通過多重粘合來製造複合板材的設備和方法與流程

2023-05-11 21:29:56 5

本發明涉及一種用於製造帶狀的複合板材的設備，該複合板材具有至少兩個外側的金屬覆蓋板和至少一個設置在覆蓋板之間的塑料層，該設備具有至少一個第一粘合裝置，其用於將金屬覆蓋板與設置在金屬覆蓋板之間的、至少一個塑料層粘合成複合板材，該第一粘合裝置具有至少兩個形成第一粘合縫隙的粘合輥。

此外，本發明還涉及到一種用於製造帶狀的複合板材的方法，該複合板材具有至少兩個金屬的覆蓋板和至少一個設置在這些覆蓋板之間的塑料層，該方法包含以下方法步驟：

-通過多個開卷機提供至少兩個金屬帶材以及至少一個塑料薄膜；

-在將金屬帶材和塑料薄膜引入到具有通過兩個粘合輥形成的粘合縫隙的粘合裝置之前對金屬帶材和塑料薄膜進行預加熱；

-將至少兩個金屬帶材與設置在這些金屬帶材之間的、至少一個塑料薄膜在第一粘合裝置中粘合成複合板材。

背景技術：

由兩個金屬的覆蓋板與設置在這些覆蓋板之間的塑料層組成的複合板材也稱為夾芯板，該複合板材與例如通常在汽車製造中使用的、實心材料組成的鋼板相比具有巨大的減重潛力。因此例如具有層順序為鋼/塑料/鋼以及相應厚度為0.5mm/1mm/0.5mm的夾芯板相比於具有1.91mm厚度的單層變體而言具有幾乎相同的抗彎性能。然而複合板或夾芯板卻具有最多為40％的、更小的重量。為了製造相應的複合板材，至今使用以雙帶壓力機的形式的粘合裝置，其也具有粘合裝置。將提供用於金屬的覆蓋板的金屬帶材以及提供用於塑料層的塑料薄膜持續地引入雙帶壓力機。在雙帶壓力機中首先在加熱區域內將金屬帶材和塑料薄膜加熱至粘合溫度，這是在將金屬帶材和塑料薄膜引入到設置在雙帶壓力機中的粘合裝置之前進行的。設置在雙帶壓力機中的、以砑光機形式的粘合裝置通過高線性壓力製造金屬板與塑料層之間的最終粘附，隨後接著是同樣通過雙帶壓力機構成的冷卻區域，在該冷卻區域中將帶狀的複合板材冷卻。在此，能夠在冷卻區域中調整出不同的冷卻溫度和冷卻速率。在雙帶壓力機中，熱傳輸既在加熱區域中又在冷卻區域中通過與鋁板的直接或間接接觸而進行，這些鋁板以帶速共同運轉的方式或者固定的方式而布置。為了不損壞複合板材的表面，在固定的鋁板與複合板之間的共同運轉的傳送帶是必要的。已證實的是，以相應的已知的設備的生產速率至今是不足以在製造方法中達到高經濟效益的。此外，一直存在這樣的需求，即，增大金屬板材與塑料層之間的附著力，以便於預防例如在進一步加工複合板材時金屬層和塑料層之間的脫層。

從國際專利申請WO 2009/043777 A2中已知一種用於製造複合板材的方法，該複合板材具有兩個外側的金屬覆蓋板以及設置在覆蓋板之間的塑料層，其中如已經描述的那樣為了製造複合板材而使用雙帶壓力機。

技術實現要素：

從現有技術出發，本發明的目的在於提出一種用於製造複合板材的方法和設備，通過該方法和設備能夠顯著提高經濟性，即，生產速率並且同時能夠減小在進一步加工中複合板材的脫層的風險。

根據本發明的第一教導，關於用於製造帶狀的複合板材的這類設備的目的這樣實現，即，沿進程方向在第一粘合縫隙之後設置第一加熱區域，該加熱區域具有用於在第一粘合縫隙中的第一粘合步驟之後重新將複合板材加熱到粘合溫度的加熱裝置，並且沿進程方向在第一加熱區域之後設置第二粘合裝置，該第二粘合裝置具有通過至少兩個粘合輥形成的第二粘合縫隙並且在第二粘合縫隙之後設置冷卻區域。

