CN101691081A - 双金属片层结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双金属片层结构及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:在金属基底上涂布一层粘合剂;和将一装饰金属层压合在金属基底上,使装饰金属层的外表面上不存在表面缺陷,且不能透过装饰金属层看到金属基底。根据本发明方法制备的双金属片层结构包括:一由第一金属材料构成的装饰金属层;一由不同于第一金属材料的第二金属材料构成的金属基底,金属基底的厚度大于装饰金属层的厚度;以及一设置于装饰金属层和金属基底之间的粘合剂层,粘合剂层分布于装饰金属层和金属基底的整个结合面,以稳定粘合装饰金属层和金属基底。
Description
技术领域
本发明涉及一种片层结构,尤其是一种金属-聚合物-金属片层结构及其制备方法。
背景技术
为了美观而可以精饰的装饰面板广泛应用于各种工业产品中,例如,许多传统的家用电器通常具有若干个安装后仍然可见的外表面,这些外表面中就可能包括一个装饰面板。具体地,洗碗碟机、垃圾捣碎机、炉子和其他各种厨房器具通常都可能具有一个装饰性前表面。
通常希望装饰表面可以提供精饰的金属外观。除了家用电器外,具有精饰金属外观的装饰表面还可以用于表面饰有金属的建筑面板、表面饰有金属的型钢水池,以及汽车工业中表面饰有金属的其他部件。然而,由于金属材料,如钛、不锈钢、镍、铜和其他昂贵的金属卷材成本较高,一些用于为装饰表面提供理想精饰金属外观的单一金属基底的应用受到了限制。
为了降低用于为装饰表面提供理想精饰金属外观的单一金属基底的使用成本,现有技术进行了一些尝试。例如,现有技术就建议减小单一面板的厚度,从而实现总的材料用量的减少。但是,减小单一金属基底的厚度可能会导致其稳定性降低(即降低结构或表面完整性),并可能会因为最小厚度的要求而使得一些后处理操作,如刷光、抛光、压纹或其他通过机械方式获得的装饰性精饰,无法进行。
现有技术的另一个做法是:采用电镀、电沉积或其他类似的工艺在一些廉价金属基底上涂布一层贵重和具有良好装饰效果的金属材料。但是,透过电镀表面可以看到其所涂布的金属基底。此外,电镀获得的非常薄的电镀层寿命有限、生产成本昂贵且容易在后处理操作中受损。
现有技术中再一种做法是:对聚合物面板的表面进行金属化,以获得具有理想精饰金属外观的装饰表面。但是,在处理和后处理操作中,金属-聚合物片层结构的剥离强度通常不足,金属膜容易脱落。也就是说,在将金属成型于聚合物基底和随后的处理工序中产生的机械应力容易引起金属膜弯曲或变形,使得金属起泡和/或从基底上剥落。此外,由于具有不同的抗化学性或抗刮擦性,当发生刮擦和受污染时,各片层不能象固体金属一样被修复。
发明内容
本发明的目的在于:提供了一种金属-聚合物-金属片层结构及其制备方法,其可以降低单一金属基底(包括但不局限于不锈钢、钛、黄铜、镍和紫铜)的生产成本。本发明的制备方法可以基本消除金属装饰层表面上的各种表面缺陷,且不能透过装饰金属层看到金属基底。因此,本发明的金属-聚合物-金属片层结构的外观与其对应的单一金属相同,但是价格低廉。
此外,本发明的另一目的在于:提供了一种具有良好耐用性的金属片层结构,其可以通过轧制成型而不会出现边缘分层,且适于使用现有技术和设备成功地进行焊接、成形加工、冲压、喷漆、涂刷和透明镀等后续处理。
根据本发明的一个实施方式,本发明金属片层结构的制备方法包括:在金属基底的界面上涂布一第一粘合剂层,以及将一装饰金属层的内表面压合在金属基底的界面上,使装饰金属层的外表面上不存在表面缺陷,且不能透过装饰金属层看到金属基底。
