CN1430536A - 用于对移动的金属带材进行涂覆的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对移动的金属带材(1)进行涂覆的方法，其中使涂覆材料与该金属带材接触，金属带材达到这样一个温度，即，当将涂覆材料压在金属带材上时能够使涂覆材料附着在金属带材上，其特征在于，挠性的金属支撑带(6)以与带材相同的速度被引导通过一个与带材并排的实质上为直的路径，涂覆材料被引导到金属支撑带上直至其在带材和支撑带之间，金属支撑带在所述路径内被局部地压向金属带材，并且在施加压力的位置处设置用于使压力在金属支撑带的宽度上均衡的装置。

Description

用于对移动的金属带材进行涂覆的方法和装置
本发明涉及一种用于对移动的金属带材进行涂覆的方法，其中使涂覆材料与该金属带材接触，金属带材达到这样一个温度，即，当将涂覆材料压在金属带材上时能够使涂覆材料附着在金属带材上。在这里，术语“金属带材”的含意被理解为在被涂覆一种涂覆层后仍然可作为一种产品被加工和/或处理的金属带。
这种方法是已知的，涂覆材料包括薄膜材料、涂料或者漆。对金属带材进行两面涂覆也是已知的。
在这些已知方法中，利用辊子施加压力。在利用薄膜进行涂覆的情况下，薄膜片被引导到需要涂覆的带材(基体)和压辊之间。由于该薄膜被压在基体上，因此薄膜被加热并且接着附着在基体上。
在双面涂覆的情况下，两片薄膜以对称的形式被引导到基体上并且辊子将它们压在基体上。
基体(即，金属带)通常是利用轧制获得的。这可能会在带材的宽度上产生微小的厚度差(被称为凸度)。钢带的凸度大小可为2％-4％。这意味着，钢带的中心部分比侧边部分厚2％-4％。如果压辊是由尺寸刚性材料制成的，那么可能会沿着传递压力的接触线导致不均匀的压力分布。这可能会使与基体接触的压辊产生局部损坏。这还能够在基体和已附着在基体上的薄膜之间存在气泡，这是严重的质量缺陷。为了防止这样的情况发生，压辊通常设有一种类似橡胶的涂层，以使压力分布情况有所好转。
但是，这种已知方法具有严重的缺陷。带有类似橡胶的涂层的压辊开始接近加热薄膜的温度，从而存在薄膜材料还与该辊粘连的危险。在技术上，对压辊的类似橡胶的涂层表面进行单独冷却并不简单。
另一个缺陷是，金属带材(基体)的边缘使辊子的类似橡胶的涂层受损，这样限制了辊子的使用寿命。这会带来高的维修费用并且当更换压辊时会带来生产损失。可通过系统地涂覆较窄的金属带材来延长辊子的使用寿命。但是，这意味着，必须限制处理金属带材的次序，这在操作上通常是不希望的。当处理超薄薄膜材料或者剪切强度低的薄膜材料时，在已知的方法中可能会出现由于薄膜材料的撕裂或者折叠而导致的问题。这还能够导致严重的破坏或者高废品百分率。
已知方法在利用涂料或者漆涂覆基体方面还存在缺陷。
当一种基于热固性聚合物的涂料用在带有类似橡胶的涂层的压辊上时，该涂料可能附着在辊子上，这是由于类似橡胶的涂层过热而导致的。
利用本发明所涉及的新颖的方法能够避免已知方法的这些和其他缺陷。
因此，本发明涉及在导言中所描述的方法，其中挠性的金属支撑带以与带材相同的速度被引导通过一个与带材并排的实质上为直的路径，涂覆材料被引导到金属支撑带上直至其在带材和支撑带之间，金属支撑带在所述路径内被局部地压向金属带材，并且在施加压力的位置处设置用于使压力在金属支撑带的宽度上均衡的装置。
令人惊奇的是，已经发现，如果本发明所涉及的金属支撑带被压在带材上，金属支撑带在施加压力的位置处可完全依附金属带材的凸度并且在金属支撑带上的压力在其宽度上均衡。通过使金属支撑带在施加压力的位置处通过一个实质上为直的路径能够使其简化。这可使金属支撑带在施加压力的位置处具有优化的弯曲挠性。这样，能够获得没有气泡的金属带材(基体)的涂覆层。
在一个实施例中，利用压力施加装置能够使金属支撑带被局部地压向金属带材。利用压力施加装置能够部分地防止内含物。金属支撑带的引入能够防止压力施加装置和涂覆材料之间的直接接触。
为了将支撑带压向金属带材，最好使用与金属支撑带接触的辊。这确保压力局部地施加在金属支撑带的宽度上。金属支撑带的引入能够防止辊和涂覆材料之间的直接接触。
