CN110432786B - 一种具有陶氟石涂层的炊具及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺，在锅体内表面喷涂陶氟石涂料形成陶氟石涂层，其表面可以形成氟树脂微观结构，涂层更致密、热传导性均匀，大大改善了铁锅烹调的油爆现象，且耐高温耐金属铲生产设备简单、工艺条件要求低，在高温下，陶氟石涂层与重力损失变化非常微小，不粘寿命显著增加。在此基础上，同时本发明还提供了一种由所述炊具生产工艺生产的炊具。

Description

一种具有陶氟石涂层的炊具及其生产工艺
技术领域
本发明涉及炊具领域，具体而言，涉及一种具有陶氟石涂层的不粘炊具生产工艺。
背景技术
目前，市场上销售的不粘锅主要存在以下问题：
一是采用聚四氟乙烯提供不粘性能的不粘锅只能以铝质为基材，因为聚四氟乙烯喷涂在基材表面后由于其材料特性会存在难以避免的针孔，铁质基材暴露在针孔的部分容易生锈，不利于清洗和使用；
二是水性不粘氟碳涂料尽管可以采用普通方式喷涂，相比于聚四氟乙烯PTFE粉末的热喷涂从而可以简化设备和工艺，但是水性不粘氟碳涂料喷涂后不耐高温，不能在超过250℃的状态下干烧，耐高温烹调油性不佳、涂层容易松软、剥落；
三是一般不粘锅只能用木铲或是硅胶铲来炒菜，需要进行精细翻炒时极为不便，因为不粘涂层较软，在较为锋利的常规锅铲——金属铲下很容易刮伤，严重影响使用寿命；
四是不粘锅的不粘寿命较短，在猛火爆炒的操作力度下寿命则会更短，聚四氟乙烯一旦脱落进入高温菜肴中会化学分解出有毒物质，时间长了会影响人的身体健康；
五是以陶瓷涂料提供不粘性能的不粘锅，尽管没有针孔、对基材没有明确要求的问题，硬度相对有所提升，耐高温性也较好，但陶瓷涂料不粘性和不粘持久性差，不能制作酸性食物，且生产工艺控制难度大、成本高、产品质量不稳定，此种炒锅在市面上并不受欢迎。
六是现有的不粘涂层致密度不够，煎炒过程中仍然存在爆油现象，油溅到使用者皮肤上造成烫伤。
为解决上述问题，现有技术中还研究出了一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅(CN20191051792561)，无涂层耐磨防锈性能采用稀土催渗氮基气氛氮碳共渗后氧化工艺，在铁锅软氮化表面硬化处理的基础上，再连续进行氧化处理，通过覆盖一层1-4um厚的主要以黑色Fe3O4膜为基体的防锈层，使得铁锅在无涂层的情况下能够兼具聚四氟乙烯和陶瓷涂料的技术效果。但是利用该技术生产不粘锅时设备需要定制、制造周期长，而且资金投入大，在精度上对技术人员依赖强。
此外，国内外还出现了将陶瓷、聚四氟乙烯同时处理在基材表面的工艺，比如CN2012103095589提供了一种陶瓷溶胶聚四氟乙烯涂料，其采用稀释剂将陶瓷和溶胶和聚四氟乙烯制成涂料喷涂在炊具表面以期达到耐高温耐铁铲的不粘效果，但是不同固化温度下形成的陶瓷溶胶涂层与聚四氟乙烯涂层之间的粘接强度以及不粘持久时间仍然有待加强，聚四氟乙烯较软的特性仍然没有解决；EP1048751A1则是提供了一种通过等离子热喷涂方式将陶瓷、聚四氟乙烯从两个不用的喷口中喷出混合后喷涂在铝合金基材外表面以形成不粘效果，同样，这种不粘锅的热喷涂方式成本高、陶瓷、聚四氟乙烯的粘接强度也需要加强，该工艺下形成的不粘涂层实质上也是两个常规不粘涂层功能的叠加。
另外，根据使用需要，炒锅也会配有锅盖，现有的锅盖主要为全金属材质、或玻璃材质或金属与玻璃结合的材质，结构上一般为具有光滑的内外表面，当在高温下炖煮一段时间以后使用者去揭开锅盖时，会感觉锅盖外表面温度很高，稍有不慎手指触碰到锅盖手柄附近的锅盖表面便会被烫伤。因此，设计一种防烫伤的锅盖也是必要的。
发明内容
