CN1090541C - 张力上升刮板涂敷方法 - Google Patents

Abstract

为了用刮板涂敷弹性液体而无流动不稳定性，可通过增加液体必须加速的距离而使涂料珠滴上游区域内的伸展速度被保持在较低水平上。通过确保使涂料珠滴的上游液-气交界面比较长而平，使不稳定流动延迟。这是通过允许弹性液体自身拉动经过一比较大距离、离开沟槽并进入刮板通道之中而完成的。通过在涂料珠滴上游区域内的伸展流动所获得的液体张力，使液体能够上升进入沟槽。

Description

张力上升刮板涂敷方法

技术领域

本发明与提供涂料给带状物的刮板涂敷方法有关。更特别是，本发明与改进的、使用粘弹性液体的刮板涂敷方法有关。

本发明的技术背景

涂敷是利用一层流体、诸如液体代替气体与一基层(通常是一坚固表面基层)接触的过程。有时提供相互层叠的若干层涂料。通常，基层是一长的、继续不断的片状形式，诸如一带状物，并被卷绕成一卷筒。例如塑料薄膜，机织物或非织造织物，或者纸。涂敷带状物一般包括退绕卷筒，提供液体层于卷筒，使液体层固化，并且将已涂敷的带状物再卷绕成卷筒。

在涂料附着之后，它能够保留液体，诸如在金属卷材加工中对金属提供润滑油时，或者在提供化学反应物激活基层表面或者使基层表面发生化学变化时。此外，如果涂料包含易挥发的液体，或者能被固化，或者经过其它处理后留下一固体层，涂料能够干燥。其例子包括涂料，清漆，粘合剂，光化学的以及磁性的记录媒介。

提供涂层给带状物的方法在E.D.柯恩和E.B.格托夫的《现代涂敷和干燥技术》(VCH出版公司，纽约1992)和D.萨特斯的《带状物加工和转化的技术和设备》(Van Vortstrand Reinhold出版公司，纽约1984)中进行了讨论，并且包括刮板涂料器。

刮板涂敷包括在一静止的固体部件、即一刮板和一带状物之间通过液体，且刮板和带状物之间的间隙小于所提供的液体层厚度的两倍。液体在带状物和刮板之间被剪切，同时层的厚度在很大程度上取决于间隙的高度。对于许多材料和加工约束条件，刮板涂料器提供平整的涂层，无波纹，凸痕，或者浓稠的边界。带状物可由一支撑辊在其后侧支承，以消除涂敷操作时因带状物纵向张力的变化而引起的悬垂，这对于纸和塑料薄膜基层来说是普通的。刮板涂料器也能直接提供涂料给一辊子，接着该辊子将涂料传送给带状物。

区别各种刮板涂料器的一个特征是使液体通向刮板通道的方法。在图1中显示的重力供料刮板涂料器，通过一漏斗接受自一敞口料槽来的液体，而该料槽对着带状物。在图2中显示的薄膜供料刮板涂料器，通过其它方法从提供给带状物的一层面接受液体，但没有要求的厚度，均匀度，或平整度。任何多余的材料从刮板上流掉，并且被收集以供再循环。在图3中显示的模具供料刮板涂料器，接受来自一狭缝的液体，该狭缝与一上游管道结合，横跨带状物均匀地分配提供给刮板通道的液体。该模具包括两块板，它们将一垫片或一有开槽的板夹在当中，以形成该狭缝通道。在图4A和4B中显示的沟槽供料刮板涂料器，从一宽阔的缝槽、或者沟槽接受液体，该液体是由一狭窄的缝槽和管道输送的，以提供横跨带状物的均匀的液体分配。图4B中的涂料器，在涂料器的带状物上游侧发生溢出。溢出的液体再循环使用。