可以使用各种能够使压力在金属支撑带的宽度上均衡的装置。但是，根据本发明，用于使压力均衡的装置最好包括在辊上和/或在金属支撑带的面向辊的侧面上的类似橡胶材料的涂层。
金属支撑带可在其长度上被充分地冷却以防止涂覆材料与其粘连。该支撑带本身可被涂覆有一种类似橡胶的材料或者可使用一种涂覆有类似橡胶的材料的金属辊。在这两种情况下，可使类似橡胶的涂层被充分冷却。
在涂覆的压力施加辊的情况下，压力施加辊不与基体直接接触，从而使类似橡胶的涂层不会被基体的边缘损害。这能够大大地增加压力施加辊的使用寿命，从而能够增加所使用的装置的实用性。因此，生产计划不再需要考虑被涂覆的基体的宽度。
当处理一种超薄薄膜材料或者一种容易撕裂的薄膜材料时，这样的薄膜材料可在一个较早的阶段被沉积在金属支撑带上，从而使该薄膜材料被支撑带支撑直至与基体附着的位置处。
在一个实施例中，支撑带中支撑涂覆材料的侧面在实质上为直的路径内被局部地转移和压在带材上，从而在金属支撑带的实质上为直的路径中形成弯曲，而支撑涂覆材料的侧面位于弯曲的外侧。这确保带材可通过一个直的路径。
在一个实施例中，使涂覆材料在其被压到带材上时在施加压力的位置处附着于带材上。这确保在涂覆材料通过施加压力的位置之后不再需要使金属支撑带与涂覆材料还保持实质上直接接触。
这可通过在将金属支撑带压向金属带材之前使金属支撑带达到所述温度来达到。通过将涂覆材料压到带材上，涂覆材料被加热，从而附着在带材上。这确保涂覆材料附着在带材上而不与支撑带粘连。
根据本发明，该新颖的方法还特别适用于对金属带材(基体)进行两面涂覆，以与对第一侧面进行涂覆的类似的方式将涂覆材料涂覆在第二侧面上，并且施加压力的位置相对于带材是对称设置的。
已经注意到，本发明特别适于利用薄膜材料作为涂覆材料。在这种情况下，根据本发明，优选的一种涂覆材料包括一种聚合物薄膜。已经发现PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和聚烯烃特别适于作为涂覆的基底材料。
薄膜材料可以各种方式被沉积在金属支撑带上。例如，根据本发明，可在该支撑带通过与金属带材(基体)并排的路径之前利用压铸模具将熔融聚合物挤出到金属支撑带上来形成薄膜。但是，根据本发明，还可首先挤出一种薄膜，接着在薄膜被沉积在金属支撑带上之前使该薄膜被拉伸。对于基体的涂覆，可对本发明进行各种变型。
不同于首先形成一个薄膜的选择，根据本发明，还可从包括粘结剂的组中选择一种无溶剂材料，在该支撑带通过与金属带材并排的路径之前利用压铸模具将所述无溶剂材料挤出到金属支撑带上来形成一种三维网。
当该材料在施加压力处被加热时，该材料仅硬化以形成附着在基体上的一层涂料并且脱离金属支撑带。在这种情况下，挤出该材料的位置可与施加压力的位置处保持足够远的距离以避免设计和操作问题。
显然，根据本发明，可在基体的两个侧面上涂覆不同的涂覆材料，例如，两种不同的聚合物薄膜、不同类型的涂料或者在一个侧面上涂覆一种聚合物薄膜而在另一个侧面上涂覆一种涂料。
对在金属基体上涂覆的涂覆材料的选择已在专业文献中得到详细描述。为此，在这里不再对适用于该新颖的方法的涂覆材料进行详细描述。
已经注意的是，对于本发明所涉及的新颖方法，能够防止在施加在基体上的涂层下方形成气泡。利用金属支撑带是挠性的并且在施加压力的位置处通过一个实质上为直的路径，可使例如利用一个涂覆橡胶的辊施加的压力充分地均匀地分布，从而使金属支撑带实质上完全依附在基体表面中的不规则性。如果该效果仍然不足，那么根据本发明，还可在涂覆材料被压向金属带材之前，使金属支撑带与涂覆材料一起被引导通过一个气体封闭装置与金属带材。
根据基体的粗糙度，但特别是如果基体具有小孔或者小擦痕，当涂覆材料被压在其上时可能在基体中存在包含在其中的空气。这可能在最终的产品中形成气泡。如果气体封闭装置包括一个真空室，在涂覆材料被压在基体上之前在小孔或者小擦痕中的空气已经被抽出。这能够防止气泡的形成。
引入到和从真空室中排出以及保持真空可能会导致设计和操作问题。作为在气体封闭装置中保持真空的另一种选择，根据本发明，一种氦气氛围在超过大气压力的压力下被保持在所述气体封闭装置中被证明是有效的。如果在将涂覆材料压在基体上时包括一种氦气，那么已经发现，氦气可通过扩散容易地通过涂覆材料逸出。因此，不会在基体上的涂覆层下方形成气泡。通过在所述气体封闭装置内为氦气氛围提供一种略微超过大气压力的压力，可防止空气进入到气体封闭装置中。