根据本发明的一个实施方式,第一粘合剂层通过一个可增加第一粘合剂层润湿性的精饰涂布机涂布。此处所述的“润湿性”应当理解或解释为液体或粘合剂在其所涂布的表面上均匀分布、密切覆盖的自然属性。为此,精饰涂布机上设有一个紧靠金属基底的涂料辊,精饰涂布机可以连续涂布第一粘合剂层。涂料辊的接触压力可以调整,以增加第一粘合剂层的润湿性。精饰涂布机还设有一个距涂料辊第一间距的拾取辊,拾取辊可将粘合剂传送至涂料辊上。第一间距可以适当选择,以控制膜的厚度并增加第一粘合剂层的润湿性。此外,涂料辊以第一速度旋转,拾取辊以第二速度旋转,第一速度和第二速度最好可以调整,以获得理想的膜厚并改善第一粘合剂层的润湿性。
根据本发明的另一个实施方式,将装饰金属层的内表面压合在金属基底的界面上的步骤包括:将金属基底加热至一第一温度,将装饰金属层加热至一第二温度,以及将装饰金属层压合在金属基底上。装饰金属层的加热可以调整,以在将装饰金属层压合在金属基底之前,获得第一温度和第二温度之间的预定温差,使得装饰金属层和金属基底可以同步收缩。在将装饰金属层压合在金属基底上之前,装饰金属层上最好可以涂布一第二粘合剂层。
根据本发明的另一个实施方式,将装饰金属层压合在金属基底上的步骤包括:连续将装饰金属层和金属基底穿过一轧辊,轧辊的压合压力可以调整,以消除在将装饰金属层压合至金属基底过程中产生的装饰金属层的变形。轧辊的压合压力最好小于80磅/平方英寸(psi)。
根据本发明的一个实施方式,本发明制备方法还包括:在将装饰金属层和金属基底压合前,在装饰金属层的内表面上涂布一第一金属预处理材料层;以及在将第一粘合剂层涂布于金属基底之前,在金属基底的界面上涂布一第二金属预处理材料层,第一金属预处理层和第二金属预处理层有助于改善内表面与界面的压合。
本发明还提供了一种金属片层结构,其包括:一个由第一金属材料构成的装饰金属层和一个由不同于第一金属材料的第二金属材料构成的金属基底,金属基底的厚度大于装饰金属层的厚度。装饰金属层和金属基底之间设有一粘合剂层,粘合剂层分布于装饰金属层和金属基底的整个结合面并使其紧密粘合。装饰金属层设有相对的内表面和外表面,外表面上不存在表面缺陷,且不能透过外表面看到金属基底。
根据本发明的一个实施方式,压合前液态粘合剂的粘性小于1440厘泊(cps),以便于表面成形。此外,装饰金属层的厚度最好为0.102毫米至0.305毫米,金属基底的厚度最好为0.203毫米至1.524毫米。
根据本发明的一个实施方式,装饰金属层进行表面精饰,金属基底未进行表面精饰。此处的“精饰”应当理解或解释为表面精制和改良,包括但不限于打磨、上光、加弹、清漆、磨光、刷光、着色或局部处理。
附图说明
下面结合说明书附图,详细说明本发明的具体实施方式及其对应的有益技术效果,其中:
图1所示为根据本发明方法制备的双金属片层结构的立体示意图。
图2所示为实施本发明方法的卷材涂布和压合装置的局部示意图。
图3所示为实施本发明方法的卷材涂布和压合装置的另一局部示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能更明显易懂,现结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参照说明书附图,其中,相同的附图标记表示相同的元件。图1所示为根据本发明方法制备的一个装饰性双金属片层结构10(以下简称片层结构10)的立体示意图。以下结合图1至图3所示,详细说明本发明的具体实施方式。可以理解的是,本发明并不局限于图1至图3所示的具体实施方式。此外,说明书附图仅仅是为了方便说明,并非严格按尺寸绘制,因此,各附图中显示的相对尺寸并不对本发明构成任何限制。
图1所示的片层结构10包括:一装饰金属层12、一与装饰金属层12相对的金属基底14和一置于装饰金属层12和金属基底14之间的粘合剂层16,粘合剂层16分布于装饰金属层12和金属基底14的整个结合面,以将装饰金属层12和金属基底14稳定地粘结在一起。当然,根据本发明的其他实施方式,片层结构10还可以包括额外的基底、额外的粘合剂层、至少一个抑音粘弹性层,以及电镀层、重铬酸盐层和锌镀层等其他额外层。
