CN1348839A - 涂布基片的方法和相应的设备 - Google Patents

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Abstract

一种利用热固树脂材料涂敷薄板材料的方法和设备。在特定示例中,提供第一和第二不同的感应炉,被涂敷的薄板进入并通过第一炉,然后再进入和通过第二炉。第一炉的温度低于第二炉的温度,所以在第一炉中,获得挥发性材料的排出气体,然后在第二炉中,在更高的温度下,增强了交联转换率。

Description

涂布基片的方法和相应的设备
发明领域
本发明涉及一种将涂料涂布在基片上的方法和相应的设备。具体地说，本发明涉及利用第一和第二快速和选择性加热区域，以有效地在一连续运动的薄板上、带材上或板材上提供一高光泽的涂层。
发明背景
液体辊涂布线是众所周知的，通过利用辊筒涂层机，可以将溶剂或水基油漆/涂料涂布到金属带材上。不幸的是，环保规则已经制定，从溶剂密封和焚化系统的角度出发，这种涂层线的成本太高。此外，为了使用这种系统有效地工作，涂层的厚度受到有限的限制。
因此，对带材的粉末涂敷已经被研究，通常涉及静电地将带电干燥塑料粉末涂布在带材上，然后使带有粉末的带材通过一对流烘箱，在所述烘箱内，粉末被熔化并通过交联过程而被固化(cured)。美国专利US5,439,704介绍了一种粉末涂布系统，该专利的内容被结合到本发明中。在本申请中，图1来自专利’704。
如’704专利的图1所示，粉末涂布系统包括输入区域1、粉末涂布槽3、加热腔5、淬火腔(quench)7和输出区域9。当金属带材11被加工时，所述带材悬挂地通过进口辊13和悬链辊15之间的槽3和加热腔5。当被涂敷粉末的带材11离开槽3之后，带材进入加热腔5。带材11上的热固树脂粉末材料被熔化并固化成涂层。固化过程涉及热固树脂塑料的分子链的交联，以形成最终的硬化的材料。在’704专利的一个示例中，在475°F下，被涂敷了聚酯混合粉末的带材被保持在加热腔5内25～30秒。
不幸的是，已经发现普通的加热处理由于一些原因而不受欢迎。此外，在固化之前，热固树脂材料内的气体不能逃逸，最终产品上可能出现“橙皮效果”，因此具有班驳的表面(也就是颠簸的表面)。当涂敷了粉末的金属带材被加热的太快被加热到过高的温度时，可能出现上述情况。已经发现普通的加热炉不适合于精确地控制被涂敷的热固树脂材料的温度。对流烘箱也经受太多的脏物。
如上所述，该领域明显出现这样的需求，即需要一种改进的用于对连续运动的带材(卷钢、卷铝、纤维、板材等等)进行涂布的方法。本领域也需要一种改进的加热和/或固化热固树脂材料的方法，以便获得优异的最终产品。本发明的目的是实现上述任何一种和/或所有需求，通过阅读本申请文件，本领域技术人员能够实现上述目的。
发明概要
本发明的一个目的是提供一种有效的用热固树脂涂布连续运动的薄板、带材或板材的方法。
本发明的另一个目的是利用相邻的第一和第二快速反应箱/炉，以便对涂敷在连续运动的材料上的热固树脂材料进行有效的加热和固化。所述炉最好包括能够快速地反应的感应炉和红外线炉，允许准确地选择和控制热固树脂材料的加热。
本发明另一个目的是提供一种有效的将热固树脂材料涂布在钢、铝、别的类型金属、纤维和类似物品上以获得期望厚度的方法和设备。
本发明另一个目的是用此方式加热涂布在连续运动的基片上的热固树脂粉末材料，因此所获得的被涂敷的(被油漆)产品具有高的光泽。
本发明另一个目的是提供一种方法，用于用热固树脂粉末涂布一运动的基片，将被涂敷的见片加热到第一温度，此后将被涂敷的基片加热到更高的第二温度，以便获得一优异的最终被涂敷的产品。
本发明另一个目的是实现上述任何一种和/或所有目的。
通过提供一种包括如下步骤的方法，本发明实现了上述任何一种和/或所有需求和/或目的。所述方法包括如下步骤：
将热固树脂粉末涂料静电学地施加到连续运动的基片的至少一个主表面上，因此提供了一被热固树脂涂敷的基片；
将被热固树脂涂敷的基片送进第一感应炉，并在第一感应炉中将基片和热固树脂粉末涂层加热到足以基本上熔化热固树脂粉末的第一温度；
