CN107571593A - 一种连续式功能性复合材料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续式功能性复合材料的生产方法，主要是对现有生产工艺进行深度改进优化，生产出适用性更广，结合性能更强的2层及3层功能性复合材料。采用该方法生产的产品，可在‑20℃‑100℃范围内连续稳定工作，产品具有减振、降噪、隔音、隔热、抗磁等多种功能，是一类新型环保型功能性复合材料，具有十分广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及功能性复合材料的加工方法，具体涉及一种连续式功能性复合材料的生产方法。
背景技术
现有的功能性复合材料的生产方法（见宝钢《减振复合钢板的生产工艺》，专利公开号为CN1268411A）中，主要是在单张钢板表面涂覆一层高分子阻尼材料，并对另一张钢板进行预热，然后通过预热炉和固化炉完成高分子阻尼材料溶剂的挥发和固化反应，并通过热辊压和冷辊压等操作，完成复合材料的生产。但是，这种生产工艺相对简单，只能涂覆一种高分子阻尼材料，只能生产单一高分子阻尼材料制成的双层功能性复合材料，产品使用温度范围较窄；而且这种生产工艺未对复合前钢板的表面进行处理及防护，不能精确控制固化反应进程，产品的剥离强度一般稍高于50N/cm，结合强度较低。
发明内容
为了解决现有技术中出现的上述问题，本发明提供了一种连续式功能性复合材料的生产方法。
本发明采用如下技术方案：一种连续式功能性复合材料的生产方法，包括十字形预热炉，在十字形预热炉的上、下方分别设置一个高分子阻尼材料涂覆机；将上、中、下层三层卷状带材分别经过表面清理、表面活化处理后；先由背涂机在下层带材的背面涂覆环保涂料，通过背涂烘干炉烘干；再通过上述其中的2个涂覆机对上、下层带材复合面涂覆相同或者不同类型的高分子阻尼材料，经过中间十字形预热炉对上、中、下层三层带材和高分子阻尼材料烘干、复合机组复合、固化机组对高分子阻尼材料进行加热固化，将上、中、下三层带材复合成层状复合带材，通过强制冷却机组对复合后的层状带材进行强制冷却至常温；最后对层状带材进行平整处理，切除毛边和头尾连接段，并收集成卷。
本发明适用于连续式生产总厚在4mm及以下，宽度在1200-1600mm的两层及三层功能性复合材料。
采用本发明的上述方法当生产两层复合材料时，中间层的机组不投入使用，上层和下层带材对应的涂覆机至少一组投入使用，生产单一高分子阻尼材料制成的功能性复合材料，或生产双组分高分子阻尼材料制成的功能性复合材料。
上述整个工艺布置由入口段、工艺段和出口段三段组成；采用竖向结构将入口段布置为与上、中、下层三层卷状带材对应的上、中、下三层加工线，三层加工线用一十字形预热炉和工艺段的一复合机组进行对接：其中，入口段上、中、下三层采用各自对应的双开卷机组开卷，并每层带材分别通过各自对应的入口剪切机组、焊接机组、立式活套和转向辊使三层带材连续稳定的供应到各自的工艺段完成每层带材高分子阻尼材料的涂覆，通过所述的十字形预热炉加热进行溶剂挥发，并将上、中、下三层带材通过对接后的复合机组复合成层状复合带材送至出口段；出口段与上述入口段的中层加工线位于同一水平线上，在出口段设置出口活套，转向纠偏机组，平整机组和修剪机组，完成带材的平整和修剪，并通过张紧辊和卷取机，完成成卷收集。
上述整个入口段和复合前的工艺段设置防尘保护罩。
优选的，固化机组使用6对以上电磁感应加热辊，使用热传导方式完成热固性高分子阻尼材料的固化反应。
进一步的，上、中、下层三层带材分别在焊接机组后设有表面清理机组，每层带材经过各自对应的表面清理机组进行所述的表面清理，除去带材表面的油污，然后在每一清理机组的后段设置一对钢刷辊对带材表面进行打毛。