装饰金属层12由第一金属材料构成,金属基底14由不同于第一金属材料的第二金属材料构成。具体来说,装饰金属层12可以是各种装饰性金属,包括但不局限于:304(L)不锈钢合金、430不锈钢合金、铜箔合金C11000、黄铜合金C260、钛合金和镍合金。金属基底14由具有一定硬度和结构耐久性的材料制成,以适应装饰金属层12的冶金学特性并满足片层结构10的具体使用要求。例如,金属基底14最好由高强度、廉价的金属卷材制成,包括但不局限于:冷轧钢、电镀钢、热镀锌板、无锡薄钢板和田磨黑钢。
如图1所示,装饰金属层12设有相对的外表面13和内表面15,装饰金属层12为展示面,其外表面13需要经过表面精饰。金属基底14为隐蔽的非展示面,无需进行表面精饰。此处的“表面精饰”应当理解或解释为表面改良,包括但不局限于:打磨、上光、加弹、清漆、磨光、刷光、着色、透明涂层或局部处理,在图1中统一用涂刷18表示。
粘合剂层16由天然或人工粘合剂组成,可为装饰金属层12提供足够的粘合强度和弹性、以满足制备环境和制备片层结构10所需后处理的要求。根据本发明的一个实施方式,粘合剂层16为冷成形的丙烯酸粘合剂、聚酯型聚氨酯等干结粘合剂。但是,如下面所详细描述,粘合剂层16的粘性要尽可能小,以提高其在片层结构10制备过程中的润湿性。此处的“润湿性”应当被理解或解释为,液体或粘弹性粘合剂均匀分布并紧密覆盖在其所涂布的表面上的自然属性。根据本发明的一个优选实施方式,粘合剂层16的粘性小于1440厘泊(Centipoise,cps),最好可以为200厘泊至500厘泊。当然,根据具体的粘结强度、综合硬度、片层结构10的具体应用所要求的其他属性,粘合剂层16的厚度和成分可以适当调整。
如图1所示,金属基底14的厚度T3大于装饰金属层12的厚度T1。在图示实施方式中,装饰金属层12的厚度T1为0.102毫米至0.305毫米,金属基底14的厚度T3为0.203毫米至1.524毫米,粘合剂层16的厚度T2最好为0.076毫米至0.152毫米。片层结构10的总厚度,即厚度T1、T2和T3的总和,最好为0.305毫米至1.829毫米。
图2和图3所示为实施本发明方法的卷材涂布和压合装置的示意图,总体分为图2所示的P1和图3所示的P2两个部分,以下结合图2和图3详细说明本发明制备方法的实施。当然,本发明的制备方法还可以采用其他的涂布和压合装置。此外,本发明的制备方法最好可以至少包括以下详细说明的步骤。当然,根据本发明的发明构思,也可以省略步骤、增加步骤,和/或调整各个步骤的顺序。
首先,请参照图2,装饰金属片材22从装饰金属片卷20(如卷紧的430不锈钢合金卷材)上拉出或展开,并传送至一系列用于清洗装饰金属片材22的清洗装置C1至C5。在图2所示的实施方式中,C1为一个高压热水喷洒器,以去除装饰金属片材22表面上聚集的颗粒。C2为一个可以喷射各种碱性处理液的清洗装置,以去除装饰金属片材22上的动物油脂、油污、指印和有机碎屑。清洗装置C3至C5由一系列热水冲洗装置构成,以去除来自清洗装置C2的碱性处理液和装饰金属片材22表面上的残留碎屑。清洗装置C1至C5最好不用刷洗装置来清洗装饰金属片材22。
适当清洗后,装饰金属片材22被传送至一个第一涂布装置,即第一顶涂布机24。第一顶涂布机24可以连续、均匀地在装饰金属片材22的内表面(即图1所示的内表面15)上涂布一层有机金属预处理材料,第一顶涂布机24涂布的金属预处理材料有助于改善装饰金属层12的内表面15与金属基底14的界面17压合过程中的粘结效率和质量。预处理后的装饰金属片材22随后被传送至一个加热装置,即第一炉26,以干燥金属预处理材料。随后,插入层36自发放装置34上被拉出并覆盖于装饰金属片材22的内表面(即图1所示的内表面15)上,以保护有机预处理材料层。装饰金属片材22随后被重新卷绕成下卷式卷材38。