在根據本發明的設備中不存在這樣的需求，即，為了真正的粘合工序而使用雙帶壓力機(也即設置具有整合的粘合裝置的雙帶壓力機)從而能提高生產速率。金屬覆蓋板與塑料層之間的接合的提供既通過第一粘合裝置的粘合輥又通過後面布置的第二粘合裝置的粘合輥來進行。第一粘合裝置和第二粘合裝置都能夠以更高的生產速率實施金屬覆蓋板與塑料層之間的粘合工序。

根據本發明的設備的第一種設計方案，為了提供金屬覆蓋板而分別設置了用於開卷至少兩個金屬帶材的開卷機，為了提供至少一個塑料層而設置了至少一個用於開卷至少一個塑料薄膜的開卷機以及設置了用於在第一個粘合成複合板材的步驟之前對至少兩個金屬帶材和至少一個塑料薄膜進行預加熱的裝置。然而能夠考慮的還是，將塑料層作為單件貨品而提供。通過用於對至少兩個金屬帶材進行預加熱的裝置，將這些金屬帶材優選地預加熱到100℃至300℃的溫度。將塑料薄膜優選地預加熱到50℃至150℃的溫度。

在對金屬帶材進行預加熱時，這些金屬帶材能夠感應地(例如通過橫向場或者縱向場的感應)、傳導地(例如通過在兩個輥子之間進行電阻加熱)、通過對流爐以及熱空氣、紅外照射器或者近紅外線放射器(NIR-Strahler(NIR照射器))、標線雷射器或光激射二極體、通過使用氣體射流器或煤氣燃燒器來間接或直接地加熱或者通過經轉動的、能夠加熱的輥子的接觸加熱來加熱。例如在預加熱期間不出現任何塑性變形，從而能夠製造出儘可能尺寸精確的複合板材。

塑料層例如通過使用熱空氣的對流爐、紅外線照射器或氣體射流器、特別是間接的氣體射流器、煤氣燃燒器或也通過經轉動的、可加熱的輥子的接觸加熱而加熱至粘合溫度。

根據本發明第一種替代性的設計方案，為了提供至少一個金屬覆蓋板而設置至少一個用於開卷至少一個金屬帶材的開卷機，設置至少一個用於開卷至少一個至少單面粘有塑料薄膜的金屬帶材的開卷機以及設置了用於在第一個粘合成複合板材的步驟之前對至少一個至少單面粘有塑料薄膜的金屬帶材和至少一個金屬帶材進行預加熱的裝置。通過這個替代性的實施方式，能夠簡化粘合步驟，因為塑料薄膜已經粘附在金屬帶材上。

根據本發明的設備的第二種替代性的設計方案，為了提供金屬覆蓋板而分別設置了用於開卷至少兩個金屬帶材的開卷機，為了提供至少一個塑料層而設置了至少一個用於開卷至少一個塑料薄膜的開卷機以及設置了用於在為了製造至少單面粘有塑料薄膜的金屬帶材而設的粘合步驟之前對至少一個金屬帶材和至少一個塑料薄膜進行預加熱的裝置。在進程方向上，在粘合步驟之後，另外設置用於在第一個粘合成複合板材的步驟之前、對至少單面粘有塑料薄膜的至少一個金屬帶材以及至少一個另外的金屬帶進行預加熱的裝置。

根據本發明的另一種設計方案，設置用於在第一個粘合縫隙之後加熱複合板材的金屬覆蓋板的裝置。優選地，設置直接在第一粘合縫隙之後對複合板材的金屬覆蓋板進行加熱的裝置，因為通常在粘合過程中會導致在複合板材中的應力。在覆蓋板和塑料薄膜穿過粘合縫隙時，通常會產生由溫度引起的寬度的變化，特別是由溫度引起的塑料層的寬度的變化，從而在複合板材冷卻時產生應力。為了避免這種應力，使用了用於在第一粘合縫隙之後加熱複合板材的金屬覆蓋板的裝置，該裝置有針對性地加熱覆蓋板。