本发明所述的上、中、下层三层带材分别设有1组表面活化处理用的机组化涂机和化涂烘干炉，每层带材经过各自对应的化涂机和化涂烘干炉进行涂覆和烘干，其中，上层带材只对复合面进行单面涂覆，中间和下层带材进行双面涂覆。
进一步的，在入口段上、中、下三层各自对应的双开卷机组后分别设置加工线：夹送辊、夹送平头机对带材头部进行校平。
本发明所述的上、中、下三层带材的表面清理机组后分别设置加工线：由张力辊控制带材的运行，在张力辊后设置转向纠偏机组对带材进行纠偏，纠偏机组后依次设置立式活套、若干转向辊以改变带材的运行方向。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过将带材的入口段设置成上、中、下三层式结构，不但可以生产双层功能性复合材料，而且可以生产三层功能性复合材料；并通过在两张带材表面涂覆同种或者不同种的高分子阻尼材料，既可以生产单一高分子阻尼材料制成的功能性复合材料，也可以生产双组分高分子阻尼材料制成的功能性复合材料，拓宽该类材料的使用范围。本发明通过增加表面清理机组、表面活化处理机组提高带材的表面质量；并通过多对电磁感应加热机组对高分子阻尼材料的固化反应过程进行精确控制，从而保证并提高该类材料的结合强度。采用该方法生产出结合性能更强的2层及3层功能性复合材料产品，具有剥离强度达到100N/cm以上，剪切强度高于10MPa，损耗因子峰值高于0.25的性能，可在-20℃-100℃范围内连续稳定工作，产品具有减振、降噪、隔音、隔热、抗磁等多种功能，是一类新型环保型功能性复合材料，具有十分广阔的应用前景。
2.本发明通过在入口段上、中、下三层分别设置1组表面清理机组，用于除去带材表面的油污；在清理机组后段设置一对钢刷辊对带材表面进行打毛，以刷去带材表面的灰尘，提高带材的表面洁净度，增加了高分子阻尼材料与带材的接触面积，提高结合强度；并在入口段和固化机组前的工艺段设置防尘设施，以防灰尘再度落在带材表面上，保持带材的表面洁净度。避免了带材表面的油污和灰尘等杂质会降低高分子阻尼材料与带材表面的润湿性能，以防降低结合强度。
3. 本发明通过在入口段上、中、下三层分别设置1组化涂机、化涂烘干炉，对带材表面进行活化处理。其中，上层带材只对复合面进行单面涂覆，中间和下层带材进行双面涂覆，以提高带材表面的张力，增加高分子阻尼材料与带材表面的润湿性能，提高结合强度。在下层设置背涂机和背涂烘干炉，以对下层带材背面涂覆一层环保丙烯酸类或者聚氨酯类涂料，以增强表面防护性能，并提升装饰性。化涂层湿膜的厚度控制为15-50μm，烘干后的厚度控制为3-5μm；背涂层湿膜的厚度控制为20-100μm，烘干后的厚度控制为5-15μm。
4.本发明通过在入口段上、中、下三层分别设置1组双开卷机组，1组剪切机组，1组焊接机组和1组活套，以保证带材的连续稳定供应；并分别设置若干夹送辊，1对夹送平头机对带材头部进行校平，若干张力辊控制带材的运行，1对转向纠偏机组对带材进行纠偏，若干转向辊10以改变带材的运行方向。
5.本发明通过在十字形炉的上、下方分别设置一个高分子阻尼材料涂覆机13，通过2个涂覆机13对上、下层带材表面涂覆相同或者不同类型的高分子阻尼材料，以生产上述各种多功能复合材料。涂覆的高分子阻尼材料主要为烯烃类聚合物、聚氨酯系聚合物、丙烯酸系聚合物、环氧系聚合物、酚醛系聚合物，湿膜厚度为200-400μm，干膜厚度为10-100μm。
6.本发明通过在工艺段设置一座十字形预热炉，利用十字形预热炉16实现带材的预热和高分子阻尼材料中溶剂的挥发；在十字形预热炉内设置一对复合机组，利用复合机组的轧制力实现复合。预热炉温度控制在100-300℃之间，复合机组的轧制力控制在50t-500t。