将被热固树脂涂敷的基片从第一感应炉中取出并放入第二感应炉中，并在第二感应炉中将基片和热固树脂涂层加热到第二温度，足以实现热固树脂的基本上交联，第二温度高于第一温度；
将具有被固化的热固树脂涂层的基片从第二快速反应炉中取出，送到一淬火区域用于淬火。
附图摘要
下文将结合附图对本发明所推荐的示例进行详尽的描述。
图1是一种众所周知的粉末涂敷系统的侧视图；
图2是一说明本发明示例的流程图；
图3(a)是一基片(例如卷材)的侧横截面视图，根据这个示例，显示了在加热之前，用热固树脂粉末初步涂敷了基片；
图3(b)是一侧横截面视图，显示图3(a)中被涂敷的基片已经经过热处理；
图4是一图表，表示涂敷在薄板上的热固树脂粉末材料的交联转换率(％)是温度和时间的非线性函数；
图5是一图表，表示已经与下面的薄板一起通过感应箱/炉的热固树脂粉末材料的交联率是时间的函数，所述薄板在感应炉中被加热到230℃；
图6是一类似于图5的图表，除了位于热固树脂粉末材料下面的薄板被加热到280℃之外。
图7是一图表，说明了第一和第二感应箱/炉对涂敷有符合本发明所推荐示例的热固树脂粉末材料的金属薄板/带材所进行的热处理，第一炉将薄板加热到第一温度，第二炉将薄板加热到更高的温度，以实现固化；
图8是一光泽(60度)与金属峰值温度(℃)对比曲线，表示所涂敷产品的光泽是下面的薄板和/或热固树脂的峰值温度的函数。
优选实施例说明
参考附图，相同的附图标记在几个图中表示相同的温度。
图2是一流程图，用于说明根据本发明所推荐示例，被涂敷的薄板、带材或板材的产品如何被形成。初始阶段，一卷带材(例如钢、铝、别的金属、纤维、木材等等)可以在21处被提供。一输送机向前输送薄板/带材，使之通过一粉末涂敷室或腔23。在腔23内，利用静电方式，将热固树脂粉末材料堆积在至少薄板的一个主表面上。这种粉末可以采用美国专利US5,769,276、5,695,826和/或5,439,704中任一个专利所描述的方式静电堆积，这些专利所介绍的技术被结合在本发明中。可以在腔23内堆积在薄板上的一种热固树脂粉末材料可以是Rougemsc BBF5 SG106/1，它可从法国的Herberts Bichon购买到。
离开粉末涂敷腔23之后，连续移动的被涂敷的带材向前进入确定了1号加热区的第一感应炉/箱25。第一感应炉/箱25将下面板和热固树脂涂层加热到足以熔化热固树脂的温度。在该温度下，易挥发材料例如水、粉末成分和反应气体被排出。从箱25，带材向前进入相邻的确定了2号加热区的第二感应炉/箱27。箱25和27之间的距离应该在被涂敷的颗粒进入第二箱之前足以允许易挥发材料被排空或去气。在第二感应炉27中，下面板和热固树脂涂层被加热到第二更高的温度，以便实现涂层的固化。在特定的示例中，薄板在第二炉中被加热的温度至少比第一炉中高10℃，最好至少高20℃。需要指出的是，术语箱和炉在这里被可互换地使用。我们更喜欢箱25和27能够快速地响应要求，即可以将基片和粉末加热到所选择的温度，以实现所追求的结果，也就是熔化粉末或交联去气的熔化的粉末。我们更喜欢感应炉25和27，虽然在一定的情况下，特定的红外线炉可以被使用。
离开第二炉27之后，被涂敷的带材进入淬火腔或区域29，在此处，用水或类似物质喷射薄板/带材，以便快速地冷却。在一些示例中，淬火腔29包括一外壳，用于支撑多个包括头部的喷嘴(例如看图1)，所述喷嘴直接向热的被涂敷的带材喷射冷却液。在另一个示例中，被涂敷的带材可以被空气冷却。在冷却区域29内，被涂敷的带材的温度被降低100～120°F。离开冷却区域29之后，冷却后的被涂敷的带材向前进入干燥站31，在此处，利用空气刀/喷嘴或类似产品将带材吹干。由此获得的产品是涂敷(被油漆)有热固树脂材料(看图3(b))的薄板(例如钢板)。
图3(a)显示了一种具有热固树脂粉末材料35涂层的金属板33，图3(a)显示的是离开涂敷腔23但是在到达第一感应炉25之前的被涂敷的产品。被加热和固化之后，离开第二感应炉27的被涂敷的产品如图3(b)所示，它包括被固化的至少形成在下面板33的一个主表面上的热固树脂涂层37。参考图3(a)和3(b)，在加热之前，热固树脂粉末材料35的厚度可以是10～500μm(最好是200～300μm厚)。然而在加热期间，涂层变薄，所以最终的固化的涂层37的厚度比初始粉末涂层35的厚度薄很多。最终的固化的涂层37的厚度可以是5～80μm，最好是30～50μm。
