CN114652157A - 锅具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锅具及其制造方法，所述锅具的锅体基材的外表面涂覆有包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的隔热涂层。通过上述锅具，能够在不显著增加锅体基材的厚度的情况下，降低锅具的热传递速度，使受热更加均匀。
Description
技术领域
本发明涉及厨具领域，更具体地涉及一种锅具及其制造方法。
背景技术
现有的无油烟锅具通常通过降低导热性能的方式实现炒菜过程中温度低，不产生油烟的目的。可以通过选择低热导率锅体材料和增加锅具厚度的方式来实现。然而，这存在一些缺点。例如，铁锅、不锈钢锅热导率较低，但密度大，超过1mm厚度就会导致锅体重，影响端握，而铝锅热导率高，密度低，需要做得很厚(例如，3.5mm以上)，这也会导致锅体很重。
发明内容
因此，本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，更具体地，本发明旨在提供一种能够有效实现无油烟效果并且同时不显著增加锅具厚度的锅具及其制造方法。
根据本发明的一方面，提供一种锅具，所述锅具的锅体基材的外表面涂覆有包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的隔热涂层。无机多孔材料、树脂例如：硅藻土、膨润土、羊甘土、蒙脱土、活性土、高岭土、石墨、环氧树脂、硅树脂等，无机多孔材料、树脂具有良好抗氧化性、密度小、导热系数低的特点，一方面低的导热系数会降低热量在隔热涂层或阻热涂层上的传导，另一方面，多孔材料本身具有非常多的内部孔隙，静止的空气热导率最接近真空状态，大量空气的存在会进一步降低隔热涂层的导热率。因此，可选择无机多孔材料和树脂来作为降低锅具热传递速度的材料，然而，无机多孔材料密度低、熔点高、结合强度差且高温熔融会破坏其多孔结构，树脂类材料不耐高温，高温下会融化、变性、分解，故而两类材料均无法直接用于热喷涂形成涂层。本发明提出采用金属(例如，铁、钴、镍等)对无机多孔材料或树脂进行包覆而形成包覆粉体材料，然后再利用该包覆粉体材料进行热喷涂，热喷涂的过程中粒子外表面的金属包覆层(例如，铁、钴、镍等)融化，整个过程时间短，故而作为芯核材料的无机多孔材料或树脂不会发生变化，因此金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料可以作为优异的隔热涂层材料而涂覆在锅具的锅体材料上，这不仅能够充分利用无机多孔材料或树脂的优异性能以及低热导率性能，而且可以借助于金属包覆层实现涂覆，这与传统锅具相比，能够在不显著增加锅体基材的厚度或重量的情况下，降低锅具的热传递速度，使受热更加均匀。
优选地，所述隔热涂层可以为第一隔热涂层，所述锅具的锅体基材的内表面可以涂覆有包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的第二隔热涂层，所述第一隔热涂层上可以涂覆有耐高温漆涂层，所述第二隔热涂层上可以涂覆有不粘涂层。通过在锅体基材内表面上的隔热涂层上涂覆不沾涂层，可以增加锅具的不粘性，并且在锅体基材外表面上喷涂耐高温漆涂层，从而使锅具更耐高温，避免锅具因受过高的温度而升温过高。
优选地，所述金属可以为铁、镍或钴，所述无机多孔材料可以为硅藻土、膨润土、羊甘土、蒙脱土、活性土、高岭土或石墨，所述树脂可以为环氧树脂或硅树脂。
优选地，在所述锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的第一高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的膜厚可以分别为50μm至200μm，在所述锅具的在高度上距底部40mm以上的第二高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的膜厚可以分别为30μm至50μm。针对不同的陶瓷粉末隔热涂层的涂覆范围，来调节陶瓷粉末隔热涂层的膜厚，能够使陶瓷粉末隔热涂层的利用率最优化。例如，在锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的高度范围内，即，锅具的底部和下部，这部分距火源较近，因此喷涂的隔热涂层较厚，在锅具的在高度上距底部40mm以上的高度范围内，即锅具的中部或上部，这部分距离火源较远，隔热涂层相比较而言较薄，这充分优化隔热涂层的涂覆，有效降低锅具成本。另外，可以针对不同的锅形状、容量、功能等来调节隔热涂层的涂覆范围。一方面确保优异的涂层隔热性能以及涂层稳定性(例如，避免涂层崩落风险)，另一方面不过多影响烹饪效率。
根据本发明的另一方面，提供一种锅具的制造方法，所述制造方法包括：制备锅体；利用热喷涂工艺在锅体的锅体基材的外表面上喷涂包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料以形成第一隔热涂层。
优选地，所述制造方法可以包括：利用热喷涂工艺在锅体的锅体基材的内表面上喷涂包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料以形成第二隔热涂层；在所述第二隔热涂层上喷涂不沾涂层，并且在所述第一隔热涂层上喷涂耐高温漆涂层。
优选地，所述金属可以为铁、镍或钴，所述无机多孔材料可以为硅藻土、膨润土、羊甘土、蒙脱土、活性土、高岭土或石墨，所述树脂可以为环氧树脂或硅树脂。