優選地，將放射的加熱裝置、雷射裝置或LED設置作為用於在第一粘合縫隙之後加熱複合板材的金屬覆蓋板的裝置。以放射的並且因此無接觸的形式工作的加熱裝置具有的好處是，不僅這些加熱裝置不會對表面造成任何損害，而且能夠從外部向金屬覆蓋板的表面上傳遞非常精確計量的能量數量。優選地，在此使用標線雷射器或者光激射二極體，由此能夠在覆蓋板從粘合縫隙出來之後立即對覆蓋板進行非常精確的加熱。然而也能夠考慮例如像是NIR照射器這樣的其他放射加熱裝置。

根據本發明的另一種設計方案，在第一加熱區域中設置加熱隧道，在該加熱隧道中將複合板材放射地、感應地和/或對流地加熱至粘合溫度。放射的、感應的和對流的加熱能夠在加熱隧道中(即在例如通過殼體封隔的空間區域中)確保對複合板材進行以適合的方式或者工藝特定的方式的加熱，從而使該複合板材也能以更高的加工速率引入到另一個粘合步驟。

為此替代性地，能夠在第一加熱區域中也設置用於傳導加熱複合板材的雙帶壓力機。該雙帶壓力機以放置的、調溫的鋁板來工作，這些鋁板將熱量傳遞到複合板材。為了避免表面缺陷或者避免表面的損壞，在鋁板與複合板材的表面之間設置運轉的帶。只要是這些雙帶壓力機並沒有額外地執行粘合步驟，則雙帶壓力機也能夠在加熱期間達到相對高的生產速率。就此而言，根據當前實施方式而可以是用於傳導加熱的雙帶壓力機的加熱區域還確保了同樣高的生產速率。

根據該設備的另一設計方案，其中冷卻區域作為雙帶壓力機、空氣冷卻區段、水霧冷卻區段、水冷卻區段或者作為所提到的這些冷卻區段的結合而構造。對帶狀的複合板材的控制的冷卻確保了，儘量快速地將複合板材引入到接下來的加工步驟，例如批量生產。

為了提供用於對至少兩個金屬帶的預加熱的裝置所需的設備成本根據另一設計方案可以由此減少，即，為金屬帶材設置帶引導裝置，藉助於該帶引導裝置能夠為了預加熱而引導金屬帶材通過在第一粘合縫隙之後的、複合板材的第一加熱區域，從而能夠將該在第一粘合縫隙之後的加熱區域中的熱量也用於對在第一粘合步驟之前對金屬帶材預加熱。

如果沿進程方向在冷卻區域之前設置至少一個其他加熱區域，該其他加熱區域具有在其他加熱區域的出口側設置的、另一個粘合裝置，該粘合裝置具有至少兩個形成粘合縫隙的粘合輥，則能夠這樣進一步提高覆蓋板與設置在覆蓋板間的塑料層之間的粘附力，即，也通過另一粘合裝置利用到時間相關的、改善附著作用的過程。總體上，能夠儘管在更高的加工速度的條件下也實現在金屬板與塑料層之間的附著力的進一步提高。

優選地，在所有使用到的粘合裝置中或者至少在所使用的其中一個粘合裝置中設置能夠調溫的粘合輥，因為這些粘合輥能夠在粘合方面確保特別受控的接合構造。由於調整出的、例如與在預加熱或加熱操作中覆蓋板的溫度相應的粘合輥的溫度，能夠避免在金屬帶材與塑料層之間的相對移動。

