CN1070390C - 在移动的带状物品上涂敷蜡状材料 - Google Patents

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Abstract

一种用固态蜡状涂敷材料，尤其是蜡型润滑剂，涂敷导热的带状物品例如在汽车工业应用的铝或铝合金带(14)的工艺。该工艺包括将固态蜡状涂敷材料加热到范围约为30至100℃的温度以形成粘度范围约为50厘泊或更低的熔体，并且使该熔体通过活动涂敷头上的一个细长槽孔(15)流到带状物品的移动表面上，从而在物品上形成一个涂敷层，该涂敷头有一个邻接该槽孔的延伸表面。当熔体从槽孔(15)流到该表面上作涂敷时，该涂敷头朝向带状物品表面推压，在涂敷进行时由挤压涂敷头的延伸表面来减小涂敷厚度。该工艺使得涂敷蜡状材料以形成一个所希望的厚度，并且还使得蜡状材料在输送到带状物品(14)上之后立即固化，所以可以不需装设过长的冷却管或专门的冷却装置而卷绕带材。

Description

在移动的带状物品上涂敷蜡状材料
技术领域
本发明涉及用蜡状材料涂敷带状物品。更为具体地说，本发明涉及一种工艺，该工艺尤其适合于用蜡型润滑剂涂敷铝和铝合金带，例如用作汽车板材的那种。
背景技术
当制造业和管理者力求减少燃料消耗和空气污染时，在机动车体和其它汽车零件制造中使用铝和铝合金在当今有增长势头。这便导致使用粘合剂来连接铝质零件，因为铝的焊接是有问题的和无效果的。然而，在板材制造期间用于涂敷板材表面的通常润滑剂不同于连接工艺所适用的粘接剂，并且已研制了新的润滑剂以克服这个问题。这些新的润滑剂通常有蜡的特性，即它们在室温下是固体，但在稍高温度(例如30至100℃，或者更通常是30-50℃，取决于润滑剂的特性和组分)下熔化成低粘度液体(例如粘度低于50厘泊并且经常低于30厘泊的液体)。
目前，一种热辊涂敷器通常使用这些润滑剂，但因横过带材表面的涂敷材料的分布由于低粘度润滑剂趋向于在其初始施用之后在金属表面上以不规则图形流动而变异，所以这些润滑剂是无效果的。
此外，在润滑剂的固化被推迟的涂敷工艺中，由涂敷器将足够的热量传至金属板材。若不采取特殊预防措施，例如在涂敷器下游装设一个单独冷却区，则当板材到达用于在涂敷以后卷绕带材所装设的卷绕装置时，润滑剂仍然可能处于熔化状态。如果带材在卷绕时润滑剂仍然是熔化的，则随着多余的材料通过带卷盘两侧被挤压出来，施加在带材表面上的卷绕压力将引起润滑剂膜变薄得无法接受。另外，很低的带材表面摩擦会使带卷不稳定而在卷绕作业期间成为“套筒”状。
相应地，需要一个用这种蜡状材料涂敷金属板材的改进方法。
本发明的公开
本发明的一个目的是，能以一种有效的方式用蜡状涂敷材料，尤其是润滑剂，涂敷金属板材物品。
本发明的另一个目的是，能使蜡状材料，尤其是润滑剂，以相对较厚的层涂敷在板材物品上。
本发明的再一个目的是，有可能避免带状物品在用蜡状材料，尤其是润滑剂，涂敷之后的强制冷却，并且在卷绕前无涂敷层破损以及卷绕成型时带卷形状不稳定的重大危险。
按照本发明，提供一种在导热的带状物品表面上形成涂敷材料涂敷层的工艺，其中涂敷材料从活动涂敷头的细长的侧面开口槽孔流到带状物品的前进着的表面上，涂敷头装设一个邻近该槽孔并与带状物品定位成一个角度的延伸表面，以便确定一个沿带状物品前进方向逐渐变窄的涂敷间隙，并且朝向带状物品表面推压涂敷头，以便抵抗当所述涂敷材料从槽孔流到该表面上时由在所述间隙中所述延伸表面上的所述涂敷材料施加的流体动力，从而控制涂敷层厚度，工艺的特征在于，固态蜡状涂敷材料被加热至形成粘度为50厘泊或更低的熔体，并且所述熔体输送到所述侧面开口槽孔作为涂敷材料。
本发明基于意外的发现，即在汽车工业和相关的工业中应用的蜡状涂敷材料，尤其是蜡状润滑剂，能借助于装设有一个带细长侧向开口的涂敷槽孔的“浮动”涂敷头的涂敷设备而加以应用。这个工艺的成功是令人惊奇的，因为此类涂敷设备，虽然已知用于其它场合，但并不认为适合于低粘度液体的涂敷，原因在于，这种液体泄漏过多和不能形成均匀的涂敷层。此外，低粘度流体通常不能形成充足的流体动力来防止涂敷头同运动的带材表面经受金属-金属接触。然而，在本发明的工艺中，看来在涂敷间隙中以充分可靠的方式使蜡状涂敷材料发生部分固化，以致有效的涂敷能够达到，尽管涂敷材料原来的粘度很低。