图1所示的粘合剂层16可以在压合工艺中单层应用或作为分层的部分应用,作为分层的部分应用时,粘合剂层16的一部分被置于装饰金属层12的内表面15上,另一部分被置于金属基底14的界面17上。分层压合工艺可以提高粘结质量,即提高装饰金属层12和金属基底14之间的分子结合强度。如果图1所示的粘合剂层16采用分层压合工艺,在将装饰金属片材22重绕成下卷式卷材38之前,装饰金属片材22被传送至一第二涂布装置,即精饰涂布机28(图2中以虚线示出)。精饰涂布机28可以在内表面15上涂布一层粘合剂,即图1所示粘合剂层16的一部分,因此有机预处理材料可以在装饰金属片材22上连续、均匀涂布。涂布有粘合剂的装饰金属片材22随后被传送至一个加热装置,即第二炉30(图2中以虚线示出),以干燥粘合剂层16并形成部分片层结构10。此时,涂布有粘合剂的装饰金属片材22通过一个水淬冷装置32(在图2中以虚线示出)迅速冷却。
在图3所示的卷材涂布和压合工艺的流程示意图P2中,基底金属片材42(也可以称为金属基底)从一个基底金属片卷40(如旋紧的镀锌钢卷)拉出或展开。与图2所示的装饰金属片材22相似,图3所示的基底金属片材42被传送至一系列的清洗装置C1至C5。适当清洗后,基底金属片材42被传送至一个第三涂布装置,即第二顶涂布机44。根据本发明的另一个实施方式,基底金属片材42也可以被传送至图2所示的第一顶涂布机24,第一顶涂布机24同时预处理装饰金属片材22和基底金属片材42。第二顶涂布机44可以连续、均以地在基底金属片材42的界面(图1所示的17)上涂布一层活性金属预处理材料。与图2所示的第一顶涂布机24所采用的金属预处理材料类似,通过图3所示的第二顶涂布机44涂布在基底金属片材42上的金属预处理材料,也可以改善随后进行的层压压合中装饰金属层12的内表面15与金属基底14的界面17的粘结,即改善粘结的速度和质量。预处理后的金属基底片材42随后被传送至一个加热装置,即图3所示的第三炉46,以干燥活性有机预处理材料层。
请继续参照图3,预处理后的基底金属片材42随后被传送至一个第四涂布装置,即图3所示的精饰涂布机48。精饰涂布机48可以连续、均匀地在基底金属片材42预处理后的界面上涂布一层粘合剂。如前所述,精饰涂布机48可以在分层涂布中涂布如图1所示的部分粘合剂层16,也可以在单一涂布操作中涂布如图1所示的全部粘合剂层16。精饰涂布机48设有一个紧靠基底金属片材42的涂料辊43,且可以在基底金属片材42上连续涂布一层光滑的粘合剂。精饰涂布机48还设置一个距离涂料辊43第一间距D1的拾取辊45,拾取辊45可将粘合剂从储存部49传送至涂料辊43。靠近拾取辊45设有一个刮刀辊47,刮刀辊4与拾取辊45轴向平行。
精饰涂布机48用于增加粘合剂层16的润湿性,例如,涂料辊43具有一个选定的接触压力,以增加粘合剂层16的润湿性。具体地,涂料辊43具有理想的光滑表面。根据使用的粘合剂的粘性和切变强度,通过调整光滑的涂料辊43的接触压力,可以获得近似镜面的粘合剂层16。根据本发明的其他实施方式,涂料辊43和拾取辊45之间的第一间距D1可以调整,以增加粘合剂层16的润湿性。也就是说,第一间距D1可以设定为一个预定的理想距离,以优化拾取辊45与涂料辊43之间的压力,并使得传送至其上的粘合剂具有理想的厚度。此外,涂料辊43沿图3所示的箭头方向以第一速度V1旋转,拾取辊45沿着图3所示的箭头方向以第二速度V2旋转。当然,第一速度V1和第二速度V2可以根据实际需要调整,以增加粘合剂层16的润湿性。
涂布有粘合剂的基底金属片材42随后被传送至一个加热装置,即第四炉50。第四炉50可干燥粘合剂层16、将基底金属片材42加热至第一温度和将镜面粘合剂表面置于适当位置,以方便后续基底金属片材42和装饰金属片材22的压合。通过加热涂布有粘合剂的基底金属片材42,例如加热至华氏385度(385°F),预处理后的界面(图1所示界面17)和粘合剂层(图1所示粘合剂层16)被激活并反应,以改善其相互之间的物理和化学作用。