7.本发明通过在工艺段设置一座固化机组18，固化机组内设置至少6对电磁感应加热机，通过调整电磁感应辊的温度，采用直接热传导方式精确对固化反应进程进行控制，以完成高分子阻尼材料的加热固化和深度复合。电磁感应辊的温度控制在250-600℃之间，轧辊轧制力控制在20-100t。
8.本发明通过在出口段设置出口活套20，转向纠偏机组8，平整机组21和修剪机组22，完成带材的平整和修剪，并通过张紧辊24和卷取机25，完成成品带材的快速成卷收集。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图中：1-双开卷机组，2-夹送辊，3-夹送平头机，4-入口剪切机组，5-焊接机组，6-表面清理机组，7-张力机组，8-转向纠偏机组，9-活套，10-转向辊，11-化涂机，12-化涂烘干炉，13-涂覆机，14-背涂机，15-背涂烘干炉，16-预热炉，17-复合机组，18-固化机组，19-强制冷却机组，20-出口活套，21-平整机组，22-修剪机组，23-转向夹送辊，24-张紧辊，25-卷取机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明；
一种连续式功能性复合材料的生产方法，将上、中、下层三层卷状带材分别经过表面清理、表面活化处理后；由背涂机14在下层带材的背面涂覆一层环保涂料，通过背涂烘干炉15烘干；由涂覆机13在上、下层带材的复合面涂覆一层高分子阻尼材料；经过中间十字形预热炉16对上、中、下层三层带材和高分子阻尼材料烘干、复合机组17复合、固化机组18对高分子阻尼材料进行加热固化将上、中、下三层带材复合成层状复合带材，强制冷却机组19对复合后的层状带材进行强制冷却至室温；最后对层状带材进行平整处理，切除毛边和头尾连接段，并收集成卷。适用于生产总厚在4mm及以下，宽度在1200-1600mm的两层及三层功能性复合材料。
当生产两层复合材料时，中间层带材的机组不投入使用，上层和下层带材对应的涂覆机13至少一组投入使用，生产单一高分子阻尼材料制成的功能性复合材料，或生产双组分高分子阻尼材料制成的功能性复合材料。
上述整个工艺的加工线分为完成三层带材连续稳定供应的入口段、完成高分子阻尼材料涂覆、溶剂挥发和固化的工艺段、完成复合后的层状带材成卷收集的出口段三段；入口段合理采用竖向结构，将入口段分为与上、中、下层三层卷状带材对应的上、中、下三层加工线：每层加工线由双开卷机组1，夹送辊2，夹送平头机3，入口剪切机组4，焊接机组5，表面清理机组6，张力机组7，转向纠偏机组8，活套9，转向辊10组成使三层带材连续稳定的供应；入口段每层加工线的末端与该层工艺段的化涂机11对应相接， 上、中、下三层中每层化涂机11后为化涂烘干炉12；其中，上层的化涂烘干炉12后为涂覆机13，下层的化涂烘干炉12后依次为背涂机14、背涂烘干炉15和涂覆机13；中间层的化涂烘干炉12可以不连接涂覆机13；用十字形预热炉16将三层加工线对接为一层，合理利用了厂房高度空间，以缩短整个生产线的长度，使整个生产线布局更加紧凑合理，在保证生产工艺要求的同时，降低厂房投资建设成本；预热炉16后与一台复合机组17相接完成上、中、下层三层带材的复合，然后通过固化机组18固化，强制冷却机组19冷却后送入出口段，在出口段设置出口活套20，转向纠偏机组8，平整机组21和修剪机组22，完成带材的平整和修剪，并通过张紧辊24和卷取机25完成收集成卷。
上述整个入口段和复合前的工艺段设置防尘保护罩，以保证带材在复合前表面高度清洁无灰。
上述的固化机组18使用6对以上电磁感应加热辊，使用热传导方式完成热固性高分子阻尼材料的固化反应，传热更加均匀稳定，可以更加精确控制高分子阻尼材料的固化反应程度，提高该类材料的性能；生产热塑性复合材料时，电磁感应加热辊可通电进行适当的温度补偿，也可不通电，只进行深度的压合，使高分子阻尼材料和原料更加紧密的结合。
