CN107019408A - 一种炊具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炊具及其制备方法。所述炊具包括炊具基体,所述炊具基体的内表面附着有中间结合层,所述中间结合层表面上附着有不沾涂层。本发明提供的炊具具有硬度较高,耐腐蚀能力强,耐磨性性能更好,且不沾涂层结合力更好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种炊具及其制备方法,属于炊具制备技术领域。
背景技术
为了防止米饭粘接在锅底,现有的电饭煲和电压力锅通常会在内锅的内表面喷涂不沾涂层,但不沾涂层与内锅基体的附着力通常不够大,使得其耐磨性差,容易从内锅基体上脱落。发明人曾做过实验,将喷涂有不沾涂层的内锅与3M百洁布摩擦,大约摩擦不到2000次,不沾涂层就会从内锅基体上脱落,露出铝基材的锅具基体,有害人体健康。
此外,好的水质也是煮出一锅好饭的关键因素之一,而人们在生活中一般都采用自来水煮饭,自来水是采用氯气氧化处理后的河水,其水质问题已经引起很多人们的关注。为此,不少家庭都通过购买净水器使得来净化自来水,但经过净化处理的自来水通常存在矿物质少、溶氧量少等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨性能和耐腐蚀性能更好的炊具。
为了实现上述目的,本发明提供一种炊具,包括炊具基体,所述炊具基体的内表面附着中间结合层,所述中间结合层表面附着不沾涂层。
本发明在不沾涂层和炊具基体中附着有中间结合层,利用各材料膨胀系数不同,通过合理设置各层材料相对位置,使不沾涂层与中间结合层之间的结合力相对于炊具基体来说更强,同时相对于不沾涂层来说,炊具基体与中间结合层之间的结合力也更强,因此本发明通过增加中间结合层使得不沾涂层能更加牢固的附着在炊具基体的内表面,不容易脱落。中间结合层增加了不粘涂层的硬度,进而增加了炊具的耐磨性能,而且中间结合层还增加了炊具的耐腐蚀性能。
优选的,本发明采用热喷涂工艺或者硬质氧化工艺在炊具基体上附着中间结合层。现有的在炊具基体上附着涂层的工艺为阳极氧化工艺,但通过实验可知,采用阳极氧化工艺在炊具基体上附着中间结合层时厚度有限,大约为2μm~5μm,而且附着速度很慢。而采用热喷涂工艺或者硬质氧化工艺在炊具基体上附着中间结合层,附着速度相对更快,附着的厚度也更大,进而增加了中间结合层的整体硬度,使得不沾涂层的耐磨性能更好,而且更不容易从炊具基体上脱落。实验显示,通过阳极氧化工艺在麦饭石不沾涂层和炊具基体之间附着的中间结合层厚度约为4μm,当炊具与百洁布摩擦2600多次时,麦饭石不沾涂层开始脱落,而通过热喷涂工艺在麦饭石不沾涂层和炊具基体之间附着中间结合层的厚度为25μm,当炊具与百洁布摩擦8000次之后,麦饭石不沾涂层才开始脱落。此外,除了耐磨性能之外,发明人还意外的发现通过热喷涂工艺或者硬质氧化工艺在炊具基体上附着的中间结合层耐腐蚀性能也优于常规阳极氧化工艺在炊具基体上附着中间结合层的方式。
本发明所述的炊具中,所述炊具基体的材质为铝合金、不锈钢或者陶瓷材料。所述中间结合层的材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛。这三种材质的中间结合层不仅与铝合金、不锈钢或者陶瓷材料制成的炊具基体之间有很好的结合力,而且与不沾涂层之间也有很好的结合力。
此外,本发明提供的炊具中,其中间结合层的厚度范围为20μm-150μm之间,这样不仅保证了中结合层与不沾涂层和炊具基体之间的结合力,同时也控制了喷涂中间结合层的成本。
本发明提供的炊具中,所述不粘涂层为麦饭石不粘涂层。本发明提供的炊具在不沾涂层中添加了麦饭石而形成的麦饭石不沾涂层至少具有以下几个方面的功能:
1、麦饭石具有很强的吸附功能,能吸附自来水中的重金属元素、病毒、细菌以及其它有害微生物,其吸附率可以达到96%以上,能有效的净化自来水的水质。
2、麦饭石还能析出多种对人体有益的矿物质和其它微量元素;
3、麦饭石对水质的PH值具有双向调节作用,能使酸性或强碱性的自来水调节至中性或弱碱性(7.5-8.5);