经清洗、预处理和涂布粘合剂后,装饰金属片材22和基底金属片材42层压压合在一起,使装饰金属层12的外表面13上不存在表面缺陷,且不能透过外表面13看到金属基底14。根据图3所示的实施方式,预处理后的装饰金属片材22的下卷式卷材38反卷展开,插入层36自内表面上移走并通过一系列喷火焰杆52加热至一个第二温度,以激活金属预处理材料层和可能存在的粘合剂。基底金属片材42的加热需严格控制并可调,以在压合装饰金属片材22和基底金属片材42之前,控制第一温度与第二温度之间的温差(温度梯度ΔT)。将温度梯度ΔT控制在华氏100°F可以减少或消除在冷却过程中因片层结构10的热膨胀导致的褶皱或弯曲。但是,总的压合温度应控制在一个预定的温度值上,以使得粘合剂具有良好的初粘强度。
热激活后的装饰金属片材22和基底金属片材42随后被压合在一起,例如,可以通过将装饰金属片材22和基底金属片材42以连续方式传送至一个由两个相对且相互作用的压辊54组成的轧辊,以形成片层结构10。压辊54之间的压合压力可以调整,以消除将装饰金属片材22和基底金属片材42压合时装饰金属片材22产生的变形。压合的压力可以为80至120磅/平方英寸,在图3所示的实施方式中,压送装置的压合压力可以小于80磅/平方英寸,以消除装饰金属层12的外表面13上不必要的应力和压缩力。需要注意的是,基底金属片卷40的卷绕方向最好可以与下卷式卷材38的卷绕方向相反,即分别采用上卷式和下卷式,以使得最终的片层卷材62上没有残余应力。
压合后的冷却应缓慢进行,例如压合后不进行强制冷却,以使得图1所示的装饰金属层12和金属基底14均匀地同步收缩。此时,涂布有粘合剂的装饰金属层12逐渐冷却,在图3所示实施方式中,逐渐冷却可以通过水冷却装置56实现。随后,插入层60自发放装置58上被释放并覆盖于装饰金属片材22的外表面(图1所示的外表面13)上,以保护装饰金属层12。片层结构10随后被重新卷绕成最终的片层卷材62。
尽管本发明已通过附图和具体实施方式详细揭示,但是,根据说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明成任何限制。
Claims (20)
1.一种金属片层结构的制备方法,其包括:
在一金属基底的界面上涂布一第一粘合剂层;以及
将一装饰金属层的内表面压合在金属基底的界面上,使装饰金属层的外表面上不存在表面缺陷,且不能透过装饰金属层看到金属基底。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述第一粘合剂层通过一个可增加所述第一粘合剂层润湿性的精饰涂布机涂布于所述金属基底的界面上。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述精饰涂布机设有一个紧靠所述金属基底且可将所述第一粘合剂层连续涂布于所述金属基底上的涂布辊,所述涂布辊的接触压力可调,以增加所述第一粘合剂层的润湿性。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述精饰涂布机设有一个紧靠金属基底且可将所述第一粘合剂层连续涂布于所述金属基底上的涂布辊和一个距离涂布辊第一间距且可将粘合剂传送至所述涂布辊的拾取辊,第一间距可调,以增加所述第一粘合剂层的润湿性。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述涂布辊以第一速度旋转,所述拾取辊以第二速度旋转,第一速度和第二速度可调,以增加所述第一粘合剂层的润湿性。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述压合步骤包括:
将所述金属基底加热至第一温度;