实施例1
如图1所示，一种连续式功能性复合材料的生产方法：将上层带材铝卷、中间层带材镀锌钢卷和下层带材铝卷经过表面处理后，由各自对应的化涂机11分别在上层带材的复合面（下表面）进行单面涂覆，在中间和下层带材进行双面涂覆一层化涂液，经化涂烘干炉烘干；下层铝卷背面涂覆一层液态聚氨酯类涂料，经背涂烘干炉15烘干；然后由辊涂机13在上下层铝卷上涂覆一层液态高分子阻尼材料，进入预热炉16进行高分子阻尼材料溶剂挥发和带材的预热，预热温度为150℃；并由复合机组17完成复合，复合辊的轧制压力为50t；然后通过固化机组18完成固化，电磁感应加热辊的辊面温度为280℃，每对辊的轧制压力为20t，固化机组设置6对电磁感应加热机；经过冷却设备19强制冷却至常温，最后经过平整机组21进行平整，修剪机组22切除毛边和头部，完成成品收集。本实施例的主要材料和工艺参数为:上层和下层为0.3mm厚的铝卷，中间层为1.0mm厚的镀锌卷，宽度为1230mm；化涂液为无铬化涂液，化涂层干膜厚度为3μm，背涂层的干膜厚度为10μm；高分子阻尼材料为酚醛系聚合物，高分子阻尼材料干膜厚度为10μm 。生产出总厚为1.6mm，宽度为1219mm的铝/钢/铝功能性复合材料，产品主要性能指标:剥离强度值为110N/cm,剪强度值为15MPa，内损耗因子峰值为0.25。
实施例2
如图1所示，一种连续式功能性复合材料的生产方法：将上层带材304不锈钢卷、中间层带材铝卷和下层带材304不锈钢卷经过表面处理后，由各自对应的化涂机11分别在上层带材的复合面（下表面）进行单面涂覆，在中间和下层带材进行双面涂覆一层化涂液，经化涂烘干炉烘干；下层带材304不锈钢卷背面涂覆一层液态丙烯酸类涂料，经背涂烘干炉15烘干；然后由辊涂机13在上下层铝卷上涂覆一层液态高分子阻尼材料，进入预热炉16进行高分子阻尼材料溶剂挥发和带材的预热，预热温度为300℃；并由复合机组17完成复合，复合辊的轧制压力为200t；然后通过固化机组18完成固化，电磁感应加热辊的辊面温度为600℃，每对辊的轧制压力为100t，固化机组设置10对电磁感应加热机；经过冷却设备19强制冷却至常温，最后经过平整机组21进行平整，修剪机组22切除毛边和头部，完成成品收集。本实施例的主要材料和工艺参数为:上层和下层为0.4mm厚的304不锈钢卷，中间层为3.0mm厚的铝卷，宽度为1600mm；化涂液为无铬化涂液，化涂层干膜厚度为5μm，背涂层的干膜厚度为15μm；高分子阻尼材料为丙烯酸系聚合物和环氧系聚合物，高分子阻尼材料干膜厚度为100μm 。生产出总厚为4.0mm，宽度为1580mm的304/Al/304功能性复合材料，产品主要性能指标:剥离强度值为150N/cm,剪强度值为20MPa，内损耗因子峰值为0.55。
实施例3
如图1所示，一种连续式功能性复合材料的生产方法：将上层带材铜卷、中间层带材铝卷和下层带材铜卷经过表面处理后，由各自对应的化涂机11分别在上层带材的复合面（下表面）进行单面涂覆，在中间和下层带材进行双面涂覆一层化涂液，经化涂烘干炉烘干；下层带材铝卷背面涂覆一层液态聚氨酯类涂料，经背涂烘干炉15烘干；然后由辊涂机13在上下层铝卷上涂覆一层液态高分子阻尼材料，进入预热炉16进行高分子阻尼材料溶剂挥发和带材的预热，预热温度为100℃；并由复合机组17完成复合，复合辊的轧制压力为50t；固化机组不通电，只对复合后的带材轻度施加压力，以排除两张钢板与高分子阻尼材料之间的气泡，实现更好地结合；；经过冷却设备19强制冷却至常温，最后经过平整机组21进行平整，修剪机组22切除毛边和头部，完成成品收集。本实施例的主要材料和工艺参数为:上层和下层为0.3mm厚的铜卷，中间层为2.0mm厚的铝卷，宽度为1230mm；化涂液为无铬化涂液，化涂层干膜厚度为4μm，背涂层的干膜厚度为5μm；高分子阻尼材料为烯烃类聚合物，高分子阻尼材料干膜厚度为30μm 。生产出总厚为2.6mm，宽度为1219mm的铜/铝/铜功能性复合材料，产品主要性能指标:剥离强度值为180N/cm,剪强度值为20MPa，内损耗因子峰值为0.3。
