CN1045263C - 移动金属带的连续涂敷 - Google Patents

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Abstract

金属带材(4)通过如下步骤被连续涂敷热固性树脂基涂料：将其通过预热炉(5)，在此它被升温至100到210℃的预热温度；再通过一个涂漆机(6)，在此一个基本不含溶剂的涂料组合物固体块(11)以10到100千帕之间的一个大致恒定的压力被抵在带材(4)上，使涂料组合物液层(13)被涂到带材上；然后通过一个辊筒式抛光装置(18)实行抛光并该层展布，同时将它调整到规定厚度；接着通过固化炉(8)将该层热固化；最后通过冷却浴槽(9)。

Description

移动金属带的连续涂敷
本发明涉及用装饰性和/或保护性成膜涂料(有机聚合物)对移动金属带基进行大规模、连续的涂敷。一般本发明适用于生产终轧钢材的预涂钢带，例如做为生产建筑饰面板、器械外壳、车身以及许多其他金属板制品的起始材料。
在多数情况下，在生产此类产品过程中，将液态漆涂布于带钢，液态漆的各种成分，即聚合物料、颜料以及也可能加入的惰性填料被分散在一种溶剂中。通过自然或加热使溶剂蒸发，结果留下漆料中各种成分在带材上形成一层膜。如果成膜聚合物为热塑性的，则排除了溶剂实际上就完成了该过程。如果聚合物为热固性的，则需要再进行加热，以促使产生交联从而使漆膜硬化。
在大规模工厂生产中，贮存、搬运、特别是回收使用的大量对环境有害的溶剂，要达到维持满意的工作环境就要求精心处理以及昂贵的设备、设施。
在另一些情况下，已知采用所谓干粉涂布方法。简单地说，该方法包括将一种漆料组合物的带电干粒子喷到带有相反电荷的待涂物品上，然后加热粉末层以生成膜，根据需要也可能再将这层膜进行热固化。这种方法省去了溶剂，但是由于施粉会严重限制带基速度，因而该方法不适合于连续带材涂层。此外，粉末涂层本身就比原料带材上所要求的优选涂层要厚。
据此，本发明的目的之一在于提供一种适于高速、连续涂布装置使用，并不需要回收溶剂的涂漆方法。
采用液态涂料组合物的传统方法的又一缺点是当生产不同颜色或不同涂料的产品时，需由一种涂料转换到另一种涂料所引起的浪费，更主要是时间的延误。每当进行这种转换时，为避免旧涂料污染新涂料，必须将管线、泵、涂漆机以及所有其他与涂料相接触的设备排净和清洗。这就导致产品周期拖长，加之由此引起的大量成品库存和缺乏满足小批量、不常见产品定货的灵活性。
理想的是，完全按照每一份收到的定货要求来安排生产，因而本发明的另一个目的在于提供一种使转换时间足够短，以致能基本上达到这种理想状态的连续带材涂漆方法。
如上所述，本发明的目的是提供一种基本上无溶剂涂漆方法，它适用于连续、高速带材涂漆，同时它也能实现从一种涂料到另一种涂料的短时间转换。
本发明达到上述诸目的的基本方法是将一涂料组合物的液层施于带材上，具体做法是将一高固体含量，基本上不含溶剂的聚合物基涂料组合物固块压在移动的带材上，此时带材热到足以使与之接触的涂料块表层软化并在带材表面上形成一个液层被带走。
在导致本发明的实验中发现，热塑性聚合物基涂料组合物不适用，原因是如果这些组合物在室温下为非粘性固体，当采用实际上可行的带温时，其转变为低粘度液体需要的时间过长而无法实现。另一方面，具有较低玻璃化转变温度的热固性聚合物基组合物则是令人满意的，其前提是如此形成的液层在其因交联而粘度明显增加之前就被抛光。
