CN103372523B - 一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法 - Google Patents

一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法 Download PDF

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Abstract

一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法,采用对上、下涂辊表面包覆橡胶,橡胶表面刻槽,槽形为等腰三角形、等腰梯形或弧形;等腰三角形槽尺寸:槽顶宽a为0~0.6mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.0mm;等腰梯形槽尺寸:槽顶宽a为0~0.4mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.1mm,槽底宽b为0.1~0.8mm;弧形槽尺寸为:槽深h为0.1~0.4mm,槽顶宽a为0~0.4mm,曲率半径r为0.4~1.2mm,螺距p为0.3~1.1mm。本发明通过刻槽辊型满足不同涂层厚度的工艺需求,实现涂层均匀化涂布。

Description

一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法
技术领域
本发明涉及带钢涂层技术,特别涉及一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法。
背景技术
辊涂是冷轧带钢涂层工序最为常见的涂布方式,无驱动两辊式涂层机结构简单,操作维护方便,尤其适用于易于流平的涂料(包括水溶性涂料或高固体含量涂料)的涂布,例如冷轧硅钢卷材的连续涂布作业。一般地,带钢在线运行进入涂层机时,无驱动、类似挤干辊的两橡胶辊在水平带钢的上、下方布置;进入涂辊前的带钢,上方由涂液供给槽向上涂辊给液,下涂辊或由给液管槽供液,或浸入漆盘汲液,涂层厚度基本只能通过上、下两橡胶辊之间的压力调整来实现。
中国专利申请号200710044754通过涂层机框架摆动,使得出口带钢与框架垂直,带钢与上下涂辊的接触区一致的方法,保证上下表面膜厚均匀。中国专利申请号200920289715.8和200920289716.2提供了侧辊和涂辊、涂辊和带钢之间的压力,从而调整涂层厚度和均匀度。然而该类型的涂层机设备配置一般较为简单,对涂层厚度的调控手段十分有限,故进一步地,中国专利申请号200610155838.3在带有刻槽的两个无驱动橡胶辊涂层机上,结合具体的涂液特性,披露一种三角槽型,实现了1~3μm膜厚的涂布控制。即使如此,当涂液成分、比重等性质变化,或带钢运行速度变化,或涂层的厚度要求更厚或更薄时,即使调整辊间压力,该类刻槽涂辊也难以能满足涂层膜厚的控制需求。
表面带有刻槽的橡胶辊多用于纺织和印刷行业,尤其在半导体制造领域,已由使用经验的积累转为理论指导的完善。例如美国专利US6645297B1所述涂辊表面两端边缘区域槽深逐渐变浅,能在基板上交替重复地形成均匀的绝缘层和耐焊层,印刷制造出电路板。再如Dainippon Screen公司申请的美国专利4949667和5028457描述了一种梯形槽和一种三角梯形槽,能将高粘度的电子浆料均匀印刷在电路板上。这类半导体印刻制造方面得到应用的涂辊刻槽技术,大多需要以涂料理化特性、工作环境等精细控制条件为前提,且涂层膜厚要求各异,不能直接借鉴到冶金行业的冷轧带钢涂层领域。
因此可见,冷轧带钢行业使用的无驱动两辊式涂层机,其涂层厚度仅能通过辊间压力来调节,故本发明基于橡胶涂辊表面刻槽的方法,完善涂层厚度的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法,通过选用合适的刻槽辊型满足不同涂层厚度的工艺需求、相同涂层的厚度差异化需求、实现各类涂层的均匀化涂布,并保证较高的涂辊正常使用寿命。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法,采用对上、下涂辊表面包覆橡胶,橡胶表面刻槽,槽形为等腰三角形、等腰梯形或弧形;等腰三角形槽的尺寸为:槽顶宽a为0~0.6mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.0mm;等腰梯形槽的尺寸为:槽顶宽a为0~0.4mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.1mm,槽底宽b为0.1~0.8mm;弧形槽的尺寸为:槽深h为0.1~0.4mm,槽顶宽a为0~0.4mm,曲率半径r为0.4~1.2mm,螺距p为0.3~1.1mm,以此能获得单面干膜0.5~38g/m2的涂层厚度。
进一步,所述的上、下涂辊直径为150~450mm。
所述的上、下涂辊表面橡胶材质邵氏硬度为45~78°。
所述的上、下涂辊表面橡胶材质为氯丁二烯、氯磺化聚乙烯或聚氨酯。