本发明的第一个目的在于提出了一种具有陶氟石涂层的不粘炊具生产工艺，对氟树脂、陶瓷原料分别进行硅改性，并通过纳米技术，将改性后的氟树脂嫁接到陶瓷原料上，采用普通的喷涂方式喷涂在锅坯外表面即可提供卓越的不粘性能，陶氟石涂层能够与提供耐磨耐腐蚀性能的熔射金属层很好的粘接，涂层更致密、热传导性均匀，大大改善了铁锅烹调的油爆现象，且耐高温耐金属铲，不粘使用寿命长，生产设备简单、工艺条件要求低。
本发明的第二个目的在于通过热阻分析，锅盖部分表面构造为波纹状，长时间炖煮下使得锅盖手柄周围的盖体也能保持较低的表面温度防止不小心触碰后烫伤。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的。
本发明的涉及一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺，其包括以下步骤：
S1.锅坯处理
将金属片材层叠后通过冲压拉伸为锅坯，然后对锅坯进行除油、清洗、烘干；
S2.喷砂处理
利用自动喷砂机对锅坯的内表面进行喷砂处理以增加表面附着力；喷砂材料为36目棕刚玉，喷砂时工作气压为0.4-0.6MPa，喷砂处理后锅坯内表面粗糙度≥2.5μm；
S3.对锅坯的内表面进行热喷涂处理，以提升锅坯内表面耐磨性，抗腐蚀性，包括：
S3.1热喷涂铝形成铝涂层，厚度为35-45μm；
S3.2热喷涂钛形成钛涂层，厚度40-55μm；
S3.3对锅坯内表面进行砂光处理；
S3.4对锅坯进行清洗；
S4.利用步骤3中的喷砂处理方式处理锅坯外表面；
S5.对锅坯内外表面进行气体氮化处理以提高内外表面耐磨性，其中氮化处理温度为450-470℃，处理时间为4-5h；
S6.制备陶氟石涂料；
S6.1利用硅烷、二元醇、添加剂对氟树脂进行改性处理得到改性氟树脂，置于第一温度55℃下，持续时间2h，置于第二温度80℃，持续时间90分钟；
S6.2对陶瓷涂料进行改性处理，将所述改性氟树脂混合(三氟甲基)三甲基硅烷、氧化硅、硅油以及乙酸，在40-50℃温度下充分混合4小时得到改性陶瓷涂料；
S7.对锅坯内外表面喷制备的所述改性陶瓷涂料和改性树脂，增加表面耐磨性和不粘性，包括如下步骤；
S7.1在所述氮化处理后温度冷却至120-180℃时喷所述改性陶瓷涂料形成改性陶瓷涂层；
S7.2对改性陶瓷涂层表面进行烧结，烧结温度240-300℃，烧结时间6min；
S7.3在所述改性陶瓷涂层外表面继续喷所述改性氟树脂形成改性氟树脂涂层；
S7.4对涂层表面进行烧结，烧结温度320-350℃，时间10-12min；
所述改性陶瓷涂层和改性氟树脂涂层形成的陶氟石涂层厚度为32-36μm；
S8.包装入库。
进一步地，本发明还提供一种具有陶氟石涂层的炊具，其由所述具有陶氟石涂层的炊具生产工艺制成。
进一步地，本发明还提供一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺中，还包括锅盖的生产工艺，所述锅盖包括锅把手、玻璃盖体、铝或铝合金盖体，锅把手设置在玻璃盖体上，玻璃盖体的设置有助于使用者及时观察到锅内食物烹煮情况，玻璃盖体与铝或铝合金盖体呈同心圆布置，铝或铝合金盖体位于玻璃盖体远离圆心的一侧，玻璃盖体与铝或铝合金盖体为插接方式连接，铝或铝合金盖体截面为波浪形，所述锅盖生产工艺包括如下步骤：
确定玻璃盖体和波浪形的铝或铝合金盖体面积，具体通过如下公式确定：
铝或铝合金盖体的热阻为
Figure GDA0002932522680000031
玻璃盖体的热阻为
Figure GDA0002932522680000032
k1为铝或铝合金盖体的导热系数；
A1为铝或铝合金盖体的导热面积；
k2为玻璃盖体的导热系数；
A2玻璃盖体的导热面积，即锅盖的设计可视面积；
Δx1铝或铝合金盖体的设计厚度；
Δx2玻璃盖体的设计厚度；
Figure GDA0002932522680000041
根据上述公式可以理解，在锅盖的设计可视面积确定时，铝或铝合金盖体的导热面积越大，根据公式
Figure GDA0002932522680000042