4、麦饭石中含有大量锆石,能释放对人体有益的远红外线,常温下远红外线辐射率>0.88~0.92,在保证加热均匀的同时又能使大米中的氨基酸类、脂肪及芳香醇类物质均匀散发。
本发明提供的炊具中,所述麦饭石不沾涂层包括附着在所述中间结合层表面的底涂层和附着在所述底涂层表面的面涂层;其中,所述面涂层由至少包括不粘树脂、麦饭石粉末和粘接剂混合制得,所述底涂层由至少包括不粘树脂和粘接剂混合制得;所述底涂层中粘接剂质量分数百分比大于所述面涂层中的粘接剂质量分数百分比。
本发明提供的炊具,将麦饭石不沾涂层分为面涂层和底涂层两层,其中底涂层中粘接剂的含量更大,使得面涂层和底涂层的粘接性能形成一个梯度,不仅保证了底涂层与中间结合层之间的附着力更强,而且还使得面涂层相对硬度更大,更为耐磨。面涂层中麦饭石粉的含量大于底涂层中麦饭石粉的含量,即底涂层中可含有少量麦饭石粉末,甚至可以不含有麦饭石粉末。面涂层相对于底涂层来说更靠近炊具内的食物,因此在面涂层中添加麦饭石粉可以使得麦饭石粉更好的发挥其净化水质和调节水质等相关功能。
本发明提供的炊具中,不粘树脂为水性不粘树脂或热塑性不粘树脂,水性不粘树脂选用的是PTFE(聚四氟乙烯)树脂,热塑性不粘树脂选用的是PFA(可溶性聚四氟乙烯)。粘接剂可以根据具体情况选用聚醚砜树脂、有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚苯硫醚树脂、聚酰胺酰亚胺(PAI)中的一种或多种。麦饭石不沾涂层中麦饭石粉的组成如下所示:
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MnO TiO2 P2O5 LOS
67.38 15.30 3.23 2.41 1.09 4.06 3.84 0.044 0.46 0.18 1.62
优选的,所述面涂层中,麦饭石粉末的质量分数比为5%-15%。质量分数比在该范围内的麦饭石不沾涂层不仅能使得麦饭石很好的发挥其净化水质和调节水质的功能,同时也尽量减少了对面涂层不粘性能和附着性能的影响。
优选的,所述底涂层的厚度范围是7μm-22μm,所述面涂层的厚度范围是10μm-36μm。进一步优选所述底涂层的厚度范围是10μm-15μm,所述面涂层的厚度范围是15μm-25μm。
优选的,本发明所述的炊具中,所述炊具基体表面的粗糙度为2μm-3.5μm。粗糙度在该范围的炊具基体表面粗糙度能进一步增加炊具基体与中间结合层之间的附着力。
本发明所述的炊具基体可为电饭煲或电压力锅的内锅、用于电磁炉的烹饪锅具、电热水壶的壶体、豆浆机的内杯体、或者煎拷机的烤盘等。
本发明还提供一种炊具的制造方法,该炊具制造方法的流程图如图3所示,具体包括如下步骤:
S10炊具基体成型;
S20在所述炊具基体的表面附着中间结合层;
S30在中间结合层表面附着不沾涂层。
其中,所述中间结合层通过热喷涂工艺或者硬质氧化工艺附着所述炊具基体的表面。
本发明所述炊具的制备方法中,所述S20热喷涂工艺的参数条件为:喷涂距离为100-120mm;喷涂功率为35-40Kw;主气为Ar,气体流量为45-48L/min;副气为H2,气体流量为4.3-4.5L/min;送粉速率为25-35g/min;喷枪移动速率为30-40mm/s;喷涂角度为80-90°。采用上述热喷涂工艺参数,可以使得中间结合层能够更加致密且更高效率的喷涂至炊具基体上。
本发明所述炊具的制备方法中,所述在中间结合层表面附着不沾涂层的步骤包括:
S31在中间结合层上附着底涂层,所述底涂层至少包括不粘树脂和粘接剂;
S32在底涂层上附着面涂层,所述面涂层至少包括不粘树脂和粘接剂,所述底涂层中的粘接剂质量分数百分比大于所述面涂层中粘接剂的质量分数百分比;
S33烧结附着所述底涂层和面涂层的炊具基体。
本发明所述炊具的制备方法中,所述S31在中间结合层上附着底涂层的步骤包括:
S311用压力式空气喷枪在所述中间结合层表面喷涂底涂层,所述底涂层中的不粘树脂为水性不粘树脂或者热塑性不粘树脂;
S312将喷涂有所述底涂层的炊具基体置于80℃~90℃的温度下干燥10min-15min。
本发明所述炊具的制备方法中,所述S32在底涂层上附着面涂层的步骤包括:
S321用压力式空气喷枪在所述底涂层上喷涂面涂层、所述面涂层中的不粘树脂为水性不粘树脂或者热塑性不粘树脂;
S322将喷涂有所述面涂层的炊具基体置于80℃~120℃的温度下干燥10-15min。
本发明选用水性不沾树脂时,所述麦饭石不沾涂层为水性,该涂层的涂料可采用包括以下步骤的方法制备而成:将各成分混合,以转速250~400r/min机械搅拌5~15min,再超声分散20~40min,过滤,即可。在步骤S311或S321中,可采用压力式空气喷枪对所述水性不沾涂层进行喷涂。
本发明选用热塑性不沾树脂时,所述不沾涂层为热塑性,该涂层的涂料可采用包括以下步骤的方法制备而成:将各成分混合后熔融,冷却,粉碎,过筛,即可。在步骤S311或S321中,可采用压力式空气喷枪对所述热塑性的不沾涂层进行喷涂。
本发明所述炊具的制备方法中,所述S33烧结附着所述底涂层和面涂层的炊具基体的步骤包括:
S331将喷涂有所述面涂层和底涂层的炊具基体置于350℃~420℃的温度下烧结3min-10min;
S332将烧结后的炊具基体在5min~10min内下降到30℃至50℃。
本发明通过在不粘涂层和炊具基体之间喷涂中间结合层,使得炊具硬度更高,耐磨性能更好,不粘涂层与炊具之间结合力更强,且耐腐蚀性更好;究其原因是由于通过硬质阳极氧化和热喷涂工艺附着的中间结合层的孔隙直径较小,耐腐蚀能力较强,而且中间结合层与不沾涂层之间存在较强的结合力,更有利于提高麦饭石不沾涂层的耐磨性,延长炊具使用寿命,安全性更高,适合大力推广使用。
附图说明
图1为本发明所述炊具内锅的结构示意图;
图2为图1的局部放大图;
图中:1、面涂层;2、底涂层;3、中间结合层;4、炊具基体;
图3为本发明所述炊具的制备方法流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供的炊具,如图1、2所示,包括炊具基体4,所述炊具基体的内表面附着有中间结合层3,所述中间结合层3表面上附着有不沾涂层。
其中,所述中间结合层可以采用阳极氧化工艺附着在炊具基体的内表面,但优选采用热喷涂工艺或者硬质阳极氧化工艺附着在所述炊具基体的内表面。
其中,所述炊具基体的材质为铝合金、不锈钢或者陶瓷材料;所述中间结合层的材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛;采用阳极氧化工艺附着的中间结合层厚度范围为2μm~5μm,采用热喷涂工艺或者硬质阳极氧化工艺附着的中间结合层厚度范围为20μm~150μm;
不粘涂层可以仅含有不粘树脂、粘接剂和其它辅料。本实施例选用的不粘涂层为麦饭石不粘涂层,即在不粘涂层中添加麦饭石。具体的,所述不沾涂层包括附着在所述中间结合层表面的底涂层2和附着在所述底涂层表面的面涂层1;所述底涂层的厚度是10μm~15μm,所述面涂层的厚度是15μm~25μm;
其中,所述面涂层由包括不粘树脂、麦饭石粉末和粘接剂混合制得,所述面涂层中麦饭石粉末的质量分数比为5%~15%;所述底涂层由包括不粘树脂和粘接剂混合制得;所述底涂层中粘接剂质量分数百分比大于所述面涂层中的粘接剂质量分数百分比。
其中,所述炊具基体表面的粗糙度为2μm~3.5μm。
本实施例所述的炊具基体可为电饭煲或电压力锅的内锅、用于电磁炉的烹饪锅具、电热水壶的壶体、豆浆机的内杯体、或者煎拷机的烤盘等。
下表是本实施例所提供炊具的具体实现方式。
表1
经检测,炊具1-4均具有硬度高,耐腐蚀能力强,耐磨性好等特点。
中间结合层及其制作工艺对不粘涂层耐磨性和耐腐蚀性影响的考察:
炊具耐磨性检验的具体方法是:用洗洁精配置浓度为5%的洗涤水加入炊具中,然后用负重2.5kgf的3M(7447C)百洁布擦拭炊具底部的内表面,左右摆动为1个行程,每250个行程,更换百洁布,在擦拭过程中检查涂层是否有露出基材,记录露出基材时摩擦次数(即行程个数)。
以杜邦不粘涂层为例,杜邦不粘涂层的面涂层厚度范围一般为10μm-17μm,底涂层的厚度范围为7μm-16μm。