将所述装饰金属层加热至第二温度;以及
将所述装饰金属层和所述金属基底压合,其中,所述装饰金属层的加热可调,以在将所述装饰金属层与所述金属基底压合前获得第一温度、第二温度之间预定的温差。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述制备方法进一步包括:在将所述装饰金属层和所述金属基底压合之前,在所述装饰金属层上涂布一第二粘合剂层。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述压合步骤包括:将所述装饰金属层和所述金属基底以连续方式传送至一轧辊,轧辊的压合压力可调,以消除因压合造成的装饰金属层的变形。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述轧辊的压合压力小于80磅/平方英寸。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述制备方法进一步包括:
在压合前,在所述装饰金属层的内表面上涂布一第一金属预处理材料层;以及
在金属基底的界面上涂布所述第一粘合剂层前,在金属基底的界面上涂布一第二金属预处理材料层,第一预处理材料层和第二金属预处理材料层有助于所述内表面与所述界面的压合。
11.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述装饰金属层由第一金属材料组成,所述金属基底由不同于第一金属材料的第二金属材料组成。
12.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述金属基底的厚度为0.102毫米至0.305毫米。
13.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述金属基底的厚度为0.203毫米至1.524毫米。
14.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述制备方法进一步包括对所述装饰金属层进行精饰。
15.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述第一粘合剂层的粘性小于1440厘泊。
16.一种金属片层结构的制备方法,其包括:
通过一个精饰涂布机在一金属基底的界面上涂布一第一粘合剂层,精饰涂布机设有一个紧靠金属基底且可在金属基底上连续涂布第一粘合剂层的涂布辊,涂布辊的接触压力可调,以增加第一粘合剂层的润湿性;
将金属基底加热至一第一温度;
将装饰金属层加热至一第二温度;以及
将装饰金属层和金属基底连续传送至一个轧辊压合,使装饰金属层的外表面上不存在表面缺陷;
其中,所述装饰金属层的加热可调,以在将装饰金属层和金属基底压合前,减小第一温度和第二温度之间的温差;轧辊的压合压力可调,以消除由压合导致的装饰金属层上的各种缺陷。
17.一种金属片层结构,其包括:
一由第一金属材料构成、具有第一厚度的装饰金属层;
一由不同于第一金属材料的第二金属材料构成、具有第二厚度的金属基底;以及
一置于装饰金属层和金属基底之间且分布于二者整个结合面的粘合剂层,以将装饰金属层和金属基底稳定结合;
其中,所述装饰金属层设有相对的内表面和外表面,外表面上没有表面缺陷且不能透过外表面看到金属基底。
18.根据权利要求17所述的金属层片结构,其特征在于:所述装饰金属层的厚度为0.102毫米至0.305毫米。
19.根据权利要求18所述的金属片层结构,其特征在于:所述金属基底的厚度为0.203毫米至1.524毫米。
20.根据权利要求19所述的金属片层结构,其特征在于:所述装饰金属层的表面进行精饰,所述金属基底层的表面未进行精饰。
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