Q为热量，ΔT为内外表面的温差，R为热阻，铝或铝合金盖体的热阻越小，传热越快，可以得到玻璃盖体在导热过程中，内表面的热量会向其周围热阻更小的铝合金盖体传递，通过设置最优波幅的波浪状铝合金盖体使得手柄周围玻璃盖体温度保持的安全温度，不会烫伤人手，其中L1＝1.5-2L2，其中，L1为波浪状铝合金盖体拉伸为平直状态时的长度，L2波浪状铝合金盖体为传统光滑状态时的长度。
这里需要说明的是，L1与L2的比值不能过大，因为过大，代表波幅越大，如此会影响波谷处盖体的传热和散热，进而造成热量蓄积后反而影响到玻璃盖体传热。
锅盖尺寸小于锅坯尺寸，容易理解这种设置是为了在使用时锅盖边沿能够与锅的内表面紧密接触而不受其波浪状结构影响。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、通过特定的工艺和材料，对氟树脂、陶瓷原料分别进行硅改性，并通过纳米技术，将改性后的氟树脂嫁接到陶瓷原料上，使得氟树脂的聚集态发生改变，既保持了陶瓷涂层的耐高温性能又提高了耐酸耐腐蚀性能。
2、陶氟石涂层可以采用普通喷涂方式喷涂于锅坯内表面，借助于在前工序中的氮化处理温度冷却至一定温度区间时，陶氟石涂层与已完成的热喷涂金属层具有优异的粘接效果，更加有利于避免涂层的脱落。
3、陶氟石涂层可以提供卓越的不粘性能，其表面可以形成氟树脂微观结构，涂层更致密、热传导性均匀，大大改善了铁锅烹调的油爆现象，且耐高温耐金属铲生产设备简单、工艺条件要求低。
4、在高温下，陶氟石涂层与重力损失变化非常微小，不粘寿命显著增加。
5、锅盖包括玻璃盖体和铝/铝合金盖体，通过热阻分析，锅盖部分表面构造为波纹状，长时间炖煮下使得锅盖手柄周围的盖体也能保持较低的表面温度防止不小心触碰后烫伤。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1陶氟石不粘炊具结构示意图。
图2陶氟石涂层与聚四氟乙烯涂层、陶瓷涂层在高温状态下重力损失对比图。
图3锅盖结构示意图。
图4玻璃盖体与铝/铝合金盖体连接处局部放大示意图。
图5铝/铝合金盖体的长度对比图。
图6锅盖俯视图
图7现有技术中聚四氟乙烯涂层和陶瓷涂层扫描式电子显微镜图。
图8陶氟石涂层与聚四氟乙烯涂层、陶瓷涂层在高温状态下重力损失对比图。
图中：1-铝/铝合金盖体，2-玻璃盖体，21-玻璃盖体的连接端，3-铝/铝合金盖体波纹结构，4-手柄，5-玻璃盖体与铝合金盖体的连接部，L1-波浪状铝合金盖体拉伸为自然平直状态时的长度，L2-铝/铝合金盖体光滑状态下的长度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
这里需要特别解释的是：陶氟石不粘涂层是指通过本发明提供的改性陶瓷涂层与改性树脂涂层形成的。图6中只是局部示意出L1，L2这两种长度的计算方式，如波浪状铝合金盖体拉伸为自然平直状态时的长度，应按照本领域的常规类比理解方式，L1可以类比为一条弯曲绳子的实际长度，L2则是锅盖为传统光滑状时长度。
在本发明的实施例1中，一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺，其包括以下步骤：
S1.锅坯处理
将金属片材层叠后通过冲压拉伸为锅坯，然后对锅坯进行除油、清洗、烘干；
S2.喷砂处理
利用自动喷砂机对锅坯的内表面进行喷砂处理以增加表面附着力；喷砂材料为36目棕刚玉，喷砂时工作气压为0.4-0.6MPa，喷砂处理后锅坯内表面粗糙度≥2.5μm；
S3.对锅坯的内表面进行热喷涂处理，以提升锅坯内表面耐磨性，抗腐蚀性，包括：
S3.1热喷涂铝形成铝涂层，厚度为35-45μm；
S3.2热喷涂钛形成钛涂层，厚度40-55μm；
S3.3对锅坯内表面进行砂光处理；
S3.4对锅坯进行清洗；
S4.利用步骤3中的喷砂处理方式处理锅坯外表面；