本发明的特定示例实现了温度和热固树脂交联转换之间的非线性关系，以获得具有高光泽和适度光滑表面的特性的最终被涂敷的产品。图4是一个转换百分率(％)与时间(分钟)对比和时间与温度(℃)对比的曲线，说明了热固树脂粉末涂敷材料的转换率或百分率既不是温度的非线性函数也不是时间的非线性函数。例如曲线39表示，被热固树脂涂敷的钢板前进通过一感应箱/炉并被加热到210℃，曲线41表示被同样类型的热固树脂涂敷的钢板通过一感应箱/炉并被加热到220℃，曲线43表示被同样类型的热固树脂涂敷的钢板通过一感应箱/炉并被加热到230℃等等。交联转换(也就是热固树脂交联发生数量)和温度之间的非线性关系是清楚的。
需要指出的是，图4～8所示的温度是下面的钢板的金属或基片温度，在所述下面的钢板上有热固树脂涂层。可以假定，热固树脂涂层材料至少部分地与下面的钢板具有相似的温度。不同类型的薄板(也就是金属、纤维)可以被加热到不同的温度。
根据本发明的特定的示例，当转换斜率相对低的第一级别时(也就是不很陡)，这种非线性的关系被实现，在1号加热区域对热固树脂进行脱气，因此，将热固树脂的温度提高到一更高的级别，以实现固化。确保了气体和/或别的易挥发性材料在最终固化之前脱离热固树脂，因此，获得一改善的被涂敷的产品。
图5是一转换(％)与时间(分钟)、时间与温度(℃)的对比图表，显示通过一感应炉的粉末热固树脂的转换率，此时下金属板被加热到230℃。被涂敷的薄板进入感应炉时的温度小于40℃，但是被很快地沿斜线45加热到230℃，被涂敷薄板的温度230℃沿线47被保持直到点49为止，当被涂敷的薄板离开炉，它的温度如图5所示下降。由于被热固树脂涂敷的薄板的温度沿线45被升高并达到接近230度，热固树脂涂层的交联转换率开始沿线53升高，所以，随着加热的热固树脂通过炉子，交联连续。需要指出的是，当被涂敷的物品刚进入炉子时，交联并不发生，但是当热固树脂被加热到120℃之后，开始交联。在炉子中大约0.10分钟(大约6秒)之后，如图5所示，大约50～60％的热固树脂已经交联了，同时很多气体和别的挥发性材料已经离开。
图6显示，当被热固树脂涂敷的薄板被加热到一更高的温度时，在与图5所示的用于实现热固树脂交联的时间相同的时间内转换曲线/率明显高。如图6所示，被涂敷的薄板温度沿直线55上升到直线57处的大约280℃。被提高的温度被保持大约0.02分钟～0.10分钟。如图6所示，设置这个增高的温度，被涂敷的带材在炉中停留大约0.10分钟，热固树脂材料几乎100％的被交联了。与热固树脂被加热到图5所示温度相比，这种转换速率更快了。如果热固树脂(和被涂敷的薄板)沿图6所示的斜线被初始很快地加热到280℃，大量的气体和/或别的挥发性材料将不能在快速地最终的固化之前逃逸。一旦挥发性材料不能逃逸，被固化的产品的表面将具有班驳的外观，即众所周知的“橙皮”。表面将没有经常寻求的高光泽。
参考图2和图7，将介绍本发明的一个示例。首先，例如提供一卷钢板，所述钢板被连续地移过图2所示的站。板材被送进涂敷腔/池23，在此，热固树脂粉末材料被静电地堆积在板材的至少一个主表面上。被涂敷的板材被送进第一感应炉25。如图7所示，第一感应炉25将被涂敷的板材加热到大约220℃(最好是190～250℃，最佳是被加热到210～230℃)，如61所示。温度足以熔化热固树脂粉末，但是不足以实现快速地或基本的粉末交联。被涂敷的板材通过第一感应炉大约花费0.10分钟(也就是大约6秒)，如图7所示(最好是4～20秒)。当被涂敷的板材到达第一加热区域的末端(也就是第一感应炉/箱的末端)时，发生大约10～65％的交联转换，最好是发生25～60％转换，如图7所示，最佳是发生40～55％的转换。图7中的线69显示了热固树脂涂层的交联曲线/速率。
在所推荐的示例中，如图7所示，在第一炉25中，热固树脂转换％在大约0.09分钟时间内上升速率大约低于55百分(％)点，最好的是在大约0.09分钟时间内上升速率大约低于50百分(％)点，最优选为在大约0.09分钟时间内上升速率大约低于或等于45百分(％)点。这种相对慢的转换速率可使热固树脂在最终固化之前提到充分地除气。