实施例4
如图1所示，一种连续式功能性复合材料的生产方法：将上层带材不锈钢卷和下层带材锌铝镁卷经过表面处理后，由各自对应的化涂机11分别在上层带材的复合面（下表面）进行单面涂覆，在中间和下层带材进行双面涂覆一层化涂液，经化涂烘干炉烘干；下层带材铝卷背面涂覆一层液态聚氨酯类涂料，经背涂烘干炉15烘干；然后由辊涂机13在上下层铝卷上涂覆一层液态高分子阻尼材料，进入预热炉16进行高分子阻尼材料溶剂挥发和带材的预热，预热温度为200℃；并由复合机组17完成复合，复合辊的轧制压力为80t；然后通过固化机组18完成固化，电磁感应加热辊的辊面温度为400℃，每对辊的轧制压力为50t，固化机组设置8对电磁感应加热机；经过冷却设备19强制冷却至常温，最后经过平整机组21进行平整，修剪机组22切除毛边和头部，完成成品收集。本实施例的主要材料和工艺参数为:上层为0.3mm厚的316不锈钢卷，下层为1.2mm厚的铝卷，宽度为1230mm；化涂液为无铬化涂液，化涂层干膜厚度为5μm，背涂层的干膜厚度为12μm；高分子阻尼材料为聚氨酯系聚合物，高分子阻尼材料干膜厚度为80μm 。生产出总厚为1.5mm，宽度为1219mm的316 /锌铝镁功能性复合材料，产品主要性能指标:剥离强度值为200N/cm,剪强度值为28MPa，内损耗因子峰值为0.35。
实施例5
如图1所示，一种连续式功能性复合材料的生产方法：将上层带材铜卷和下层带材铝卷经过表面处理后，由各自对应的化涂机11分别在上层带材的复合面（下表面）进行单面涂覆，在中间和下层带材进行双面涂覆一层化涂液，经化涂烘干炉烘干；下层带材铝卷背面涂覆一层液态聚氨酯类涂料，经背涂烘干炉15烘干；然后由辊涂机13在上下层铝卷上涂覆一层液态高分子阻尼材料，进入预热炉16进行高分子阻尼材料溶剂挥发和带材的预热，预热温度为120℃；并由复合机组17完成复合，复合辊的轧制压力为50t；然后通过固化机组18完成固化，电磁感应加热辊的辊面温度为300℃，每对辊的轧制压力为30t，固化机组设置6对电磁感应加热机；经过冷却设备19强制冷却至常温，最后经过平整机组21进行平整，修剪机组22切除毛边和头部，完成成品收集。本实施例的主要材料和工艺参数为:上层为0.2mm厚的铜卷，下层为0.8mm厚的铝卷，宽度为1230mm；化涂液为无铬化涂液，化涂层干膜厚度为3μm，背涂层的干膜厚度为10μm；高分子阻尼材料为聚氨酯系聚合物，高分子阻尼材料干膜厚度为50μm 。生产出总厚为1.0mm，宽度为1219mm的铜/铝功能性复合材料，产品主要性能指标:剥离强度值为120N/cm,剪强度值为18MPa，内损耗因子峰值为0.3。
Claims (10)
1.一种连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：包括十字形预热炉，在十字形预热炉的上、下方分别设置一个高分子阻尼材料涂覆机(13)；将上、中、下层三层卷状带材分别经过表面清理(6)、表面活化处理后；先由背涂机(14)在下层带材的背面涂覆环保涂料，通过背涂烘干炉(15)烘干；再通过上述其中的2个涂覆机(13 )对上、下层带材复合面涂覆相同或者不同类型的高分子阻尼材料，经过中间十字形预热炉(16)对上、中、下层三层带材和高分子阻尼材料烘干、复合机组(17)复合、固化机组(18)对高分子阻尼材料进行加热固化，将上、中、下三层带材复合成层状复合带材，通过强制冷却机组(19)对复合后的层状带材进行强制冷却至常温；最后对层状带材进行平整处理，切除毛边和头尾连接段，并收集成卷。