另外的考虑是，在用于生产蜡状涂层的通常涂敷设备中需要的固化时间长得不能令人满意，如果槽孔型涂敷器用于此目的，本来设想会遇到类似的问题。然而，意外的结果是，“浮动头”式设备允许形成快速固化的涂敷，也许是因为热涂敷头不直接接触带状物品，并从而不会导致带状物品过热的缘故。
用于本发明工艺、适用于带状物品单侧涂敷的该类型设备的一个优选的范例公开于如本申请一样转让给同一受让人的、1987年6月23日的美国专利No.4675230之中。此外，用于双侧涂敷板材材料的相关设备公开于待决的PCT专利申请系列号No.PCT/CA 94/0029之中，该申请1994年5月26日提出，并于1994年12月8日作为W0 94/27739公布，并且如本申请一样，转让给同一受让人。
本发明的工艺，对于涂敷任何由足够良好的、能使热量从蜡状涂敷层快速传递并且液体涂层因此而快速固化的导热性材料制造的带状物品，均是有效的。可是，虽然获得这一效果的最小导热性根据许多因素(如涂敷材料的性能和温度，带状物品的前进速度等)发生变化，但是普通金属，尤其是铝和铝合金，都适于按照本发明的工艺进行涂敷。
许多“蜡状涂敷材料”均适用于本发明，但蜡型润滑剂尤其可取。这些材料尽管在室温或环境温度下是固态的，但当被加热到30-100℃，或更通常是30-50℃时便形成低于50厘泊，更通常是低于30厘泊的低粘度液体。包含烯烃，例如醇的脂肪酸酯或脂肪肼的蜡状材料特别适用于本发明。适宜的蜡型润滑剂的具体例子包括：甘油单月桂酸酯，季戊四醇甘油单硬脂酸酯，乙二醇单月桂酸酯，甘油单棕榈酸酯，乙二醇单硬脂酸酯，甘油二棕榈酸酯和丙二醇二硬脂酸酯。
因为在涂敷期间以及紧接在涂敷之后涂敷材料的快速冷却和固化为本发明所必需，所以最好是，在涂敷之前，仅以设备中材料不会产生过早凝固危险的、可能的最低温度加热蜡状涂敷材料。通常适宜的温度是30-100℃，更为可取的是30-50℃。
如上所述，在带状物品卷绕之前涂敷层必须是固态的，所以，带状物品最好以在到达卷绕装置之前便发生固化这样的速度前进，而对于给定的带状物品和涂敷材料，速度将根据涂敷设备和卷绕装置之间的距离而改变。显然，带状物品如果以正好或接近于在进入卷绕装置之前完全固化这样的最大速度前进，就将会达到最大的生产能力，但如果希望连线生产出平整光滑的涂敷层，较低的前进速度也可以使用。仍然能适当涂敷的最小速度取决于诸如涂敷间隙尺寸、带状物品性质和涂敷材料种类等因素。适宜的速度可由简单试验和实验确定。
当涂敷用于保证涂敷层的快速固化时，带状物品自身最好是相对较冷的。然而，带状物品的预冷通常是不要求的，因为带状物品在环境温度下通常是适宜的。
以本发明所述的方式应用蜡状涂敷材料，蜡状涂敷材料，尤其是蜡型润滑剂的快速有效的涂敷便可实现，而且没有使用通常设备时所遇到的缺点。
附图的简短说明
图1是适于实现本发明优选实施例的一种涂敷设备的局部剖视侧视图；
图2是按照本发明另一优选实施例、用于实现双侧涂敷的设备的极为简化的示意图；
图3是表示以例1中所说明的方法获得的实验结果的曲线图；和
图4是表示以例2中所说明的方法获得的实验结果的曲线图。
用于实现本发明的最佳模式
用于本发明一个优选实施例的适宜设备以简化形式表示在图1中。该设备10包括一个在美国专利第4675230号中所描述的、但以下述方式加以改进的涂敷头12，可在一条沿箭头A的方向绕过一个不加热的支撑鼓16的铝带14上涂敷一层蜡型润滑剂13。具有一个大体侧向开口共同延伸的纵向涂敷槽孔15的该涂敷头12在带材前进的路线上某一位置处盖过带材的整个宽度，在该位置上带材被稳固地压靠在支撑鼓16的表面上。面对带材14的该涂敷头12的端部至少在槽孔的下游一侧靠近槽孔15的外部开口处具有一个延伸的涂敷表面18，带有一个下游边缘20。该延伸表面18以一个角度(通常在0.1至5°，或者更好在0.5至1°范围内)对着带材14的表面布置，以便形成一个沿带材前进方向变窄的涂敷间隙19。