因此，本发明在于一种将移动金属带材连续涂漆的方法，它包括：将带材预热到做为基本上无溶剂涂料组合物的基础组分的热固性聚合物的玻璃化转变温度以上的某一温度，将此种涂料组合物固体块抵住经预热的带材，同时保持块与带材之间足够的压力以使一涂料组合物液层从该固块移到带材上，将该层抛光，然后将抛光后的层进一步加热到固化温度借以在带材表面形成热固性附和涂层。
本发明还在于实现本发明方法的装置，它包括使上述带材沿规定路径移动的工具，以及带材沿上述路径移动时依次处理上述带材的其他装置，所述其他装置包括，用以将带材预热到规定预热温度的预热炉，用来握持一个涂料组合物固体块并维持该块与预热后带材接触的涂敷机，借此将涂料组合物的液层施于带材上，抛光装置，用该抛光装置上将上述液层基本均匀地涂布在带材的一侧，还有一台固化炉，在该固化炉中将上述均布层进一步加热到固化温度，以便在带材上生成一个附和涂层。
在某些情况下，将块与带材间压力保持在一个临界值，此时液层大致上就是最终漆料涂层所要求的厚度；在另一些情况下，如此生成的液层比所要求的稍厚一些，而后当将液层调节到要求的厚度的同时也实现了抛光。
下面结合附图更详细地举例说明上述发明的一个实施方案。
附图1是一条按照本发明的连续带材涂层生产线的示意性侧视图。
附图2是一个放大了的附图1生产线涂敷、抛光设备示意图。
附图3是与附图2类似的另一种抛光设备的示意图。
按照图1和图2所示的本发明的实施方案，使待连续涂布的钢带4移动，依次通过预热炉5、涂敷机6、抛光装置7、固化炉8以及冷却槽9。
图示的设备可以是一条连续镀层加工线总体的最后一部分，但更通常情况是，从一个传统的、装有来自仓库的卷装带材的开卷机(未表示)给其供料。从浴槽9出来的已涂层带被一个传统的卷取机(未表示)收起，此外生产线尚配备有其他辅助设施，例如储带器以及保持钢带张力的装置。
做为进料的带材4是经预处理的，旨在使之适合于加上一层罩面涂层，就是说它可能已经平整、清洗甚至可能涂了底漆。所有这些操作均可由传统的工具实现。具体地说，带材可以用通常的方式施以一种溶剂基的底漆组合物，按此法，涂了液态底漆的带材通过一个传统的固化炉将溶剂驱除并使底漆固化。这层底漆越薄越好，例如在3至20微米范围内，优选约5微米，而正因如此，在其配方中只要求用很少量的溶剂。另一可替代方案是，底漆本身也可以采用本发明的方法或装置涂布。
从底漆固化炉出来的涂有底漆的带材其温度至少接近涂料固体块熔离所需要的温度。的确在所述带材从底漆站直接到达成品涂敷站的装置里，可以控制底漆炉以确保出来的带材处于适宜的温度。然而多数情况是，涂底漆后带材通过一个专门的预热炉5以便达到要求的温度，该温度优选是在130℃到210℃之间的范围内，而后再到达涂漆机6。
涂漆机6包括一个料槽或导轨10，它用来给涂料组合物块11定位，还有一个迫使块11通过导轨10与带材4相抵触的气动或其他型式的推杆12。
与块11相接触的带材4的温度高于固块中聚合物材料玻璃化温度，因此，该固块的下表面层不断地熔化并被带材带走，并在带材上形成一个相对不均匀的液层13。熔高的速率受若干参数的控制，包括固块与带材沿带材移动方向的接触长度、涂料组成、带材温度和带材速度。在导致本发明的实验中发现，如果所有上述参数是常数(如正常操作装置)，那么，在由这些参数所规定的绝对极限值范围内(例如，若带温低于玻璃化温就不会有熔离，又如带速过高或接触距离甚短则熔离量极少，且涂敷的液层必定很薄，还可能不均匀)，则施涂的液层13的厚度取决于固块与带之间的压力。在上述极限范围内，若增加压力，则层13厚度增加，若压力减小则层厚减小。
在给定的情况下，适宜的压力可通过反复试验来确定。在图示的方案中，推杆12的操作气压可保持不变，也可以随固块11的不断消耗而逐渐提高以补偿块重损失，并使固块与带材之间的压力基本保持恒定。