优选地，所述热喷涂工艺可以为等离子喷涂工艺。通过等离子喷涂工艺，能够实现涂层均匀、氧化少的有益效果。此外，利用等离子喷涂工艺在所述锅体的锅体基材的外表面和内表面上分别喷涂包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料以形成所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的步骤可以包括：(1)对所述锅体基材的待喷涂的表面进行喷砂处理；(2)将200目至500目的金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料装入送粉器，在200目至500目的粒度范围下，粉体材料的流动性好，便于涂覆；(3)在送粉速度为10g/min-40g/min，喷涂距离为140mm至160mm、电弧电流为450A-650A、氢气压力为0.4MPa-0.9MPa、氢气流量为5L/min-10L/min、氩气压力为0.4MPa-0.9Mpa、氩气流量为35L/min-80L/min的条件下进行喷涂。在这些参数下，等离子喷涂装置枪口处的高压等离子焰流能够将金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料加热至熔融，然后沉积在锅体基材的表面上，从而形成隔热涂层。
优选地，在所述锅具的第一高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层可以具有第一膜厚，在所述锅具的第二高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层可以具有与所述第一膜厚不同的第二膜厚。
优选地，在所述锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的第一高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的膜厚分别为50μm至200μm，在所述锅具的在高度上距底部40mm以上的第二高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的膜厚分别为30μm至50μm。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的锅具的局部截面图；以及
图2示出了金属镍包覆芯核材料而形成包覆粉体的示意图。
附图标记说明：
1-锅体基材；2-第二隔热涂层；3-第一隔热涂层；4-不粘涂层；5-耐高温漆涂层。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明的技术构思，下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的部件。
家庭用无油烟锅之所以具有无油烟效果，是在一定的时间内将锅底温度控制在220℃以内，因为普通食用油的裂解温度是220℃～240℃，只要锅底超过这个温度就一定会产生油烟。
锅具传热方式主要是热传导，由平壁热传导公式：
其中，Q-传热量；λ-材料导热系数；b-壁厚；S-传热面积；t1-高温面温度；t2-低温面温度；
公式(1)变形可知
因为此模型仅研究温度沿平板厚度方向变化，将公式(2)简化为单位面积平板传热(令S＝1)，将传热量Q用传热速率q和传热时间T来表示可得以下公式：
由公式(3)可知：外热源加热锅底，其中t2为锅底内壁温度，t1为锅底外壁温度，公式左边的物理意义是升温速率，公式右边与锅体设计有关的变量有锅底厚度、锅底面积、锅体材料导热系数。采用单一变量法可知，其他参数不变，b越大(即锅底厚度越大)，t2越小(相同加热时间锅内壁温度越低)；λ越小(采用导热系数越低的材料)，t2越小(相同时间内锅内壁温度越低)。
本发明提出在锅体基材的内外表面涂覆热导率低的隔热涂层，以降低热量传递速度，避免锅体温度过高，进而实现无油烟效果。
本发明提出在锅具的锅体基材的内表面和/或外表面涂覆包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的隔热涂层。如图1所示，本发明提出的锅具可以包括锅体基材1以及涂覆在锅体基材1的外表面上的包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的第一隔热涂层3和涂覆在锅体基材1的内表面上的包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的第二隔热涂层2。在此，锅体基材1为形成锅体整体形状的锅体主体材料，例如，锅体基材1可以包括铝、不锈钢、铁等。
无机多孔材料、树脂例如可以是：硅藻土、膨润土、羊甘土、蒙脱土、活性土、高岭土、石墨、环氧树脂、硅树脂等，无机多孔材料、树脂具有良好抗氧化性、密度小、导热系数低的特点，一方面低的导热系数会降低热量在隔热涂层或阻热涂层上的传导，另一方面，多孔材料本身具有非常多的内部孔隙，静止的空气热导率最接近真空状态，大量空气的存在会进一步降低隔热涂层的导热率。因此，可选择无机多孔材料和树脂来作为降低锅具热传递速度的材料，然而，无机多孔材料密度低、熔点高、结合强度差且高温熔融会破坏其多孔结构，树脂类材料不耐高温，高温下会融化、变性、分解，故而两类材料均无法直接用于热喷涂形成涂层。本发明提出采用金属(例如，铁、钴、镍等)对无机多孔材料或树脂进行包覆而形成包覆粉体材料，然后再利用该包覆粉体材料进行热喷涂，热喷涂的过程中粒子外表面的金属包覆层(例如，铁、钴、镍等)融化，整个过程时间短，故而作为芯核材料的无机多孔材料或树脂不会发生变化，因此金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料可以作为优异的隔热涂层材料而涂覆在锅具的锅体材料上。这不仅能够充分利用无机多孔材料或树脂的优异性能以及低热导率性能，而且可以借助于金属包覆层实现涂覆，这与传统锅具相比，能够在不显著增加锅体基材的厚度或重量的情况下，降低锅具的热传递速度，使受热更加均匀。