涂敷头12有一个与涂敷槽孔15连通的内槽22。通过一根与加压贮液器25连通的加热压力软管24把熔化的蜡状涂敷材料送入该槽。该贮液器盛放依靠环绕的热水夹套26所输入的热量来保持熔化状态的涂敷材料13，热水经由入口26a和出口26b通过该夹套。该贮液器由通过位于贮液器上部的入口27所引入的压缩空气予以加压。涂敷头中的内槽22包括一个细长的棒状电加热器28，用以防止涂敷头内的涂敷材料凝固。施加在贮液器25内涂敷材料上的压力足以将熔化的涂敷材料从槽孔15挤压到带材14的表面上，而靠近该槽孔的涂敷头的延伸表面18将涂敷材料铺展开来并限定其厚度。
涂敷头12装接于一个支承在有一个平坦上部表面的台板34上的金属块体32上，或构成此块体的一部分，金属块体安放在该表面上，如此被支承着而如双箭头B所示相对于台板在大体水平的方向上滑移。在槽22后面的块体32上，沿着块体的长度方向间隔开来的各位置处，制成若干沿箭头B的方向在水平方向上伸长的垂直开口槽孔36(图1中仅表示出其中的一个)。若干螺栓38(仅表示其中的一个)分别通过这些槽孔伸展并且以一端拧入台板之中，而在另一端具有加大的螺栓头38a以便把块体32卡持在台板34上面。螺栓杆38b与槽孔36侧壁之间的配合可防止块体32相对于台板作侧向移动，但槽孔的加长允许块体32沿箭头B的方向移动而通过涂敷头操作位置的整个范围。
安装在进给架40上的台板34可绕水平轴线42枢转，以致能使块体32连同台板一起朝上摆动(例如用适当的气动装置，未画出)，从图1所示的位置到离开带子前进路线的一个位置。一个牢固地固定到架40并在台板34下面的臂杆44带有从臂杆朝上突出的并对着台板34的下部表面的螺钉46，使能在涂敷头12的操作位置上调节其倾斜方向。
架40相对于鼓16的轴线固定就位，架和辊二者安装在共同的支承装置上(未表示出)。这样，轴42相对于鼓16的轴固定就位，且当台板34处于图2中所示的操作位置时，随着螺钉46的转动提供一个所希望的倾斜方向，鼓16在距台板34一个固定距离处支撑对着槽孔15的前进着的带材。
该设备还包括在台板34与涂敷头12之间作用的装置，用于在涂敷头上连续施加载荷以便朝向带材14的表面推动涂敷头。这个载荷施加装置包括若干牢固地固定在台板34上块体32的后面的各气缸17(仅表示其中的一个，它可以具有基本上通常的结构)。如图所示，各气缸17固定在台板突出部分50的后面。启动各气缸(它们可具有基本上通常的特性)使块体32和涂敷头12被推向带材14表面。这个载荷被作用在延伸表面18上的熔化的(或部分固化的)涂敷材料13的流体压力(流体动力)所抵抗，致使涂敷头12在材料层13上“浮动”。因此，一限定孔形成在表面18的下游边缘20与带材表面之间，限定孔的尺寸依据各气缸所施加的载荷大小来确定(对于给定的涂敷材料)，载荷通常按带宽计是0.18-27公斤/厘米(1-150磅/英寸)，并最好是0.9-9公斤/厘米(5-50磅/英寸)。涂敷头12与带材14之间不发生直接的机械接触，所以可避免热量传至带材表面以及带材表面被磨损。
意外地，已经发现，尽管具有通常在低于50厘泊，例如20至30厘泊范围内的低粘度，蜡状涂敷材料也可成功地使用所述类型设备涂敷在金属带材上，在此种设备中，涂敷厚度由一动力载荷控制机构予以控制。原则上，虽然该类型涂敷设备可以用来把任何液体涂敷到带状材料上，实际上该设备对低粘度液体并不有效。对于特定的涂敷材料，挤出头与带状物品之间的涂敷间隙19要根据粘度、速度和所要求的涂敷厚度来选择，以便保证所产生的各种作用力都处在一实际范围之内用来控制。对于粘度很低的液体、低速度和厚涂敷层来说，所要求的间隙变得太宽而不切实际。然而，我们意外地发现，该设备对于应用低粘度熔化的蜡状材料是适宜的。据理论分析，这是因为，被加热的挤出头12的任何部分都不直接接触带状物品14，带状物品在接受熔化的蜡状材料层之前未被不恰当地加热至高于环境温度，而且，由于金属板材(尤其是当它是由铝或铝合金制造时)的导热性高和涂敷材料层相对较薄，所以在物品表面与涂敷头之间的涂敷间隙之内的涂敷材料，一接触带状物品后，就立即开始凝固。这样就充分地提高了涂敷层的有效粘性，使涂敷设备可发挥效用并允许相对较厚的低粘度润滑剂层(如厚度范围是1-100微米，并更好是2-25微米)在相对较低的涂敷速度(例如大约15米/分(50英尺/分))下得以应用。实际上，发现在涂敷头的几英尺范围内润滑剂通常完全是固态的。