在离开第一感应炉25之后，被涂敷的物品(包括部分固化的热固树脂涂层)立刻进入第二感应炉27。第二炉27沿线65将部分被固化的热固树脂涂层加热到温度63，该温度大于第一炉中的温度。为了最终固化热固树脂涂层，第二炉将被热固树脂涂敷的薄板所加热到的最高温度是230～290℃，最好最高温度是260～280℃。如图7所示，在第二炉中，由于增高的温度，在不到0.10分钟的时间内，热固树脂的交联百分比从大约45％升高到大约95％(比第一去气炉更快的转换速率)。
在所推荐的特定示例中，如图7所示，在第二炉27中，在大约0.05分钟(也就是3秒)内，热固树脂的转换％上升到速率到少达到35百分(％)点。较好的是在第二炉27中，在大约0.05分钟(也就是3秒)内，热固树脂的转换％上升到速率到少达到30～60百分(％)点，最好是在大约3秒内上升到40～50百分(％)点。因此，如图7所示，热固树脂转换与时间对比的斜率明显的比第一炉25内的陡。
在某个示例中，第二感应炉27控制热固树脂的温度，所以，如图7内63所示，热固树脂的温度缓慢下降。最终，在第二炉内，被涂敷的薄板的温度可能下降到240～260℃，如图7所示，最好是大约250℃。
当被涂敷的物品离开第二炉时，至少90％的热固树脂材料已经交联了，如图7所示，最好是几乎100％。随着热固树脂在较低的温度下通过第一炉25并在最终固化之前，由增高第二炉内热固树脂的温度引起的转换速率69的增加确保气体和其它挥发性材料从热固树脂中逃逸。第一和第二加热区域的温度的不同允许交联缓慢地开始，然后当大量的去气之后，一旦被涂敷的物品进入第二炉，交联速率增加。
在本发明所推荐的示例中，其上载有被涂敷的物品的输送带以每秒200～600英尺的速度连续移动，速度最好是每秒250～600英尺，最佳是每秒300～500英尺。利用上述的背对背双感应炉或加热区域，可以获得更快的输送带速率。
图8显示光泽是热固树脂和/或下面的金属薄板的峰值温度的函数。因此，金属薄板的峰值温度可以在第二炉内控制，所以，优化的光泽级别被获得，符合ASTM标准D523、DIN67530、ISO2813。使用10英寸宽、0.28英寸厚的钢板，在钢板上涂敷Herbert的白热固树脂，进行图8的测量。使用BYK Gardner MicroTri-Gloss Model 4520在60度角的情况下测量光泽数据。优化的峰值温度是材料的特性并作为下面钢板材料和热固树脂材料的函数而改变。例如，对于图7中所使用的材料，优化的金属薄板的最大温度大约是270℃(也就是270℃±10℃)。
在本发明的特定示例中，一种快速固化催化剂可以被提供到热固树脂材料中，催化剂可以被选择，所以，它不能开始显著地增加交联，直到经过炉27的被涂敷的物品达到温度为止。
根据本发明的特定示例，炉25和27最好是感应炉。这些感应炉/箱可以是美国专利US5,901,170、5,578,233、5,469,461、5,472,528所显示/介绍的感应炉/箱中的任何一种，这些专利和任何一种众所周知类型的感应炉都被结合在本发明中。通过微调供给炉线圈的电流和电压，感应炉确保准确地控制热固树脂和下面板的温度。供给炉25和27的电流的相位调制可以被用于微调温度。例如感应类型炉的温度控制优于对流烘箱和红外炉的控制。
以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。所以一切如此改动和修正也包括在此发明中，因此它们在权利要求书的保护范围内。

Claims (14)

1.一种制造被涂敷的物品的方法，包括如下步骤：
将热固树脂粉末涂层材料静电学地施加到连续运动的基片的至少一个主表面上，而提供一被热固树脂涂敷的基片；
将被热固树脂涂敷的基片送进第一快速反应炉，并在第一快速反应炉中将热固树脂粉末涂层加热到足以熔化热固树脂粉末的第一温度；
将被热固树脂涂敷的基片从第一快速反应炉中取出并放入一快速反应炉中，并在第二快速反应炉中将热固树脂粉末涂层加热到第二温度，足以实现热固树脂的基本上交联，第二温度高于第一温度；