当被涂敷的液体弹性较大，刮板涂料器对在涂料珠滴上游区域不稳定的流动是敏感的，液体首先在那里接触带状物(涂料珠滴是在涂料器和基层之间的液体搭接)。在涂料珠滴的上游区域，液体必须从几乎零速度加速到移动的带状物的速度，这个距离大约相等于刮板涂料器上游侧和移动带状物之间的间隙。该加速流动使液体受到高的伸展速度。弹性较大的液体显示出在伸展(无旋流动)方面的粘性，在高速伸展时的伸展方面的粘性比高速剪切时剪切(旋转流动)方面的粘性高得多。伸展粘性和剪切粘性之间的不同使涂料珠滴上游区域产生不稳定的流动，从而造成不受欢迎的涂敷缺陷。

涂敷过程对流动不稳定的敏感性随涂料液体弹性的增加和带状物速度的增加而增加。这种不稳定性的本身通常显示出从一在上游侧的、在空间上暂时均匀的涂料珠滴转变成在带状物横向方向上被分割的部分。进一步增加涂敷速度或液体弹性将导致涂料珠滴上游区域内的、更进一步的短暂的和空间的非一致性。在涂料珠滴上游区域的不稳定流动将在涂敷后的薄膜中形成涂敷缺陷。通常，缺陷呈与带状物下游方向平行的、或者是对角横跨带状物的条纹或“刷痕”形式。当在重力供料、模具供料和沟槽供料刮板涂料器中涂敷弹性液体时，会发生这种流动不稳定性。在薄膜供料刮板涂料器中也可能发生，这取决于将原始薄膜置于带状物上的方法。当在一刮板涂料器中涂敷弹性液体、而在该刮板涂料器中液体只充填在涂料珠滴上游侧的比较小的间隙时，不稳定就会发生。

因此存在着对操作刮板涂料器的方法进行改进的需要，以使弹性较高的液体能高速涂敷，而不会产生流动不稳定性和相关的涂敷缺陷。

本发明的简要说明

本发明的方法是将涂料流体提供给一表面，并包括在一涂敷装置和该表面之间提供相对运动。涂料流体直接输送给一沟槽，并且通过沿该表面横向延伸的沟槽开口提供给该表面。涂层厚度通过刮板调节。保持分离线(涂料流体，沟槽的带状物上游侧和周围气体的相交线)和湿润线(涂料流体，将要被涂敷的表面和周围气体的相交线)之间的一足够的距离，以便消除涂料珠滴流动的不稳定性。

涂料流体可是具有伸展粘性与剪切粘性之比大于10的的弹性液体。沟槽开口至少横跨涂敷所要求的宽度。分离线和湿润线之间的距离可大于0.5cm。分离线能被定位在刮板通道之下。

通过控制液体流入沟槽的速度和流出刮板通道的速度可控制分离线和湿润线之间的距离。

液-气交界面是在上游涂料珠滴处连接分离线和湿润线的表面，基本上可是平的。同时，涂料液体的流变性质和带状物速度能被选择，以改变上游液-气交界面的断裂距离。

通过使涂料珠滴上游区域内保持低的伸展速度，实现没有流动不稳定性的刮板涂敷弹性液体的方法，这样液体的伸展和剪切粘性之间的差异是小的。通过增加液体必须加速通过的距离，可在涂料珠滴上游区域内保持低的伸展速度。通过确保涂料珠滴上游液-气交界面相当平直，可延迟流动不稳定性出现。这是通过允许弹性液体将自己从沟槽拉出一比较大距离并进入刮板通道之中而完成的。通过在涂料珠滴上游区域内的伸展流动形成的流体张力的作用，流体上升进入刮板通道。

附图的简要说明

图1是一已知的重力供料刮板涂料器示意图。

图2是一已知的薄膜供料刮板涂料器示意图。

图3是一已知的模具供料刮板涂料器示意图。

图4A和4B是一已知的沟槽供料刮板涂料器的示意图。

图5是一横向流动刮板涂料器的示意的侧视图。

图6是张力上升刮板涂料器的部分剖视的示意的侧视图。

本发明的详细说明

常规的刮板涂敷弹性液体对在涂料珠滴上游区域中的不稳定流动是敏感的。当涂敷比较无弹性的液体或在一些实例中保持低的涂敷速度时，不存在不稳定的流动，且涂料珠滴的上游液-气交界面在空间上和时间上无变化。然而，当液体的弹性或带状物的速度增加时，涂料珠滴上游区域内的流动可能变得不稳定。