此外，金属包覆材料中的铁、钴或镍原子在交变磁场作用下可产生涡流，涡流使铁、钴或镍原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，使锅具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而实现电磁通用的效果。
如图2所示，可以将无机多孔材料和/或树脂作为芯核材料，以金属(例如，镍)作为包覆层，结合而成金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料或包覆粉体材料。
这种包覆粉体材料可以通过机械研磨法、水热法、化学镀法、溶胶凝胶法、形核法、固相反应法、喷雾热解法、化学气相沉积法等制得。
例如，可以通过水热法制备金属(以镍为例)包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料，该方法可以包括以下步骤：
(1)将合适粒径的芯核材料(即，无机多孔材料或树脂)和催化剂加入到镍盐溶液中，搅拌均匀，其中，芯核材料的粒度可以为6.5μm至25μm，即500目至2000目，在该范围内一方面可以完整保留材料的表面结构，另一方面制备成本低，容易实现包覆，另外，芯核材料的加入量可以为每升的溶液中100g，催化剂加入量可以为每升的混合液中50g，镍盐加入量可以为每升的混合液中710g，其余为纯净水，每100g芯核材料中加入催化剂材料可以为25g聚乙二醇、10g聚丙烯酰胺、10g蒽醌、5g水合肼，镍盐混合液为硫酸镍350g、硫酸铵180g、氨水180g。
(2)将溶液置于高压釜内通入氢气；
(3)在高温高压下，镍离子被还原成镍金属沉积在核心不粘粉末材料表面，得到不粘母粒材料，其中，高压釜压力可以为0.5-3MPa，优选为0.8-2MPa；氢气流量可以为0.1-2m3/h，优选为0.4-1m3/h；反应温度可以为130-250℃，优选为150-200℃。
在将金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料制备完成之后，可以利用热喷涂工艺将其喷涂到锅具的锅体基材的内表面和/或外表面上，热喷涂工艺可以包括等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂包芯丝。优选地，利用等离子喷涂，这可以使涂层均匀、氧化少。
例如，利用热喷涂工艺将金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料喷涂到锅具的锅体基材的内表面和/或外表面上的步骤可以包括：(1)对锅体基材的待喷涂的表面进行喷砂处理，以对基材表面进行预处理，清洗锅体基材表面，并且对基材表面进行粗糙化处理，以使后续喷涂的隔热涂层更加牢固地结合到锅体基材上；(2)将200目至500目的金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料装入送粉器，在200目至500目的粒度范围下，粉体材料的流动性好，便于涂覆；(3)在送粉速度为10g/min-40g/min，喷涂距离为140mm至160mm、电弧电流为450A-650A、氢气压力为0.4MPa-0.9MPa、氢气流量为5L/min-10L/min、氩气压力为0.4MPa-0.9Mpa、氩气流量为35L/min-80L/min的条件下进行喷涂。在这些参数下，等离子喷涂装置枪口处的高压等离子焰流能够将金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料加热至熔融，然后沉积在锅体基材的表面上，从而形成隔热涂层。
在此，在锅具的不同区域中，可以使隔热涂层的厚度不同。例如，在锅具的第一高度范围内(例如，离火源较近的部分)，锅具的锅体基材外表面上的第一隔热涂层和内表面上的第二隔热涂层可以具有第一膜厚，在锅具的第二高度范围内(例如，离火源较远的部分)，第一隔热涂层和第二隔热涂层可以具有与第一膜厚不同的第二膜厚，例如，第二膜厚可以小于第一膜厚。
更具体地，在锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的第一高度范围内，第一隔热涂层和第二隔热涂层的膜厚可以分别为50μm至200μm，在锅具的在高度上距底部40mm以上的第二高度范围内，第一隔热涂层和第二隔热涂层的膜厚可以分别为30μm至50μm。针对不同的陶瓷粉末隔热涂层的涂覆范围，来调节陶瓷粉末隔热涂层的膜厚，能够使陶瓷粉末隔热涂层的利用率最优化。例如，在锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的高度范围内，即，锅具的底部和下部，这部分距火源较近，因此喷涂的隔热涂层较厚，隔热涂层的膜厚可以控制在50μm至200μm，膜厚＜50μm时，电磁炉烹饪状态下底部磁通所产生的涡流效应较弱，所产生的功率无法达到加热和烹饪食物的温度，明火加热状态下由于涂层太薄无法很好的起到阻热的效果，膜厚＞200μm时，明火加热状态下，热能传输过慢，无油烟效果太好而影响烹饪效率，且过厚的涂层存在崩落风险，还增加了材料成本和工艺成本。在锅具的在高度上距底部40mm以上的高度范围内，即锅具的中部或上部，这部分距离火源较远，隔热涂层相比较而言较薄，这充分优化隔热涂层的涂覆，有效降低锅具成本，对于这部分，隔热涂层的膜厚可以控制在30μm至50μm，膜厚＜30μm时，工艺较难实现，膜厚＞50μm时，热量传输于距锅体底部40mm高度以上部分的热量较少，温度较低，导致锅具内表面温度分布不均匀，同时增加了成本。