所述的下、上两涂辊上各刻槽的总截面积之比(Sl下/Sl上)在1.00~1.08的范围内。
另外,本发明将单根涂辊的全长划分为三部分或五部分,且,分隔沿辊身中心对称,相邻分隔辊身区域设置的槽深差Δh≠0,但螺距p相同;Δh>0或Δh<0,涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚或减薄。
将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分,辊身分区原则为:定义待涂敷带钢的长度为l’,对于三部分划分涂辊,辊身Ⅱ长度为40%~70%l’;对于五部分划分涂辊,辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8%~15%l’,辊身Ⅲ长度为40%~60%l’。
单根涂辊的邵氏硬度差在1°内,上下涂辊硬度差在2°内。
本发明选择的涂辊直径为150~450mm。当带钢运行速度较快时,选取较大的涂辊辊径,能平衡掉涂辊为带钢提供过多的涂液量,且单位面积受到的冲击力小,保证了涂辊的使用寿命;但若涂液流变性不佳,则控制涂层厚度的精度相比较差。较快的机组速度首先需要保证涂辊运行的安全性,具有一定槽顶宽a的等腰梯形槽能稳定承受带钢对涂辊的冲击,故在三种基本槽型中为优选。
当涂液性质为悬浮液,或者比重较大时,应当重点防止因涂液偏析或流平不佳,影响涂层均匀性;当涂液粘度高或固含量高时,涂层厚度容易偏厚或产生不均匀的花纹。此时三种基本槽型中,优选弧形槽或等腰三角槽。不论哪种槽型,最好考虑较小的涂辊辊径,且均要求槽深h较小,槽顶宽a较小或螺距p较大;机组速度较快时更当如此考虑。
涂辊表面橡胶材质要求的硬度一般为邵氏45~78°,且韧性和耐磨性、耐溶剂性、抗老化性好。合适的橡胶材质可从氯丁二烯(Neoprene),氯磺化聚乙烯(Hypalon)、聚氨酯(Polyurethane)橡胶中选择,且橡胶表面不能表现为疏水性。硬度相对偏软的胶辊,更容易将涂料供给带钢,从而获得较高的涂敷量。
采用无驱动两辊式的涂层方法,下表面因涂料受重力而回流,故其涂层厚度较上表面偏薄,从而偏离了实际工艺对上下表面膜厚的控制要求。依据涂液类型不同,为满足上下表面涂布量一致,则下、上两辊(Sl下/Sl上)总截面积之比一般在1.00~1.08的范围内。由此可按照两表面涂层厚度的具体工艺要求,灵活调整上、下涂辊槽型的总截面积Sl
对于同一表面的涂层厚度,有时要求带钢边、中、边部的涂布量有所差别,此时可将单根涂辊的全长划分为三部分或五部分;辊身分隔沿辊身中心轴对称。相邻分隔辊身区域存在槽深差异Δh(Δh>0或Δh<0),但螺距p相同;这样涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚或减薄。采用五部分划分或三部分划分涂辊的槽型时,上、下涂辊的辊身长度一般互不一致,以避免上、下涂辊分隔处的膜厚产生突变。辊身分区原则为:定义待涂敷带钢的长度为l’,单位,mm,对于三部分划分涂辊,辊身Ⅱ长度为(40%~70%)l’;对于五部分划分涂辊,辊身Ⅱ或Ⅳ长度为(8%~15%)l’,辊身Ⅲ长度为(40%~60%)l’,单位,mm。
涂辊硬度直接影响胶辊带液能力和涂层均匀性缺陷的形成,一般要求单根涂辊的邵氏硬度差在1°内,上下两辊硬度差在2°内。软质橡胶的选用容易得到良好的涂层,可减弱部分涂层缺陷;但当其抗磨损能力差于硬质橡胶时,可考虑适当增大槽顶宽a。涂辊辊间压力过小则不能保证膜厚均匀性和稳定性,过大则容易对涂辊槽齿造成伤害,损害涂辊寿命。
胶辊刻槽时,刀具从涂辊一端移向另一端,从而产生槽线螺旋方向。一般地,同一涂辊只有一个螺向,上下两辊螺向相同。但当上、下两辊螺向相异时,可产生额外效果。如图8、9所示,上、下两涂辊螺向相异,分别为右旋和左旋时,上、下两辊槽齿间的涂液都易于向左移动,造成左侧涂层有偏厚倾向。涂液粘度、比重越大,涂辊辊径越小,带钢运行速度越快,则左侧涂层增厚倾向越大,可将左侧涂辊辊间压力加大,更易于膜厚的精确控制;与此同时,涂辊左侧受力也较大,容易磨损甚至有带钢跑偏倾向。
本发明的有益效果:
1.对粘度10~180秒(4mm,DIN 53211)、比重1.0~1.9g/ml、固体份5~75%等不同种类和性质的涂液,选用合适的刻槽辊型能普遍适用。
2.对上下表面涂层平均厚度不一、或同一表面边中边部膜厚不同等特殊工艺要求,选用合适的刻槽辊型能获得单面干膜0.5~38g/m2的涂层厚度。
3.选用合适的刻槽辊型,能减清涂层均匀性缺陷,提高橡胶涂辊运行的稳定性,保证涂辊正常使用寿命不小于600km。
附图说明
图1为本发明涂辊刻槽槽型为等腰三角形槽的示意图。
图2为本发明涂辊刻槽槽型为等腰梯形槽的示意图。
图3为本发明涂辊刻槽槽型为弧形槽的示意图。
图4为本发明涂辊五部分划分的示意图。
图5为图4的A部放大示意图。
图6为本发明涂辊三部分划分的示意图。
图7为图6的B部放大示意图。
图8为本发明涂辊螺向右旋的示意图。