在图5中显示的和1994年2月8日提出的、美国专利申请号为08/193,425中公开的横向流动刮板涂料器是一沟槽供料刮板涂料器，从其一端向沟槽供料。这种供料方式与带状物表面移动结合产生沿沟槽宽度的螺旋流动。

虽然液体的弹性能以若干形式显示出来，但在这种流动不稳定性中的活动形式是一提高的伸展粘性。与在剪切(旋转)流动中显示的剪切粘性相反，这种伸展粘性由在纯粹拉伸(无旋)流动中的液体显示。弹性液体具有可与在低的变形速度中的它们的剪切粘性相比较的伸展粘性(通常，伸展粘性是低速中的剪切粘性的3-4倍)。在高速变形中，弹性液体的伸展粘性通常(有时戏剧性地)增加，而剪切粘性或者保持稳定或者降低。伸展粘性与剪切粘性之比(有时称为Trouton比率)是一好的指示器，可确定涂料液体是否对常规的刮板涂料器的涂料珠滴上游区域中的流动不稳定性是否敏感。如果Trouton比率在1和1000秒^-1之间的变形速度的范围内大于10，它可能显示出在常规的刮板涂料器中上游涂料珠滴流动的不稳定性。

因此，上游涂料珠滴流动不稳定性是由出现在常规的刮板涂料器的涂料珠滴上游区域里的变形速度内的液体的伸展和剪切粘性之间的差异而形成的。为了阻止流动不稳定性的发生，上游涂料珠滴的伸展速度必须降低，以降低伸展剪切粘性的差异。在涂料珠滴上游区域内的伸展速度大约等于移动的带状物的速度与在带状物和在涂料珠滴附近的刮板涂料器上游侧之间的间隙之比。重力供料，模具供料，和沟槽供料刮板涂料器以上游刮板间隙在0.1到1毫米(0.004到0.040英寸)范围为特征。在诸如0.5米/秒(100英尺/分钟)的适度的带状物速度时，这个量级的间隙产生出在500到5000秒-1范围内的伸展速度。

本发明方法使用一种刮板涂料器，以阻止上游涂料珠滴流动不稳定性的发生。这是通过确保涂料液体能在一较大距离上伸展、从而在涂料珠滴上游区域经历较低的伸展速度而实现的。较佳的是，在涂料珠滴上游区域内的加速距离在0.5到12.7厘米(0.2到5英寸)范围内。在0.5米/秒(100英尺/分钟)的带状物速度时，增加供伸展用的距离将降低伸展速度，液体将经历4到40秒^-1范围的两个数量级的伸展速度。伸展速度的降低大大减少了在涂料珠滴上游区域内的液体的伸展和剪切粘性之间的差异。此外，涂料珠滴的上游液-气交界面的路径变平，这有助于消除上游涂料珠滴流动不稳定性。

图6显示了利用张力上升刮板涂敷方法的涂料器。如图所示，将要被涂敷的表面是环绕通过可变形的支承辊14而运行的带状物12。此外，涂料能利用诸如传送辊之类的中间部件传送给基层。其它的流体也能被涂敷，而基层能在一自由的跨度中被涂敷。

涂料器包括一沟槽15，它具有至少横跨所需涂敷宽度的开口26。带状物12移动通过在沟槽开口26之上的涂敷工位。在带状物12和沟槽15的带状物下游侧之间的间隙区域是刮板通道，涂料液体流动通过该通道而形成涂层。刮板28调节提供给带状物12的涂料液体的厚度。刮板28可是固定在沟槽壁20上的一单独的元件，或者可是该壁的一表面。刮板28可是平面，弯曲面，凹面，或者凸面。刮板28或者支承辊14可是柔性的，并在刮板28和带状物12之间具有由液体压力维持的间隙。