已经注意到，金属支撑带比单个压辊更容易冷却。这部分是由于带的冷却面积大而导致的。最好，根据本发明，使金属支撑带和带有类似橡胶的涂层的辊保持在这样一个温度下，即，在使涂覆材料固定地附着在金属支撑带上的温度以下。
可以使用利用一个卷材开卷的金属支撑带。但是，根据本发明，在该方法中所用的金属支撑带最好是包括不锈钢带材的环形带。可仅利用一个带有类似橡胶涂层的辊对该带施压。该辊最好可被一个驱动的和冷却的钢支撑辊支撑。这样的压力不会使压力施加辊的轴弯曲。
已发现，根据本发明，该新颖的方法的优选操作条件是，如果金属支撑带被保持在10至120℃之间的温度下，那么类似橡胶的涂层的硬度在50至90肖氏硬度之间并且以与金属支撑带的接触线的在20至80公斤每厘米的作用力将辊压在金属支撑带上。
较好的操作条件是，如果金属支撑带被保持在30至75℃之间的温度下，那么类似橡胶的涂层的硬度在70至85肖氏硬度之间并且所选择的压力在30至60公斤每厘米的接触线作用力。
最好，金属支撑带应该被保持在涂覆材料不能附着在其上或者与其形成一种固定的粘接。如果涂覆材料是一种处于无定形状态的有机材料或者是一种热固性或者UV硬化的预聚物，那么金属支撑带的温度必须保持在涂覆材料的玻璃态转化温度Tg以下。
例如，当使用PET(其Tg＝75℃)，其温度最好必须保持在小于70℃下。如果涂覆材料是一种(半)结晶有机材料，金属支撑带的温度必须保持在涂覆材料的熔化温度Tm以下。例如，当使用一种聚丙烯PP(其Tm＝160℃)时，支撑带的温度最好必须保持在小于150℃下。
但是，该涂覆材料的温度必须仍然为该涂覆材料提供适应带材的微粗糙度的可能性，从而在涂覆过程中不包含空气。在这种情况下，涂覆材料用于获得带材的“真空附着”。
所需的最小温度是各种因素的一个函数，诸如涂覆材料的化学结构、其厚度、施加在支撑带上的初始温度和该支撑带的热焓。
如果一种涂覆材料(诸如一种薄膜)太冷，那么该薄膜不能保持与金属支撑带充分接触。这可能会使薄膜破裂或者折叠形成在基体的涂覆层上。
除了新颖的方法以外，本发明还涉及一种用于对移动的金属带材进行涂覆的新颖的设备，该设备包括可使被涂覆的金属带材前进的产品线。
根据本发明，该设备的特征在于，一个金属支撑带在一个生产线的上方被引导，所述生产线在一个驱动辊和多个导辊的上方，所述生产线包括与产品线并排移动的实质上为直的路径、用于将涂覆材料供给到该金属支撑带的生产线的一部分的装置，并且该设备设有沿着其实质上为直的路径与支撑带接触并且局部地将该支撑带压向产品线的压力施加装置，以及在施加压力的位置处设置用于使压力在金属支撑带的宽度上均衡的装置。
根据本发明，该新颖的设备可在金属带材的生产线的两侧采用双面设计形式。另外，该新颖的设备可设有用于实施上述方法的一个或者多个所述实施例的装置。
现将参照两个附图对本发明进行描述。
图1示意性地示出了本发明所涉及的用于对一个基体进行涂覆的装置。
图2示出了该装置的一个变型。
在图1中，附图标记1表示钢带材，钢带材1用作将被涂覆材料2涂覆的基体。基体1垂直向下移动。环形不锈钢带6在驱动辊4和导辊7、8和9上移动。
如果对基体1进行两面涂覆，那么该装置可采用对称设计。为此，示意性地示出了导辊17、18和19。
在图1中，压铸模具3位于辊4的上方和环形带6的上方，环形带6在该辊上被引导并且被该辊驱动。如果压铸模具3与挤出机(未示出)相连，那么熔融聚合物可从压铸模具3被挤出，熔融聚合物在环形带6上形成薄膜2。薄膜2被带6支撑，从而在其被在带6上传送时不会受到载荷作用或者出现变形。
在导辊7和8之间，带6通过与基体1的移动生产线并排的实质上为直的路径。大约在该路径的中间处，利用带有类似橡胶的涂层的辊10将带6压向基体1。在该过程中，薄膜2在该位置处被压到基体上。利用炉(未示出)将基体1预热到这样的温度，即，使薄膜在辊10的压力作用下能够附着在基体1上。
由于带6处于这样的温度下，即，低于使塑料薄膜2附着在带6的不锈钢表面上的温度，因此在薄膜通过辊10后能够脱离带6。