将具有被固化的热固树脂涂层的基片从第二快速反应炉中取出，送到一淬火区域用于淬火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括从由感应炉和红外线炉构成的组中提供第一和第二快速反应炉的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：包括提供一感应炉作为快速反应炉的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：还包括这样的步骤，在第二感应炉中，将热固树脂涂层加热到比在第一感应炉中热固树脂涂层被加热的最高温度到少高大约30℃的温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述静电地施加步骤包括直接将涂料施加在基片的至少一个主表面上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一温度大约是210～230℃，第二温度大约是260～280℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在第二快速反应炉中将热固树脂涂层加热到第二温度的步骤包括，在第二炉中，导致热固树脂涂层的交联百分比在少于大约0.10分钟内从大约45％升高到至少大约95％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在第二快速反应炉中将热固树脂涂层加热到第二温度的步骤包括，导致热固树脂的转换百分比以在大约0.05分钟内升高至少大约35百分点的速率升高。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在第二快速反应炉中将热固树脂涂层加热到第二温度的步骤包括，导致热固树脂的转换百分比在第二炉内以在大约0.05分钟内从约35～60百分点的速率升高。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在第二快速反应炉中将热固树脂涂层加热到第二温度的步骤包括，导致热固树脂的转换百分比在第二炉内以在大约0.05分钟内从约40～50百分点的速率升高。
11.一种制造被涂敷的物品的方法，包括如下步骤：
将热固树脂粉末涂层材料静电学地施加到连续运动的薄板的至少一个主表面上，而提供一被热固树脂涂敷的薄板；
将被热固树脂涂敷的薄板送进第一感应炉，并在第一感应炉中将热固树脂粉末涂层加热到足以熔化热固树脂粉末的第一温度，并获得热固树脂交联的第一比率；
将被热固树脂涂敷的薄板从第一感应炉中取出并放入第二感应炉中，并在第二感应炉中将热固树脂粉末涂层加热到第二温度，并获得高于第一比率的热固树脂交联的第二比率，第二温度高于第一温度，因此，在第二感应炉中，固化热固树脂涂层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在第二感应炉中，将薄板加热到一个温度，该温度比薄板在第一感应炉中被加热到的最大温度高至少约30℃。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述静电地施加步骤包括直接将涂料施加在薄板的至少一个主表面上。
14.一种用于制造一种被涂敷的物品的系统，包括：
a)一用于静电地将热固树脂粉末施加到一基片上的腔室；
b)第一和第二间隔分布的可操作地与所述腔室相关的快速反应炉，所述第一炉用于将基片和其上的粉末加热到足以熔化粉末的第一温度，所述第二炉将基片加热到高于第一温度的第二温度，以便实现粉末的交联；
c)所述第一和第二炉间隔分布，以允许在第一炉中被熔化的粉末在进入第二炉之前被去气(degassed)；和
d)在所述第二炉下游的淬火站，用于淬火交联的粉末。
CN01125469A 2000-06-29 2001-06-29 涂布基片的方法和相应的设备 Pending CN1348839A (zh)

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