举例来说，据记载，如果带温在100到210℃之间、带速在20到200米/分之间、作为涂料组合物基的聚合物树脂玻璃化温度在-10到40℃之间，接触长度在30到300毫米之间，那么(根据希望的涂料厚度不同)涂料块与带材间压力的适宜范围为从10到100千帕。
固块11可以是任何高固含量热固性聚合物基涂料组合物，其中聚合物玻璃化温度显著低于预热后带材方便的操作温度。适用的聚合物包括聚酯、硅改性聚酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、密胺甲醛树脂、氨基甲酸乙酯树脂以及这些树脂的混合物。
在带材4上如此形成的涂料组合物液层随后由抛光装置7抛光、调整厚度。该装置包括一个承托带材4的钢托辊14、弹性厚度调整辊15和位于带4两侧边缘各一的档板16，其作用是防止流失。辊14迴转时其表面速度大致与带材4的速度相同，而且辊与带材相切的部分的移动方向与带材运动相同。厚度调整辊15的情况也是如此；不同之处是其表面速度可以是带材速度的约10-20％。辊隙间维持轻微压力，且在17处可能有一定多余涂料13的堆积。
调厚辊15可以是包胶辊。例如它可以在钢芯外面包有一个约20毫米厚的耐热硅或其他橡胶表层。这种橡胶的肖氏A硬度为45至65，例如约55。
装置7可以设计为正转、单辊、抛光装置。
固块11较好是比带材4稍窄，这样当带材进入辊14和15的辊隙时其两边宽出的两个窄条处没有层13。上述辊子随后将液层沿带材的整个幅宽涂布，同时略微降低其平均厚度。这种减薄作用使辊筒生产满意的光滑涂层，而涂布作用使单位带长的带面液层体积在通过辊隙前、后，仍大致不变(尽管减薄)。这样就可以调节熔离速率，以便使生产在既不出现过薄涂层又不发生在辊14和15的辊隙前方因多余涂料而致的大量流失的情况下连续长期进行。
带材通过抛光装置7就会在引出带材上形成预定厚度的光滑涂层。
虽然固块11基本不含溶剂，但因涂料受热仍产生少量挥发物，因此可以在装置7上方安装一个如同图1的风罩18的抽烟设施。
应当强调指出的是，图1是个示意图。实际上涂漆机6与抛光机7的安排位置使得液层13在进入辊14和15辊隙之前没有充分的时间因交联作用而大幅度增加粘度。
从抛光装置7引来，使涂膜带材通过固化炉8，在这里涂层被加热到固化温度，譬如说220-270℃，并借此被固化。
随后，使固化涂层随同带材穿过浴槽9将其骤冷，或者以其他方式将其冷却至室温，以便重新卷取并做为成品卸下。
图3示出了另一种抛光装置。它包括一个钢托辊18、一个弹性涂漆辊19和一个钢制调厚辊20。
所有这些辊筒按图3所示各辊所标箭头的方向转动，辊18和19之间的压力比较高。该装置运转方式如下。涂层21(对应于图2涂层13)借助上述新颖、块熔离式涂漆机涂布于带材上。该涂层不能轻易地通过辊18和19的辊隙，而基本附着在辊19上。然后由辊19携带抛光过的涂层，并将其涂布在带材上，其方式与采用传统辊简涂布机涂布传统的液体涂料的方式十分相似。涂漆辊19的表面速度优选为带材速度的70-130％，而调厚辊20的表面速度为涂漆辊19表面速度的10-20％。
因此，图3的装置可以设计成反转、双辊抛光装置。
在另外一个可用于本发明涂膜加工的正转单辊或反转、双辊抛光装置中，单托辊14和18可以用两个彼此分开、分别位于辊15或辊19的略偏上方和略偏下方的托辊来代替(视情况而定)。这样做在带材和辊15或19之间造成一定的弹性，从而使该装置对于涂漆机熔离速率的偶然变差不那么敏感。
在又一个实施方案中，其中对表面光洁质量的要求稍低，可以用一或两只托辊和一只简单、固定不动的刮刀来代替上述辊型的抛光装置。