根據本發明的另一教導，示出的目的以一種方法而這樣達到，即，在第一粘合縫隙之後，將複合板材在第一加熱區域重新加熱至粘合溫度、在具有至少兩個形成粘合縫隙的粘合輥的第二粘合裝置中經歷第二粘合步驟並且在冷卻區域中冷卻。如前述的那樣，能夠通過劃分成第一粘合步驟、預粘合步驟和第二粘合步驟來顯著提高加工速率。通過在冷卻區域內受控的冷卻另外實現了，在複合板材的製造之後立即將複合板材引入到後續加工步驟中，例如裁切或批量加工。

如果在穿過第一粘合縫隙之後對金屬的複合板材的金屬的覆蓋板進行放射加熱，則能夠例如直接在第一粘和縫隙的出口處將覆蓋板加熱，從而避免或補償了在複合板材中的應力，該應力由於在金屬帶材與塑料層之間的溫度差異而產生。例如使用雷射器、特別是標線雷射器或LED作為放射的加熱裝置。這兩種加熱裝置能夠通過例如與金屬的覆蓋板的吸收性能相協調的的波長來加熱金屬覆蓋板的非常精準的、特定的區域。當使用雷射器(例如雷射二極體或標線雷射器)時，加熱能夠空間上特別精確地引入。然而也可以考慮在粘合縫隙的出口側使用IR照射裝置或NIR照射裝置。覆蓋板的加熱也能夠例如在製造方法中每個粘合裝置之後進行。

如果根據本發明的另一設計方案，在對複合板材進行冷卻之前，該複合板材在第二粘合步驟之後經過至少一個其他加熱區域，則粘合操作例如能夠整體上劃分成三個或更多個粘合步驟，該其他加熱區域具有在出口側設置的另一粘合裝置。由此，一方面提高了在金屬板材與塑料層之間的粘附性能，並且還提高了生產速率。

如果根據本方法的另一設計方案而為了預加熱引導至少兩個金屬帶材通過在粘合縫隙之後設置的第一加熱區域並且在第一粘合縫隙中粘合成複合板材，則不僅能夠確保設備的緊湊的構造，而且也通過利用第一加熱區域的能量而提供了一種節能的方法。

如果至少一個塑料薄膜直接在第一粘合縫隙中的入口前通過加熱裝置而優選加熱至50℃與150℃之間的溫度，則不僅僅能夠基於塑料薄膜的減少的熱損失而實現特別受控的粘合操作，而且還減少了塑料薄膜的撕裂的風險，因為能夠由此使具有升高的溫度的塑料薄膜的長度最小化。金屬帶材優選地預加熱或重新加熱到100℃至300℃的溫度以便於實現塑料層的理想的粘合。

優選地，根據本方法的一種設計方案，將粘合縫隙的至少兩個粘合輥在各粘合步驟之前調溫到已經加熱的金屬帶材的溫度。由此實現了金屬帶材的熱量不會通過粘合輥損失而是僅僅通過設置在這兩個金屬帶材之間的塑料膜而流失。作為結果，在使用相應調溫的粘合輥的條件下很好地控制粘合步驟。

附圖說明

在下文中應該結合附圖藉助多個實施例進一步說明本發明。其中：

圖1示意性地示出了用於製造複合板材的設備的第一實施例的截面圖，該設備具有兩個粘合裝置；以及

圖2示意性地示出了用於製造複合板材的設備的第二實施例的截面圖，該設備具有至少兩個粘合裝置。

具體實施方式

附圖1示出了用於製造帶狀的複合板材2的設備1的示意性的截面圖，其中複合板材具有至少兩個外側的金屬的覆蓋板和至少一個設置在覆蓋板之間的塑料層。這些金屬的覆蓋板作為金屬帶材7、8通過開卷機3和4提供且塑料層通過塑料薄膜6經開卷機5提供。將這些金屬帶材7、8引入到用於預加熱裝置9、10，這些預熱裝置例如感應地、傳導地、對流地和/或放射地加熱金屬帶材。傳導的加熱能在此既通過使用電流也通過熱接觸(即通過熱傳導)進行。也將塑料薄膜6引入到在第一粘合步驟之前用於預加熱的裝置11，該裝置優選地直接在第一粘合裝置12的粘合縫隙的附近設置。