另外，可以针对不同的锅形状、容量、功能等来调节隔热涂层的涂覆范围。一方面确保优异的涂层隔热性能以及涂层稳定性(例如，避免涂层崩落风险)，另一方面不过多影响烹饪效率。
在内外隔热涂层喷涂完成之后，可以进一步在锅体基材的内表面上的第二隔热涂层上喷涂不粘涂层(例如，氟涂料)，以增加锅具的不粘性，并且在锅体基材的内表面上的第一隔热涂层上喷涂耐高温漆涂层，以使锅具更耐高温，避免锅具因受过高的温度而升温过高，最终得到无油烟锅具。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本发明的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种锅具，其特征在于，所述锅具的锅体基材(1)的外表面涂覆有包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的隔热涂层。
2.根据权利要求1所述的锅具，其特征在于，所述隔热涂层为第一隔热涂层(3)，所述锅具的锅体基材(1)的内表面涂覆有包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料的第二隔热涂层(2)，所述第一隔热涂层(3)上涂覆有耐高温漆涂层(5)，所述第二隔热涂层(2)上涂覆有不粘涂层(4)。
3.根据权利要求1所述的锅具，其特征在于，所述金属为铁、镍或钴，所述无机多孔材料为硅藻土、膨润土、羊甘土、蒙脱土、活性土、高岭土或石墨，所述树脂为环氧树脂或硅树脂。
4.根据权利要求2所述的锅具，其特征在于，在所述锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的第一高度范围内，所述第一隔热涂层(3)和所述第二隔热涂层(2)的膜厚分别为50μm至200μm，在所述锅具的在高度上距底部40mm以上的第二高度范围内，所述第一隔热涂层(3)和所述第二隔热涂层(2)的膜厚分别为30μm至50μm。
5.一种锅具的制造方法，其特征在于，包括：
制备锅体；
利用热喷涂工艺在锅体的锅体基材的外表面上喷涂包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料以形成第一隔热涂层。
6.根据权利要求5所述的锅具的制造方法，其特征在于，包括：
利用热喷涂工艺在锅体的锅体基材的内表面上喷涂包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料以形成第二隔热涂层；
在所述第二隔热涂层上喷涂不沾涂层，并且在所述第一隔热涂层上喷涂耐高温漆涂层。
7.根据权利要求5或6所述的锅具的制造方法，其特征在于，所述金属为铁、镍或钴，所述无机多孔材料为硅藻土、膨润土、羊甘土、蒙脱土、活性土、高岭土或石墨，所述树脂为环氧树脂或硅树脂。
8.根据权利要求6所述的锅具的制造方法，其特征在于，所述热喷涂工艺为等离子喷涂工艺，利用等离子喷涂工艺在所述锅体的锅体基材的外表面和内表面上分别喷涂包括金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料以形成所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的步骤包括：
(1)对所述锅体基材的待喷涂的表面进行喷砂处理；
(2)将200目至500目的金属包覆无机多孔材料或树脂的粉体材料装入送粉器；
(3)在送粉速度为10g/min-40g/min，喷涂距离为140mm至160mm、电弧电流为450A-650A、氢气压力为0.4MPa-0.9MPa、氢气流量为5L/min-10L/min、氩气压力为0.4MPa-0.9Mpa、氩气流量为35L/min-80L/min的条件下进行喷涂。
9.根据权利要求6所述的锅具的制造方法，其特征在于，在所述锅具的第一高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层具有第一膜厚，在所述锅具的第二高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层具有与所述第一膜厚不同的第二膜厚。
10.根据权利要求9所述的锅具的制造方法，其特征在于，在所述锅具的底部以及在高度上距底部40mm以下的第一高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的膜厚分别为50μm至200μm，在所述锅具的在高度上距底部40mm以上的第二高度范围内，所述第一隔热涂层和所述第二隔热涂层的膜厚分别为30μm至50μm。
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