S5.对锅坯内外表面进行气体氮化处理以提高内外表面耐磨性，其中氮化处理温度为450-470℃，处理时间为4-5h；
S6.制备陶氟石涂料；
S6.1利用硅烷、二元醇、添加剂对氟树脂进行改性处理得到改性氟树脂，其中硅烷、二元醇、添加剂、氟树脂的重量比为10：0.1：2：90；将所述置硅烷、二元醇、添加剂、氟树脂于第一温度55℃下，持续时间2h，置于第二温度80℃，持续时间90分钟；
S6.2对陶瓷涂料进行改性处理，将所述改性氟树脂混合(三氟甲基)三甲基硅烷、氧化硅、硅油以及乙酸，在40-50℃温度下充分混合4小时得到改性陶瓷涂料，改性氟树脂、(三氟甲基)三甲基硅烷、氧化硅、硅油以及乙酸的重量比为25:70:14:12:1；
S7.对锅坯内外表面喷制备的所述改性陶瓷涂料和改性树脂，增加表面耐磨性和不粘性，包括如下步骤；
S7.1在所述氮化处理后温度冷却至120-180℃时喷所述改性陶瓷涂料形成改性陶瓷涂层；
S7.2对改性陶瓷涂层表面进行烧结，烧结温度240-300℃，烧结时间6min；
S7.3在所述改性陶瓷涂层外表面继续喷所述改性氟树脂形成改性氟树脂涂层；
S7.4对涂层表面进行烧结，烧结温度320-350℃，时间10-12min；
所述改性陶瓷涂层和改性氟树脂涂层形成的陶氟石涂层厚度为32-36μm；
如图7所示，采用本发明制备的陶氟石涂层后，在扫描式电子显微镜下，该涂层表面具有氟树脂和陶瓷两种结构，能够很好的兼顾陶瓷强度和氟树脂的长久不粘性。
而如图8所示，在同样的扫描式电子显微镜下，如果是在陶瓷涂层表面直接叠加氟树脂涂层，则锅体表面并不会具有氟树脂微结构。
另外，改性陶瓷涂层与改性树脂涂层形成的陶氟石不粘涂层与聚四氟乙烯涂层、陶瓷涂层在高温状态下重力损失对比实验中，温度在550℃以后，陶氟石不粘涂层重量基本没有损失，只呈现轻微变化，陶瓷涂层和传统聚四氟乙烯涂层重量损失较为显著，尤其是传统聚四氟乙烯涂层，基本上会全部脱落，届时不但没有不粘效果，脱落的涂层混合在菜肴用还会影响身体健康。陶氟石涂层表面具有氟树脂和陶瓷两种结构，不仅能够很好的兼顾陶瓷和氟树脂的长久不粘性，同时也进一步可以证明，其与前一工序的熔射钛层具有很好的粘接效果。
S8.包装入库。
实施例2
在本发明的实施例2中，涉及一种陶氟石炊具，其由一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺制成。
实施例3
图3-6示出了锅盖结构。所述炊具包括锅体和锅盖，所述锅盖由所述陶氟石不粘锅生产工艺制成，所述锅盖包括锅把手、玻璃盖体、铝或铝合金盖体，锅把手设置在玻璃盖体上，玻璃盖体的设置有助于使用者及时观察到锅内食物烹煮情况，玻璃盖体与铝或铝合金盖体呈同心圆布置，铝或铝合金盖体位于玻璃盖体远离圆心的一侧，玻璃盖体与铝或铝合金盖体为插接方式连接，铝或铝合金盖体截面为波浪形，所述锅盖生产工艺包括如下步骤：
确定玻璃盖体和波浪形的铝或铝合金盖体面积，具体通过如下公式确定：
铝或铝合金盖体的热阻为
Figure GDA0002932522680000071
玻璃盖体的热阻为
Figure GDA0002932522680000072
k1为铝或铝合金盖体的导热系数；
A1为铝或铝合金盖体的导热面积；
k2为玻璃盖体的导热系数；
A2玻璃盖体的导热面积，即锅盖的设计可视面积；
Δx1铝或铝合金盖体的设计厚度；
Δx2玻璃盖体的设计厚度；
Figure GDA0002932522680000073
在锅盖的设计可视面积确定时，铝或铝合金盖体的导热面积越大，根据公式
Figure GDA0002932522680000074
Q为热量，ΔT为内外表面的温差，R为热阻，铝或铝合金盖体的热阻越小，传热越快，玻璃盖体在导热过程中，内表面的热量会向其周围热阻更小的铝合金盖体传递，通过设置波浪状铝合金盖体，使得手柄周围玻璃盖体温度保持的安全温度，不会烫伤人手，其中L1＝1.5-2L2，其中，L1为波浪状铝合金盖体拉伸为平直状态时的长度，L2波浪状铝合金盖体为传统光滑状态时的长度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.锅坯处理