塑料薄膜的預加熱例如對流地、放射地或通過直接熱接觸傳導地(例如通過使用調溫的接觸輥)來進行。將預加熱的金屬帶7、8以及預加熱的塑料薄膜6引入到第一粘合裝置12，該第一粘合裝置具有兩個形成了粘合縫隙的粘合輥12a、12b。通過粘合輥12a和12b的間距，即，通過粘合縫隙能夠調整用於這兩個金屬帶材7、8和塑料薄膜6的粘合壓力。作為塑料特別適合的是熱塑性的塑料，例如由聚醯胺和聚乙烯組成的擋板。也能夠使用纖維加強的塑料。優選地，這些塑料是耐最高200℃的高溫的，以便於例如在不發生變形或其他改變的情況下經受住後續的塗漆步驟和乾燥步驟。這些金屬帶優選地由鋼組成並且例如具有0.1mm至0.8mm的厚度。同樣地能夠使用不同的鋼合金和/或厚度以及與多種或一種其他材料的組合(例如鋁合金和/或鎂合金)。完成的複合板材的塑料層例如為0.3mm至2.5mm厚。

圖1中示出的設備具有沿進程方向在第一粘合裝置12後面的第一加熱區段13，在該第一加熱區段的出口處設置第二粘合裝置14。在加熱區域13內以適合的方式或特定方法將該複合板材再次加熱到例如100℃至300℃的粘合溫度並且在通過這兩個粘合輥14a、14b形成的粘合縫隙中重新粘合。由此進一步提高了在金屬帶材7、8與由塑料薄膜6組成的塑料層之間的附著。

同時，為了提供這金屬和塑料兩種材料的接合併不使用任何雙帶壓力機，因為分別在粘合縫隙中生成了這個接合。作為結果，顯著地提高了生產速率。在複合板材2穿通過第一粘合裝置12之後，加熱區域13通常對流地、放射地或通過接觸加熱(例如以可加熱的輥)將該複合板材加熱。額外地，在第一粘合縫隙之後設置用於加熱複合板材的金屬覆蓋板的裝置15，該裝置在當前實施例中作為雷射射線源(例如二極體雷射器或標線雷射器)而構造。

直接在第一粘合步驟或粘合裝置12之後的、用於加熱金屬覆蓋板的裝置15實現了，重新加熱金屬的覆蓋板7、8並且因此補償或消除了通過粘合裝置12而引入到複合板材中的應力。通過加熱裝置15而對金屬帶材7、8進行的額外的加熱促使了從這些金屬帶材到塑料層6中的熱流，從而實現對由於金屬帶材7、8與塑料層6的不同的溫度而產生的這些應力的補償。輔助性地，優選調溫到金屬帶材的溫度的調溫的粘合輥12a、12b在此額外地起作用。

在複合板材經過粘合裝置14中的第二粘合步驟之後，將還是帶狀的複合板材在冷卻區域16中控制性地冷卻並且引入到後續加工站點17，該站點從帶材切下複合板材2。同樣地，能夠考慮帶狀複合板材的卷取機。如圖1中顯示出的，第一加熱區域構造為加熱隧道並且放射地、感應地和/或對流地將複合板材加熱到粘合溫度，例如100℃至300℃的範圍內。

冷卻區域16能夠例如設計為雙帶壓力機、空氣冷卻區段、水霧冷卻區段或水冷卻區段或者設計為所提到的這些冷卻區段的組合。由此，金屬板在其製造後冷卻到這樣的溫度，即，在這個溫度複合板材能夠容易地進一步加工，例如通過量產設備17。

圖2示出了設備的另一實施例，該設備首先具有分別用於金屬帶材或塑料薄膜的開卷機19、20和21。由開卷機20開卷塑料薄膜並且通過帶引導裝置22引入到預加熱裝置23，預加熱裝置直接設置在第一粘合裝置25之前。通過設置該塑料薄膜的預加熱裝置能夠實現，塑料薄膜能夠以特別精確控制的溫度而經歷第一粘合步驟。