图9为本发明涂辊螺向左旋的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
参见图1,本发明涂辊刻槽槽型为等腰三角形槽,其四个基本尺寸为槽深h,槽底夹角θ,螺距p,槽顶宽a;其中,槽顶宽a为0~0.6mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.0mm。
图2所示为等腰梯形槽,其五个基本尺寸为槽深h,槽顶宽a,槽底宽b,螺距p,槽底夹角θ;其中,槽顶宽a为0~0.4mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.1mm,槽底宽b为0.1~0.8mm。
图3所示为弧形槽,其四个基本尺寸为槽深h,槽顶宽a,曲率半径r,螺距p;其中,槽深h为0.1~0.4mm,槽顶宽a为0~0.4mm,曲率半径r为0.4~1.2mm,螺距p为0.3~1.1mm。
对于同一表面的涂层厚度,有时特别要求带钢边、中、边部的涂布量有所差别,此时可将上、下涂辊1、2的全长划分为三部分或五部分,如图4~图7所示,其分别为五部分辊身Ⅰ~Ⅴ和三部分辊身Ⅰ~Ⅲ;辊身分隔沿竖直轴对称。相邻分隔辊身区域存在槽深差异Δh(Δh>0或Δh<0),但螺距p相同;这样涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚(如图4、图5)或减薄(如图6、图7)。采用五部分划分或三部分划分涂辊的槽型时,上、下涂辊的辊身长度一般互不一致,以避免上、下涂辊分隔处的膜厚产生突变。辊身分区原则为:定义待涂敷带钢的长度为l’,单位,mm,对于三部分划分涂辊,辊身Ⅱ长度为(40%~70%)l’;对于五部分划分涂辊,辊身Ⅱ或Ⅳ长度为(8%~15%)l’,辊身Ⅲ长度为(40%~60%)l’,单位,mm。
胶辊刻槽时,刀具从涂辊一端移向另一端,从而产生槽线螺旋方向。一般地,同一涂辊只有一个螺向,上下涂辊螺向相同。但当上、下两辊螺向相异时,可产生额外效果。如图8、图9所示,上、下涂辊1、2螺向相异,分别为右旋和左旋时,上、下涂辊槽齿间的涂液都易于向左移动,造成左侧涂层有偏厚倾向。涂液粘度、比重越大,涂辊辊径越小,带钢运行速度越快,则左侧涂层增厚倾向越大,可将左侧涂辊辊间压力加大,更易于膜厚的精确控制;与此同时,涂辊左侧受力也较大,容易磨损甚至有带钢跑偏倾向。
实施例1
涂料性质和涂层结果见表1,橡胶涂辊工艺状况如表2所述。
表1
表2
槽型参数设计说明:
本例中的涂布作业背景是机组速度较慢、涂料的比重和固含较大,故选择涂辊首先考虑涂辊槽齿的给液能力和涂布均匀性。选取了邵氏50°、辊径180mm的软质小胶辊,同时采用槽顶宽a为0、夹角θ为120°的三角槽型,兼顾了涂液流平性和涂辊使用寿命。由于涂液比重大,故应考虑下/上两辊总截面积之比(Sl下/Sl上)>1。
单位长度1m内的上/下涂辊总横截面积分别为94.74/98.97mm2,下/上两辊(Sl下/Sl上)总截面积之比为1.04,这样保证了下表面膜厚与上表面一致或稍偏厚的工艺需求。该涂辊正常涂布的使用寿命≥600km。
实施例2
涂料性质和涂层结果见表3,橡胶涂辊工艺状况如表4所述。
表3
表4
对涂辊辊身进行五部分划分刻槽,如图4所示,参数见表5.
表5
槽型参数设定说明:
本实施例例中的机组速度适中,涂液流平性较好,但涂层厚度的工艺要求较为特殊且严格。选择了软质较大直径胶辊、槽齿形状坚固的梯形槽,可满足苛刻工艺的稳定实现。由于要求较厚的下表面膜厚,则需设定下/上两辊总截面积之比(Sl下/Sl上)>1;又因同一表面边、中、边部膜厚不同,故将涂辊辊身分隔成几段进行刻槽。
以中央区域的辊身Ⅲ槽型为基准,单位长度1m内的上/下涂辊总横截面积分别为240.81/256.86mm2,下/上两辊总截面积之比(Sl下/Sl上)为1.07,这样保证了下表面膜厚比上表面平均高0.5g/m2的工艺需求。图4和表5所示辊身五分隔的槽型,使得涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚了0.5g/m2。该涂辊正常涂布的使用寿命≥750km。
实施例3
涂料性质和涂层结果见表6,橡胶涂辊工艺状况如表7所述。
表6
表7
槽型参数设定说明:
本例中的涂布作业背景是机组速度较快,故选择硬度高达邵氏75°的耐磨胶辊。槽顶宽a为0的弧形槽配合流平性好的涂液使用,可使得涂层条纹最少化。工艺要求下表面膜厚高于上表面0.5g/m2,本应考虑下/上两辊总截面积之比(Sl下/Sl上)>1,但本例仍采用上下相同的涂辊槽型,将涂层机框架倾斜以得到较厚的下表面膜厚。
相同槽型的上下涂辊,其单位长度1m内的总横截面积为123.35m2;虽然槽顶宽a为0,但胶辊刻槽加工过程中存在的尺寸精度造成实际a值约0.01~0.02mm。因上/下涂辊螺向相异,导致涂液过多流向WS侧,故为使膜厚均匀,WS侧的涂辊压力稍高于DS侧。该涂辊正常涂布的使用寿命≥850km。
对于冶金行业冷轧带钢涂布工序采用的无驱动两辊式橡胶辊涂层机,本发明能普遍适用,且尤其适用于环保型水溶性涂料和高固体含量涂料的均匀涂布。