炊具的耐腐蚀性检验的具体方法是:将5%浓度的盐水加入炊具中,连续加热煮沸腾8小时,保温16小时为一个周期,每2小时补充水量1次,将液面保持在试验开始时的位置,记录不沾涂层气泡时的周期数。炊具的不粘涂层起泡越晚说明不粘涂层的耐腐蚀性能越好。
采用阳极氧化工艺附着中间结合层的炊具与没有附着中间结合层的炊具之间耐磨性和耐腐蚀性的对比,结果见表2。
表2
由表2可知,与没有附着中间结合层的炊具相比,采用阳极氧化工艺附着中间结合层的炊具的耐磨性和耐腐蚀性更佳。
采用等离子热喷涂工艺或者硬质阳极氧化工艺附着中间结合层的炊具与没有附着中间结合层的炊具的耐磨性和耐腐蚀性对比,结果见表3。
表3
将表3的数据与表3对比可知,采用等离子热喷涂工艺或者硬质阳极氧化工艺附着中间结合层的炊具的耐磨性和耐腐蚀性更佳,露出基材时摩擦次数达到8000次以上,且当耐腐蚀性检验到达第7周期时才出现气泡现象;其性能显著优于没有附着中间结合层的炊具以及采用阳极氧化工艺附着中间结合层的炊具。
实施例2
本实施例提供一种炊具的制造方法,包括如下步骤:
S10炊具基体成型;
S20在所述炊具基体的表面通过热喷涂工艺附着中间结合层;
其中,在喷涂前,需对炊具基体进行系列的前处理以提高涂层与炊具基体的结合力。脱脂处理清洗基体表面的油脂,清洗金属基体表面的污物与灰尘;用60-100#的氧化铝砂均匀喷砂处理,使基体的粗糙度Ra达到2-3.5μm。
所述热喷涂工艺(也称之为等离子喷涂工艺)参数条件为:喷涂距离为120mm;喷涂功率为35Kw;主气为Ar,气体流量为46L/min;副气为H2,气体流量为4.3L/min;送粉速率为30g/min;喷枪移动速率为40mm/s;喷涂角度为85°。
S30在中间结合层表面附着不沾涂层。
所述S30在中间结合层表面附着不沾涂层的步骤包括:
S31在中间结合层上附着底涂层,所述底涂层至少包括不粘树脂和粘接剂;具体步骤包括:
S311用压力式空气喷枪以雾化压力0.25MPa在所述中间结合层表面喷涂底涂层,所述底涂层至少包括和粘接剂和PTFE(聚四氟乙烯)树脂;
其中,用于所述底涂层的涂料的制备如下:将质量比为5%-10%的1250目的麦饭石粉加入到含有PTFE(聚四氟乙烯)树脂和粘接剂的底涂涂料中,机械搅拌10min后在100W的超声分散仪中超声分散30min即可分散均匀;
S312将喷涂有所述底涂层的炊具基体置于80℃~90℃的温度下干燥10-15min。
S32在底涂层上附着面涂层,所述面涂层至少包括不粘树脂、麦饭石粉末和粘接剂,所述底涂层中的粘接剂质量分数百分比大于所述面涂层中粘接剂的质量分数百分比;
具体步骤包括:
S321用压力式空气喷枪在所述底涂层上喷涂面涂层、所述面涂层中的不粘树脂为PTFE(聚四氟乙烯)树脂;压力式空气喷枪的喷涂雾化压力0.25MPa。
其中,用于所述面涂层的涂料的制备如下:将质量比为5%-10%的1250目的麦饭石粉加入到含有PTFE(聚四氟乙烯)树脂和粘接剂的面涂涂料中,机械搅拌10min后在100W的超声分散仪中超声分散30min即可分散均匀;
S322将喷涂有所述面涂层的炊具基体置于80℃~120℃的温度下干燥10-15min。
S33烧结所述底涂层和面涂层;具体步骤包括:
S331将喷涂有所述面涂层的炊具基体置于350℃~420℃的温度下烧结3min-10min;
S332将烧结后的炊具基体在5min~10min内下降到30℃至50℃。
本实施例所述方法制得的炊具,在炊具和不粘涂层之间通过热喷涂工艺附着中间结合层,使得不沾涂层与炊具基体的结合力好,而且使得炊具具有硬度高、耐磨性好且耐腐蚀能力强等优点。
实施例3
与采用实施例2所述方法制备炊具相比,区别在于:采用静电喷枪方式制备底涂层、面涂层;其中,所述底涂层和面涂层的不粘树脂为PFA(可溶性聚四氟乙烯)。
采取静电喷涂的方式,辅助材料是压缩空气,要求清洁干燥、无油无水[含水量小于1.3g/m3、含油量小于1.0×10-5%(质量分数)],其喷涂具体工艺参数如下:静电高压:20-50kV;静电电流:10-20μA;流速压力:0.30-0.55MPa;雾化压力:0.30-0.45MPa;清枪压力:0.5MPa;供粉桶流化压力:0.04-0.10MPa;喷枪口至工件的距离:150-300mm;输送链速度:4.5-5.5m/min;静电喷涂的厚度控制在30-80μm。