由于带6在一个实质上为直的路径上被压到基体1上并且带6是一种薄带，因此它可容易地依附基体1的外形，特别是如果该装置采用双面设计的形式。辊10设有类似橡胶的涂层以使由10施加的压力在基体1的宽度上均衡，从而可进一步提高带6依附基体1的外形的效果。辊10本身被重的冷却钢辊11支撑并且受到钢辊11的压力作用，从而使辊10本身没有受到挠曲荷载的作用。它最好被辊11驱动。
应该理解的是，带6的背面也可设有类似橡胶的涂层或者代替辊10的类似橡胶的涂层。利用类似橡胶的涂层使压力均匀化，从而确保在基体1上的涂覆层下方不会形成气泡。基体1和带6与薄膜2会聚的点可处于一个真空室或者具有氦气的热超大气压力的压力的腔室内。为此，示意性地示出了气体封闭部件12、22和23。这种类型的真空室或者具有氦气的热超大气压力的压力的腔室的结构对于本领域普通技术人员是常规技术，在这里不再进行详细描述。
为了确保以高速对薄膜进行均匀的模制，使真空室5位于压铸模具附近。
应该理解的是，可对图1所涉及的装置进行略微的改进以将一层涂料涂覆到基体1上。在这种情况下，挤出的是一种无溶剂材料而不是熔融聚合物，无溶剂材料在高温下硬化以形成三维网。不使用高温，可利用短波长光线(UV光)或者电子(电子束)对其进行照射以使该材料硬化。在未硬化的涂覆层已经被施加到钢带1上后在再次加热的位置处进行硬化。
图2示出了图1中所示装置的一个变型。在该变型中，薄膜2没有被模制在带6上，而是已经预制的。该图示意性地示出了已经模制的薄膜被引导通过拉伸装置13的情况。接着被拉伸的薄膜沉积在辊4的位置处沉积在带6上。接着，以与参照图1描述的已经被挤出的薄膜的情况下相同的方式对薄膜进行处理。

Claims (25)

1.用于对移动的金属带材进行涂覆的方法，其中使涂覆材料与该金属带材接触，金属带材达到这样一个温度，即，当将涂覆材料压在金属带材上时能够使涂覆材料附着在金属带材上，其特征在于，挠性的金属支撑带以与带材相同的速度被引导通过一个与带材并排的实质上为直的路径，涂覆材料被引导到金属支撑带上直至其在带材和支撑带之间，金属支撑带在所述路径内被局部地压向金属带材，并且在施加压力的位置处设置用于使压力在金属支撑带的宽度上均衡的装置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用压力施加装置能够使金属支撑带被局部地压向金属带材。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了施加所述压力，使用与金属支撑带接触的辊。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，用于使压力均衡的装置包括在辊上和/或在金属支撑带的面向辊的侧面上的类似橡胶材料的涂层。
5.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，支撑带中支撑涂覆材料的侧面在实质上为直的路径内被局部地转移和压在带材上，从而在金属支撑带的实质上为直的路径中形成弯曲，而支撑涂覆材料的侧面位于弯曲的外侧。
6.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使涂覆材料在其被压到带材上时在施加压力的位置处附着于带材上。
7.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，在将金属支撑带压向金属带材之前使金属支撑带达到所述温度。
8.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，对金属带材进行两面涂覆，以与对第一侧面进行涂覆的类似的方式将涂覆材料涂覆在第二侧面上，并且施加压力的位置相对于带材是对称设置的。
9.如权利要求1至8中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，在金属支撑带上至少一个侧面上的涂覆材料包括从包括粘结剂的组中选择的一种无溶剂材料，在该支撑带通过与金属带材并排的路径之前利用压铸模具将所述无溶剂材料挤出到金属支撑带上来形成一种三维网。