通过加热各贮液器25、压力软管24和涂敷头12(用加热器28加热)，涂敷材料13能一直保持在上述粘度范围内的熔化状态，直到涂敷到带材14上为止。
在鼓16以外，带材能把熔化的蜡状材料快速冷却到它的凝固点以下，因为它已不再被涂敷过程过分加热，所以带材能在通常的装置上卷绕而不需要单独的冷却步骤。
虽然图示的设备是为单侧涂敷设计的，但经过改进而象在所述用于单侧涂敷的设备中那样供给熔化的蜡状涂敷材料之后，本发明也可以应用上述申请中所描述的那种类型的设备来从事双侧涂敷。
适用于双侧涂敷的一个例子表示于图2中。被涂敷的金属带14沿着纵向平行于其长度尺寸的方向连续前进，从带卷200出发，沿着由箭头A所表示的路线；此路线接连绕过(由未画出的结构)可转动地支承在轴向固定位置上的间隔开来的导向辊轮201、202、203。辊轮201和202共同决定路线的直线部分205，其中前进带材的主要表面基本上是平面的。在该路线部分205上的一个位置处将涂敷材料输送到带材14的两个离开两个涂敷头12和12’(相互对齐排列并分别面对带状物品的两个主要表面)的主要表面206和207上，以便在每个带材表面上形成蜡状材料的连续层即涂敷层。在通过辊轮203之后，被涂敷的带材再卷绕起来，比如，卷在构成使带材通过涂敷路线前进的装置的被带动的再卷绕筒208上面。
涂敷装置12和12’可以各自与前述实施例所描述的涂敷头12一样，以相同的方式被供入涂敷材料和被推向带材表面。
在此实施例中，熔化的涂敷材料大约在同一点同时涂敷在带材的两侧，但尽管如此，在涂敷间隙内仍会发生涂敷材料的凝固且厚的润滑剂层可以涂敷在带材14的两侧。
最后一点将指出，本发明的工艺并不限于在汽车带材上涂敷蜡型润滑剂，而是也可用于在带状物品上涂敷蜡状材料的各种类似场合，例如带有各种保护层的铝罐终材的涂敷。
最好用下列例子说明本发明，这些例子并不限制本发明的范围。例1
实验是在0.09厘米(0.036英寸)规格的车用板材(铝合金)上进行的，应用一台本文所述类型的76.2厘米(三十英寸)双侧涂敷设备(装设五个载荷施加气缸17)，在44℃下应用AL 070蜡型润滑剂(乙二醇单月桂酸酯，熔点大约是35至37℃)。在34.5千帕(5磅每平方英寸)的压力下将涂敷材料输送至涂敷头，在按带宽计6.25公斤/厘米(35磅每英寸)的平均压力下将涂敷头朝向带子表面推压。实验结果表示在图3的曲线图中，该图表示涂敷厚度在板材顶面和底面(当板材离开设备沿水平方向前进时)上横越板材宽度的分布情况。图中的铅直箭头表示五个压缩气缸的位置，它们的空气压力分别设定为0、138、138、138和0千帕(0,20,20,20和0磅每平方英寸)。带材的移动速度是15米/分(50英尺/分)，计量区宽度是0.8厘米(0.3英寸)，涂敷头角度是0.5度。在这些条件下粘度为30厘泊的涂敷液体的理论计算膜重量是0.1克/平方米。涂敷层的实际厚度范围在1至3.5克/平方米之内，这样的事实表明本发明能够形成厚度要比理论厚度大的膜。由此生产的涂敷层在用于汽车制造时相信会得到满意的厚度与均匀性。例2