实施例2、3所述方法中,采用热喷涂工艺或者硬质氧化工艺在炊具基体和不粘涂层之间附着中间结合层使得炊具硬度高,耐磨性能好,中间结合层与不沾涂层的结合力好,不易脱落,且炊具具有良好的耐腐蚀性;各步骤以及参数协同作用,使各层之间牢固结合,炊具的质量优异。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (16)
1.一种炊具,其特征在于,包括炊具基体,所述炊具基体的表面附着有中间结合层,所述中间结合层表面上附着有不沾涂层。
2.根据权利要求1所述的炊具,其特征在于,所述中间结合层采用热喷涂工艺或者硬质氧化工艺附着在所述炊具基体的内表面。
3.根据权利要求1所述的炊具,其特征在于,所述中间结合层的材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛。
4.根据权利要求1所述的炊具,其特征在于,所述中间结合层的厚度范围为20μm-150μm。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的炊具,其特征在于,所述不粘涂层为麦饭石不粘涂层。
6.根据权利要求5所述的炊具,其特征在于,所述麦饭石不沾涂层包括附着在所述中间结合层表面的底涂层和附着在所述底涂层表面的面涂层;
所述面涂层至少由不粘树脂、麦饭石粉末和粘接剂的原料混合制得,所述底涂层至少由不粘树脂和粘接剂的原料混合制得;
所述底涂层中粘接剂质量分数百分比大于所述面涂层中的粘接剂质量分数百分比。
7.根据权利要求6所述的炊具,其特征在于,所述面涂层中麦饭石粉末的质量分数比为5%-15%。
8.根据权利要求6所述的炊具,其特征在于,所述底涂层的厚度范围是10μm-15μm,所述面涂层的厚度范围是15μm-25μm。
9.根据权利要求6所述的炊具,其特征在于,所述不粘树脂为水性不粘树脂或/和热塑性不粘树脂。
10.根据权利要求1至4任意一项所述的炊具,其特征在于,所述炊具基体表面的粗糙度为2μm-3.5μm。
11.一种权利要求1至10任意一项所述炊具的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
S10炊具基体成型;
S20在所述炊具基体的表面附着中间结合层;
S30在中间结合层表面附着不沾涂层。
12.根据权利要求11所述的炊具的制造方法,其特征在于,所述中间结合层通过热喷涂工艺或者硬质氧化工艺附着所述炊具基体的表面。
13.根据权利要求11所述的炊具的制造方法,其特征在于,所述在中间结合层表面附着不沾涂层的步骤包括:
S31在中间结合层上附着底涂层,所述底涂层至少包括不粘树脂和粘接剂;
S32在底涂层上附着面涂层,所述面涂层至少包括不粘树脂和粘接剂,所述底涂层中的粘接剂质量分数百分比大于所述面涂层中粘接剂的质量分数百分比;
S33烧结附着所述底涂层和面涂层的炊具基体。
14.根据权利要求13所述的炊具的制造方法,其特征在于,所述S31在中间结合层上附着底涂层的步骤包括:
S311用压力式空气喷枪在所述中间结合层表面喷涂底涂层,所述底涂层中的不粘树脂为水性不粘树脂或者热塑性不粘树脂;
S312将喷涂有所述底涂层的炊具基体置于80℃~90℃的温度下干燥10min-15min。
15.根据权利要求13所述的炊具的制造方法,其特征在于,所述S32在底涂层上附着面涂层的步骤包括:
S321用压力式空气喷枪在所述底涂层上喷涂面涂层、所述面涂层中的不粘树脂为水性不粘树脂或者热塑性不粘树脂;
S322将喷涂有所述面涂层的炊具基体置于80℃~120℃的温度下干燥10-15min。
16.根据权利要求13所述的炊具的制造方法,其特征在于,所述S33烧结附着所述底涂层和面涂层的炊具基体的步骤包括:
S331将喷涂有所述面涂层和底涂层的炊具基体置于350℃~420℃的温度下烧结3min-10min;
S332将烧结后的炊具基体在5min~10min内下降到30℃至50℃。
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