10.如权利要求1至8中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，涂覆材料包括在金属支撑带上至少一个侧面上的一种聚合物薄膜。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在该支撑带通过与金属带材(基体)并排的路径之前利用压铸模具将(每一个)薄膜挤出到金属支撑带上。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在该支撑带通过与金属带材(基体)并排的路径之前，(每一个)薄膜是被引导到金属支撑带上的一种拉伸薄膜。
13.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，在存在于(每一个)金属支撑带上的涂覆材料被压向金属带材之前，使金属支撑带与涂覆材料一起被引导通过一个气体封闭装置与金属带材。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述气体封闭装置包括一个真空室。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，一种氦气氛围在超过大气压力的压力下被保持在所述气体封闭装置中。
16.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所用的金属支撑带最好是包括不锈钢带材的环形带。
17.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使金属支撑带和带有类似橡胶的涂层的辊保持在这样一个温度下，即，在使涂覆材料固定地附着在金属支撑带上的温度以下。
18.如权利要求3至17中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，该辊可被一个驱动的和冷却的钢支撑辊支撑。
19.如权利要求4至18中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，金属支撑带被保持在10至120℃之间的温度下，类似橡胶的涂层的硬度在50至90肖氏硬度之间并且以与金属支撑带的接触线的在20至80公斤每厘米的作用力将辊压在金属支撑带上。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，金属支撑带被保持在30至75℃之间的温度下，类似橡胶的涂层的硬度在70至85肖氏硬度之间并且所选择的压力在30至60公斤每厘米的接触线作用力。
21.如权利要求19或者20所述的方法，其特征在于，如果涂覆材料是处于无定形状态，那么金属支撑带的温度必须保持在涂覆材料的玻璃态转化温度Tg以下；如果涂覆材料是一种(半)结晶有机材料，金属支撑带的温度必须保持在涂覆材料的熔化温度Tm以下。
22.用于对移动的金属带材进行涂覆的新颖的设备，该设备包括可使被涂覆的金属带材前进的产品线，其特征在于，一个金属支撑带在一个生产线的上方被引导，所述生产线在一个驱动辊和多个导辊的上方，所述生产线包括与产品线并排移动的实质上为直的路径、用于将涂覆材料供给到该金属支撑带的生产线的一部分的装置，并且该设备设有沿着其实质上为直的路径与支撑带接触并且局部地将该支撑带压向产品线的压力施加装置，以及在施加压力的位置处设置用于使压力在金属支撑带的宽度上均衡的装置。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述压力施加装置包括一个辊。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，用于使压力均衡的装置包括在辊上和/或在金属支撑带的面向辊的侧面上的类似橡胶材料的涂层。
25.如权利要求22至24中任何一项所述的设备，其特征在于，该设备可在金属带材的生产线的两侧采用双面设计形式。
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