是常規技術，在這裡不再進行詳細描述。
為了確保以高速對薄膜進行均勻的模製，使真空室5位於壓鑄模具附近。
應該理解的是，可對圖1所涉及的裝置進行略微的改進以將一層塗料塗覆到基體1上。在這種情況下，擠出的是一種無溶劑材料而不是熔融聚合物，無溶劑材料在高溫下硬化以形成三維網。不使用高溫，可利用短波長光線(UV光)或者電子(電子束)對其進行照射以使該材料硬化。在未硬化的塗覆層已經被施加到鋼帶1上後在再次加熱的位置處進行硬化。
圖2示出了圖1中所示裝置的一個變型。在該變型中，薄膜2沒有被模製在帶6上，而是已經預製的。該圖示意性地示出了已經模製的薄膜被引導通過拉伸裝置13的情況。接著被拉伸的薄膜沉積在輥4的位置處沉積在帶6上。接著，以與參照圖1描述的已經被擠出的薄膜的情況下相同的方式對薄膜進行處理。
權利要求
1.用於對移動的金屬帶材進行塗覆的方法，其中使塗覆材料與該金屬帶材接觸，金屬帶材達到這樣一個溫度，即，當將塗覆材料壓在金屬帶材上時能夠使塗覆材料附著在金屬帶材上，其特徵在於，撓性的金屬支撐帶以與帶材相同的速度被引導通過一個與帶材並排的實質上為直的路徑，塗覆材料被引導到金屬支撐帶上直至其在帶材和支撐帶之間，金屬支撐帶在所述路徑內被局部地壓向金屬帶材，並且在施加壓力的位置處設置用於使壓力在金屬支撐帶的寬度上均衡的裝置。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，利用壓力施加裝置能夠使金屬支撐帶被局部地壓向金屬帶材。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，為了施加所述壓力，使用與金屬支撐帶接觸的輥。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，用於使壓力均衡的裝置包括在輥上和/或在金屬支撐帶的面向輥的側面上的類似橡膠材料的塗層。
5.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，支撐帶中支撐塗覆材料的側面在實質上為直的路徑內被局部地轉移和壓在帶材上，從而在金屬支撐帶的實質上為直的路徑中形成彎曲，而支撐塗覆材料的側面位於彎曲的外側。
6.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，使塗覆材料在其被壓到帶材上時在施加壓力的位置處附著於帶材上。
7.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，在將金屬支撐帶壓向金屬帶材之前使金屬支撐帶達到所述溫度。
8.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，對金屬帶材進行兩面塗覆，以與對第一側面進行塗覆的類似的方式將塗覆材料塗覆在第二側面上，並且施加壓力的位置相對於帶材是對稱設置的。
9.如權利要求1至8中任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，在金屬支撐帶上至少一個側面上的塗覆材料包括從包括粘結劑的組中選擇的一種無溶劑材料，在該支撐帶通過與金屬帶材並排的路徑之前利用壓鑄模具將所述無溶劑材料擠出到金屬支撐帶上來形成一種三維網。
10.如權利要求1至8中任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，塗覆材料包括在金屬支撐帶上至少一個側面上的一種聚合物薄膜。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，在該支撐帶通過與金屬帶材(基體)並排的路徑之前利用壓鑄模具將(每一個)薄膜擠出到金屬支撐帶上。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，在該支撐帶通過與金屬帶材(基體)並排的路徑之前，(每一個)薄膜是被引導到金屬支撐帶上的一種拉伸薄膜。
13.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，在存在於(每一個)金屬支撐帶上的塗覆材料被壓向金屬帶材之前，使金屬支撐帶與塗覆材料一起被引導通過一個氣體封閉裝置與金屬帶材。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述氣體封閉裝置包括一個真空室。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，一種氦氣氛圍在超過大氣壓力的壓力下被保持在所述氣體封閉裝置中。
16.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，所用的金屬支撐帶最好是包括不鏽鋼帶材的環形帶。
17.如上述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，使金屬支撐帶和帶有類似橡膠的塗層的輥保持在這樣一個溫度下，即，在使塗覆材料固定地附著在金屬支撐帶上的溫度以下。
18.如權利要求3至17中任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，該輥可被一個驅動的和冷卻的鋼支撐輥支撐。
19.如權利要求4至18中任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，金屬支撐帶被保持在10至120℃之間的溫度下，類似橡膠的塗層的硬度在50至90肖氏硬度之間並且以與金屬支撐帶的接觸線的在20至80公斤每釐米的作用力將輥壓在金屬支撐帶上。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，金屬支撐帶被保持在30至75℃之間的溫度下，類似橡膠的塗層的硬度在70至85肖氏硬度之間並且所選擇的壓力在30至60公斤每釐米的接觸線作用力。
21.如權利要求19或者20所述的方法，其特徵在於，如果塗覆材料是處於無定形狀態，那麼金屬支撐帶的溫度必須保持在塗覆材料的玻璃態轉化溫度Tg以下；如果塗覆材料是一種(半)結晶有機材料，金屬支撐帶的溫度必須保持在塗覆材料的熔化溫度Tm以下。
22.用於對移動的金屬帶材進行塗覆的新穎的設備，該設備包括可使被塗覆的金屬帶材前進的產品線，其特徵在於，一個金屬支撐帶在一個生產線的上方被引導，所述生產線在一個驅動輥和多個導輥的上方，所述生產線包括與產品線並排移動的實質上為直的路徑、用於將塗覆材料供給到該金屬支撐帶的生產線的一部分的裝置，並且該設備設有沿著其實質上為直的路徑與支撐帶接觸並且局部地將該支撐帶壓向產品線的壓力施加裝置，以及在施加壓力的位置處設置用於使壓力在金屬支撐帶的寬度上均衡的裝置。
23.如權利要求22所述的設備，其特徵在於，所述壓力施加裝置包括一個輥。
24.如權利要求23所述的設備，其特徵在於，用於使壓力均衡的裝置包括在輥上和/或在金屬支撐帶的面向輥的側面上的類似橡膠材料的塗層。
25.如權利要求22至24中任何一項所述的設備，其特徵在於，該設備可在金屬帶材的生產線的兩側採用雙面設計形式。
全文摘要
本發明涉及用於對移動的金屬帶材(1)進行塗覆的方法，其中使塗覆材料與該金屬帶材接觸，金屬帶材達到這樣一個溫度，即，當將塗覆材料壓在金屬帶材上時能夠使塗覆材料附著在金屬帶材上，其特徵在於，撓性的金屬支撐帶(6)以與帶材相同的速度被引導通過一個與帶材並排的實質上為直的路徑，塗覆材料被引導到金屬支撐帶上直至其在帶材和支撐帶之間，金屬支撐帶在所述路徑內被局部地壓向金屬帶材，並且在施加壓力的位置處設置用於使壓力在金屬支撐帶的寬度上均衡的裝置。
文檔編號B32B37/14GK1430536SQ01809973
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月18日 優先權日2000年5月22日
發明者彼德魯斯·C·J·貝恩謝斯 申請人:克裡斯塔爾公司