带材涂敷是在0.03厘米(0.011英寸)规格的制罐铝材上进行的，应用一台具有一个宽度为30厘米(12英寸)涂敷头(涂敷宽度为29厘米(11.5英寸))的双侧涂敷设备。还应用蜡性润滑剂AL 070，但此时在51℃温度下应用。每个涂敷头装设两个加载气缸，每端一部，气缸内径为3.8厘米(1.5英寸)，各自用空气加压到310千帕(45磅每平方英寸)。各涂敷头上由气缸造成的平均载荷，按带宽计，是2.5公斤/厘米(13.9磅/英寸)。每一涂敷头，具有一个宽度为0.63厘米(0.25英寸)的限定区，与带材表面成0.5角度设置。以24千帕(3.5磅/平方英寸)的压力将涂敷材料输送到各涂敷头，带材以15米每分钟(50英寸每分钟)前进。该结果表示在图4的曲线图中。由此生产的涂敷层用于汽车制造时相信会得到满意的厚度和均匀性。

Claims (14)

1、一种在导热的带状物品表面上形成涂敷材料涂敷层的工艺，其中涂敷材料从活动涂敷头的细长的侧面开口槽孔流到带状物品的前进着的表面上，涂敷头装设一个邻近该槽孔并与带状物品定位成一个角度的延伸表面，以便确定一个沿带状物品前进方向逐渐变窄的涂敷间隙，并且朝向带状物品表面推压涂敷头，以便抵抗当所述涂敷材料从槽孔流到该表面上时由在所述间隙中所述延伸表面上的所述涂敷材料施加的流体动力，从而控制涂敷层厚度，工艺的特征在于，固态蜡状涂敷材料被加热至形成粘度为50厘泊或更低的熔体，并且所述熔体输送到所述侧面开口槽孔作为涂敷材料。
2、按照权利要求1的一种工艺，特征是，用铝或铝合金带作为所述的导热的带状物品。
3、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述固态蜡状涂敷材料是一种在30-50℃温度范围内形成具有粘度为30厘泊或更低的熔体的材料。
4、按照权利要求1的一种工艺，其中所述带状物品具有一个第二表面，以及通过使一种涂敷材料从设在第二活动涂敷头上的细长侧面开口槽孔流到所述第二表面上，同时也可在所述带状物品的所述第二表面上形成一个涂敷材料层，该第二涂敷头有一个靠近该槽孔与带状物品定位成一个角度的延伸表面，以便确定一个沿带状物品前进方向逐渐变窄的涂敷间隙；并通过朝向带状物品的第二表面推压第二涂敷头，抵抗当所述涂敷材料从槽孔流到该第二表面上时由在所述间隙中所述第二涂敷头的所述延伸表面上的所述涂敷材料施加的流体动力，而控制所述第二涂敷层厚度，工艺的特征在于，固态蜡状涂敷材料被加热至形成粘度为50厘泊或更低的熔体，并且所述熔体输送到所述第二涂敷头的所述侧面开口槽孔作为涂敷材料。
5、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述涂敷头由一个力推向所述表面，该力产生一个在1-100微米范围内的涂敷厚度。
6、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述涂敷头由一个力推向所述表面，该力产生一个在2-25微米范围内的涂敷厚度。
7、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述涂敷头由一个范围按带宽计为0.18-27公斤/厘米的力推向所述表面。
8、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述涂敷头由一个范围按带宽计为0.9-9公斤/厘米的力推向所述表面。
9、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述熔体在输送到所述带状物品之前保持温度约低于100℃。
10、按照权利要求1的一种工艺，特征是，所述熔体在输送到所述带状物品之前保持温度约低于50℃。
11、按照权利要求1的一种工艺，特征是，在所述熔体被输送之前，所述带状物品保持在环境温度下。
12、按照权利要求1的一种工艺，特征是，选择一种润滑剂作为所述蜡状涂敷材料。
13、按照权利要求12的一种工艺，特征是，选择下列中的一种用作润滑剂：甘油单月桂酸酯，季戊四醇甘油单硬脂酸酯，乙二醇单月桂酸酯，甘油单棕榈酸酯，乙二醇单硬脂酸酯，甘油二棕榈酸酯和丙二醇二硬脂酸酯。
14、按照权利要求1的一种工艺，特征是，加热所述涂敷头，以便避免所述熔体在涂敷到所述表面之前固化。
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