Claims (17)

1.一种用附着的聚合涂料组合物连续涂敷金属带材的方法，该方法包括以下步骤：
连续地移动金属带(4)；
选择基体上无溶剂涂料组合物的固体的固块(11)，所说组合物包括具有玻璃化温度的热固性聚合物；
将移动金属带材预热至高于玻璃化温度的预热温度；
在固块(11)和带材(4)之间维持足够的压力以使涂料组合物的液层(13，21)由固块(11)转移到带材(4)上；
抛光上述的层(13，21)；和
将抛光层(13，21)加热至固化温度，结果在移动带材(4)上生成热固性附着涂层。
2、按照权利要求1的方法，其中聚合物包括任何一种下述物质：聚酯、硅改性聚酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、密胺甲醛树脂或氨基甲酸乙酯树脂。
3、按照权利要求1或2的方法，其中固块(11)的宽度小于带材(4)宽度，这样从固块(11)上带走的液层(13，21)宽度同样也小于带材(4)宽度，且其中抛光所述涂层(13，21)的步骤包括将其沿整个带材(4)宽度展布。
4、按照权利要求1的方法，其中抛光所说涂层的步骤是靠一个正转、单辊抛光装置(15)进行的。
5、按照权利要求1的方法，其中抛光所说涂层(21)的步骤是由一个反转、双辊抛光装置(19，20)进行的。
6、按照权利要求1的方法，它还包括将所说带材(4)和热固化涂层骤冷的步骤。
7、按照权利要求1的方法，其中所说预热温度在100至210℃范围内。
8、按照权利要求1的方法，其中所说带材(4)以20至200米/分的速度移动。
9、按照权利要求1的方法，其中所说玻璃化温度为-10到40℃。
10、按照权利要求1的方法，其中固块(11)与带材(4)沿带材(4)移动方向接触长度为30到300毫米。
11、按照权利要求1的方法，其中带材(4)与固块(4)之间压力为10到100千帕。
12、按照权利要求1的方法，其中所说固化温度为220到270℃。
13、用来实施上述权利要求中任何一项的方法的装置，它们包括引起所说带材(4)沿规定路径移动的工具，以及随着所说带材(14)沿所说路径移动过程中依次对它进行处理的后续装置，所说后续装置包括：用来将带材(4)预热到规定预热温度的预热炉(5)；用来握持涂料组合物固块(11)并保持固块(11)与预热带材(4)的接触、借此将一层涂料组合物液层(13，21)涂布在带材(4)上的涂漆机，多个抛光工具，借此使所说液层(13，21)基本均匀地涂布在带材(4)的一面；以及固化炉(8)，借此所说均布层(13，21)被进一步加热到固化温度，以生成一个带材(4)面上的附着涂层。
14、按照权利要求13的装置，其中所说涂漆机(6)包括用来保持所说固块(11)与带材(4)之间接触压力基本恒定的推料机构(12)。
15、按照权利要求13的装置，其中所说抛光工具(7)是一种正转、单辊抛光装置(15)，而抛光装置的单辊(15)表面速度为带材(4)移动速度的10到20％。
16、按照权利要求13的装置，其中所说抛光工具(7)是一种反转、双辊抛光装置(19，20)，而抛光装置涂漆辊(19)表面速度为带材(4)移动速度的70至130％，其中这些装置的厚度控制辊(20)的表面速度为涂漆辊(19)表面速度的10到20％。
17、按照权利要求13到16中任何一项的装置，其中所说抛光装置(7)包括两个彼此有一定间距的带材(4)的承托辊(14，18)。
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