将金属片材层叠后通过冲压拉伸为锅坯，然后对锅坯进行除油、清洗、烘干；
S2.喷砂处理
利用自动喷砂机对锅坯的内表面进行喷砂处理以增加表面附着力；喷砂材料为36目棕刚玉，喷砂时工作气压为0.4-0.6MPa，喷砂处理后锅坯内表面粗糙度≥2.5μm；
S3.对锅坯的内表面进行热喷涂处理，以提升锅坯内表面耐磨性，抗腐蚀性，包括：
S3.1热喷涂铝形成铝涂层，厚度为35-45μm；
S3.2热喷涂钛形成钛涂层，厚度40-55μm；
S3.3对锅坯内表面进行砂光处理；
S3.4对锅坯进行清洗；
S4.利用步骤3中的喷砂处理方式处理锅坯外表面；
S5.对锅坯内外表面进行气体氮化处理以提高内外表面耐磨性，其中氮化处理温度为450-470℃，处理时间为4-5h；
S6.制备陶氟石涂料
S6.1利用硅烷、二元醇、添加剂对氟树脂进行改性处理得到改性氟树脂，置于第一温度55℃下，持续时间2h，置于第二温度80℃，持续时间90分钟；
S6.2对陶瓷涂料进行改性处理，将所述改性氟树脂混合(三氟甲基)三甲基硅烷、氧化硅、硅油以及乙酸，在40-50℃温度下充分混合4小时得到改性陶瓷涂料；
S7.对锅坯内外表面喷制备的所述改性陶瓷涂料和改性氟树脂，增加表面耐磨性和不粘性，包括如下步骤；
S7.1在所述氮化处理后温度冷却至120-180℃时喷所述改性陶瓷涂料形成改性陶瓷涂层
S7.2对改性陶瓷涂层表面进行烧结，烧结温度240-300℃，烧结时间6min；
S7.3在所述改性陶瓷涂层外表面继续喷所述改性氟树脂形成改性氟树脂涂层；
S7.4对改性氟树脂涂层表面进行烧结，烧结温度320-350℃，时间10-12min；
所述改性陶瓷涂层和改性氟树脂涂层形成的陶氟石涂层厚度为32-36μm；
S8.包装入库。
2.根据权利要求1所述的一种具有陶氟石涂层的炊具生产工艺，其特征在于：其在步骤S8之前还包括生产锅盖，其中所述锅盖包括锅把手、玻璃盖体、铝或铝合金盖体，锅把手设置在玻璃盖体上，玻璃盖体的设置有助于使用者及时观察到锅内食物烹煮情况，玻璃盖体与铝或铝合金盖体呈同心圆布置，铝或铝合金盖体位于玻璃盖体远离圆心的一侧，玻璃盖体与铝或铝合金盖体为插接方式连接，铝或铝合金盖体截面为波浪形，所述锅盖生产工艺包括如下步骤：
确定玻璃盖体和波浪形的铝或铝合金盖体面积，具体通过如下公式确定：
铝或铝合金盖体的热阻为
Figure FDA0002932522670000021
玻璃盖体的热阻为
Figure FDA0002932522670000022
k1为铝或铝合金盖体的导热系数；
A1为铝或铝合金盖体的导热面积；
k2为玻璃盖体的导热系数；
A2玻璃盖体的导热面积，即锅盖的设计可视面积；
Δx1铝或铝合金盖体的设计厚度；
Δx2玻璃盖体的设计厚度；
Figure FDA0002932522670000023
在锅盖的设计可视面积确定时，铝或铝合金盖体的导热面积越大，根据公式
Figure FDA0002932522670000024
Q为热量，ΔT为内外表面的温差，R为热阻，铝或铝合金盖体的热阻越小，传热越快，玻璃盖体在导热过程中，内表面的热量会向其周围热阻更小的铝合金盖体传递，通过设置波浪状铝合金盖体，使得手柄周围玻璃盖体温度保持的安全温度，不会烫伤人手，其中L1＝1.5-2L2，其中，L1为波浪状铝合金盖体拉伸为平直状态时的长度，L2波浪状铝合金盖体为传统光滑状态时的长度，且锅盖尺寸小于所述锅坯尺寸。
3.一种具有陶氟石涂层的炊具，其特征在于，所述炊具由权利要求1-2任一项所述的生产工艺制成。
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