金屬帶材能夠由開卷機19和21開卷並且經帶引導裝置22引導通過設備的加熱區域26並且同時與複合板材一起加熱到粘合溫度。這些金屬帶材在從加熱區域26出來後與來自開卷機20的塑料薄膜一同引入到第一粘合裝置25的第一粘合縫隙中並且在此處接合成帶狀的複合板材32。由此實現了用於製造複合板材的設備的特別緊湊的結構，因為特別是能夠免除用於金屬帶材的額外的預加熱區段。在第一粘合裝置25中的第一粘合步驟之後，複合板材向另一粘合裝置27的方向通過加熱區域26。在第一加熱區域26的末端處，複合板材具有在100℃至300℃之間的粘合溫度。將複合板材32重新粘合。

隨後，複合板材例如通過雙帶壓力機28，該雙帶壓力機構造為第二加熱區域，該第二加熱區域將複合板材重新加熱到粘合溫度。在第二加熱區域28的出口側，另一粘合裝置29進行另一粘合步驟並且提高了覆蓋板與塑料層之間的附著。因此，為了改善金屬帶材與塑料層之間的附著。特別也能夠使用在製造複合板材的期間的時間相關的粘合機制。在第三粘合裝置29的出口側，例如同樣地設置構造為雙帶壓力機的冷卻區域30，該冷卻區域受控地將帶材冷卻到加工溫度，從而能夠將帶狀的複合板材32在加工站31例如批量製作成板材或者作為卷材而捲起。根據需要可以省去第二加熱區域28和第三粘合裝置29，因此這些裝置在圖2中以虛線顯示。

優選地，對在粘合裝置25、27、29中設置的粘合輥調溫並且具體調溫到金屬的覆蓋板或金屬帶材的溫度，從而並不進行從金屬帶材向粘合輥的方向的熱導出。由此，能夠在粘合工序期間將金屬帶材與塑料薄膜之間的溫度差保持為較小，從而在總體上控制粘合工序。通過在第一粘合裝置、第二粘合裝置和可選的第三粘合裝置中的例如三個粘合步驟實現了，提高生產速率並且達到提高的加工速度。由此可能的是，以經濟的方式製造具有至少兩個金屬的覆蓋板和一個設置在這些覆蓋板之間的塑料層的複合板材。

在圖3中示出了設備的另一實施例，該設備首先具有分別用於金屬帶材和塑料薄膜的開卷機33、34和35。由開卷機33和34首先開卷金屬帶材和塑料薄膜並且將金屬帶材和塑料薄膜引入到用於預加熱的裝置36、37。將已經預加熱的金屬帶材和已經預加熱的塑料薄膜引入到具有粘合縫隙的粘合裝置41，以便於在粘貼步驟中製造出至少一面貼上塑料薄膜的金屬帶材。在進程方向上，將至少一面貼上的塑料薄膜的金屬帶材引入到用於預加熱的裝置38。在將另一金屬帶材引入到具有粘合縫隙的粘合裝置42之前，由開卷機35將該另一金屬帶材開卷並且引入到用於預加熱的裝置39，其中將該金屬帶材與預加熱的、至少一面貼上塑料薄膜的金屬帶材一起引入到粘合裝置42中，以便於在第一粘合步驟製造複合板材45。在第一粘合裝置42之後在進程方向上接著是加熱區域40，在該加熱區域的出口處設置第二粘合裝置43。在加熱區域40中以適當的方式或特定方法再次將該複合板材45加熱到粘合溫度，例如100℃至300℃並且在粘合裝置43中重新粘合。由此，進一步提高金屬帶材與塑料薄膜之間的附著。

在複合板材經過粘合裝置43中的第二粘合步驟之後，將仍為帶狀的複合板材在冷卻區域44中受控地冷卻並且引入到未示出的後續加工站點，該後續加工站點例如將複合板材從該帶材上切下。同樣地也可以考慮對帶狀的複合板進行卷取。