沟槽15有相反设置的带状物上游壁46。分离线48(它是涂料液体，沟槽15的带状物上游壁46，以及周围空气或其它气体的相交线)位于沟槽15的带状物上游壁46处。上游液-气交界面50是连接分离线48与湿润线52的表面，该湿润线52位于液体与移动的带状物12首先接触的位置处(湿润线是涂料液体，带状物12，以及周围空气的相交线)。涂料珠滴的上游区域是上游液-气交界面50最接近的区域。利用一泵通过一具有一缝槽和一腔室的、单个或多个供料孔的管道，将涂料液体提供给沟槽。

该张力上升刮板涂料器的操作包括在相交线48和52之间保持足够大的距离，从而使上游涂料珠滴的流动不稳定性不会发生。这段距离通常大于0.5厘米(0.2英寸)。交界线48和52之间的距离由流入沟槽的液体速度以及流出的刮板通道的液体速度控制。将液体流入量保持在比液体从沟槽流出量较低的值上，将降低沟槽中的液面高度，并增加相交线48和52之间的距离。当这段距离足够大时，上游涂料珠滴的流动不稳定性不会发生，沟槽中的液面高度以及相交线48和52之间的距离可通过保持流入和流出液体基本相等而保持稳定。

使用具有比较长的上游气-液交界面，可确保在刮板涂料器的涂料珠滴的上游区域内的液体经受的伸展速度比已知的刮板涂料器的要小。结果，在涂料珠滴的上游区域内的液体的剪切和伸展粘性之间的差异被缩小，而涂料珠滴的流动不稳定性和伴随它的涂敷缺陷被消除。此外，上游液-气交界面是比较平的，它提供了防止上游涂料珠滴流动不稳定性的附加保护。该液体能通过弹性液体的伸展性质而产生的张力和重力的相互作用而保持长和直的上游气-液交界面。该张力通过带状物的运动能使涂料液体继续不断地克服重力的拉动从沟槽开口进入刮板通道。多余液体通过刮板通道返回沟槽。

如果相交线48和52之间的距离太大，上游液-气交界面50将断裂，而移动带状物12上的继续不断的涂敷将停止。上游气-液交界面发生断裂的距离取决于若干条件，包括涂料液体的流变性质和带状物的速度。较大的断裂距离可从具有较大弹性流变性质(较大伸展粘性)的液体上看到。同时，断裂距离一般随着带状物速度的增加而线性地增加。具有非常小弹性的涂料液体具有非常小的断裂距离(不到0.5厘米)。

在不脱离本发明范围或者精神的情况下可对本发明作各种各样的变化和修正。例如，当带状物在自由的、没有支承的跨度中被涂敷的时候，在沟槽和带状物之间的间隙由液体压力支承，它能平衡因拉伸的带状物偏转而产生的压力。

Claims (9)

1.一种利用具有沟槽(15)和刮板(28)的沟槽涂敷装置提供涂料流体给表面(12)的方法，该方法包括：

在涂敷装置和表面(12)之间提供相对运动；

通过使涂料克服重力作用而上升，使涂料流体通过横向延伸经过该表面的沟槽开口(26)提供给表面(12)；

直接将涂料流体提供给沟槽(15)；

利用一刮板(28)调节提供给该表面的涂料厚度；以及

在分离线(48)与湿润线(52)之间保持一足够的距离，以消除上游涂料珠滴的流动不稳定性；所述分离线(48)是涂料液体、沟槽的带状物上游壁、以及周围气体的相交线，所述湿润线是涂料液体、将被涂敷的表面、以及周围气体的相交线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供料步骤包括将在常规的沟槽供料刮板涂料器中显示出上游涂料珠滴流动不稳定性的涂料流体直接提供给沟槽(15)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供步骤包括通过至少横向延伸经过涂层所需宽度的沟槽开口(26)提供涂料流体给表面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分离线(48)和湿润线(52)之间的距离大于0.5厘米。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，涂料流体是一种伸展粘性与剪切粘性之比大于10的弹性液体。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分离线(48)定位在刮板通道之下。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过流入沟槽的液体速度和流出刮板通道的液体速度控制分离线(48)和湿润线(52)之间的距离的步骤。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，液-气交界面是连接分离线(48)和湿润线(52)的表面，且液-气交界面是平的。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括选择涂料液体的流变性质和带状物速度，以改变上游液-气交界面的断裂距离的步骤。

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