2.根据权利要求1所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：适用于连续式生产总厚在4mm及以下，宽度在1200-1600mm的两层、或三层功能性复合材料。
3.根据权利要求1所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：生产两层复合材料时，中间层的机组不投入使用，上层和下层带材对应的涂覆机(13)至少一组投入使用来生产单一高分子阻尼材料制成的功能性复合材料，或生产双组分高分子阻尼材料制成的功能性复合材料。
4.根据权利要求1或3所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：整个工艺布置由入口段、工艺段和出口段三段组成；采用竖向结构将入口段布置为与上、中、下层三层卷状带材对应的上、中、下三层加工线，三层加工线用一十字形预热炉(16)和工艺段的复合机组（17）进行对接：其中，入口段上、中、下三层采用各自对应的双开卷机组（1）开卷，并每层带材分别通过各自对应的入口剪切机组（4）、焊接机组(5)、立式活套(9)和转向辊(10)使三层带材连续稳定的供应到各自的工艺段完成每层带材高分子阻尼材料的涂覆，通过所述的十字形预热炉(16)加热进行溶剂挥发，并将上、中、下三层带材通过对接后的复合机组（17）复合成层状复合带材送至出口段；出口段与上述入口段的中层加工线位于同一水平线上，在出口段设置出口活套(20)，转向纠偏机组(8)，平整机组(21)和修剪机组(22)，完成带材的平整和修剪，并通过张紧辊(24)和卷取机(25 )完成收集成卷。
5.根据权利要求4所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：整个入口段和复合前的工艺段设置防尘保护罩。
6.根据权利要求4所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：固化机组(18 )使用6对以上电磁感应加热辊，使用热传导方式完成热固性高分子阻尼材料的固化反应。
7.根据权利要求5或6所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：上、中、下层三层带材分别在焊接机组(5)后设有表面清理机组(6 )，每层带材经过各自对应的表面清理机组(6 )进行所述的表面清理，除去带材表面的油污，然后在每一清理机组(6 )的后段设置一对钢刷辊对带材表面进行打毛。
8.根据权利要求7所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：上、中、下层三层带材分别设有1组表面活化处理用的机组化涂机(11)和化涂烘干炉(12)，每层带材经过各自对应的化涂机(11)和化涂烘干炉(12)进行涂覆烘干，其中，上层带材只对复合面进行单面涂覆，中间和下层带材进行双面涂覆。
9.根据权利要求5 、6或8所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：在入口段上、中、下三层各自对应的双开卷机组（1）后分别设置加工线：夹送辊(2)、夹送平头机(3)对带材头部进行校平。
10.根据权利要求9所述的连续式功能性复合材料的生产方法，其特征在于：在上、中、下三层带材的表面清理机组(6)后分别设置加工线：由张力辊(7)控制带材的运行，在张力辊(7)后设置转向纠偏机组(8)对带材进行纠偏，纠偏机组(8)后依次设置立式活套(9)、若干转向辊(10)以改变带材的运行方向。
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