Claims (12)

1.一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法,采用对上、下涂辊表面包覆橡胶,橡胶表面刻槽,槽形为等腰三角形、等腰梯形或弧形;等腰三角形槽的尺寸为:槽顶宽a为0~0.6mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.0mm;等腰梯形槽的尺寸为:槽顶宽a为0~0.4mm,槽深h为0.1~0.6mm,槽底夹角θ为50~120°,螺距p为0.3~1.1mm,槽底宽b为0.1~0.8mm;弧形槽的尺寸为:槽深h为0.1~0.4mm,槽顶宽a为0~0.4mm,曲率半径r为0.4~1.2mm,螺距p为0.3~1.1mm,以此能获得单面干膜0.5~38g/m2的涂层厚度;
将单根涂辊的全长划分为三部分或五部分,且,该划分沿辊身中心对称,相邻分隔辊身区域设置槽深差Δh≠0,但螺距p相同;Δh>0时,涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚;Δh<0时,膜厚从中间向两边逐渐减薄。
2.如权利要求1所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,所述的上、下涂辊直径为150~450mm。
3.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,所述的上、下涂辊表面橡胶材质邵氏硬度为45~78°。
4.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,所述的上、下涂辊表面橡胶材质为氯丁二烯、氯磺化聚乙烯或聚氨酯。
5.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,所述的下、上两涂辊上各刻槽的总截面积之比即Sl下/Sl上在1.00~1.08的范围内。
6.如权利要求3所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,所述的下、上两涂辊上各刻槽的总截面积之比即Sl下/Sl上在1.00~1.08的范围内。
7.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分,辊身分区原则为:定义待涂敷带钢的长度为l’,单位,mm;对于三部分划分涂辊,辊身Ⅱ长度为40%~70%l’;对于五部分划分涂辊,辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8%~15%l’,辊身Ⅲ长度为40%~60%l’,单位,mm。
8.如权利要求3所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分,辊身分区原则为:定义待涂敷带钢的长度为l’,单位,mm;对于三部分划分涂辊,辊身Ⅱ长度为40%~70%l’;对于五部分划分涂辊,辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8%~15%l’,辊身Ⅲ长度为40%~60%l’,单位,mm。
9.如权利要求5所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分,辊身分区原则为:定义待涂敷带钢的长度为l’,单位,mm;对于三部分划分涂辊,辊身Ⅱ长度为40%~70%l’;对于五部分划分涂辊,辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8%~15%l’,辊身Ⅲ长度为40%~60%l’,单位,mm。
10.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,单根涂辊的邵氏硬度差在1°内,上下涂辊硬度差在2°内。
11.如权利要求3所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,单根涂辊的邵氏硬度差在1°内,上下涂辊硬度差在2°内。
12.如权利要求5所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法,其特征是,单根涂辊的邵氏硬度差在1°内,上下涂辊硬度差在2°内。
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