CN1488447A - 无铬酸盐连续流化床管材涂布 - Google Patents

Abstract

描述一种用于采用流化床涂布的无铬酸盐涂布管材的连续系统。

Description

无铬酸盐连续流化床管材涂布

技术领域和背景技术

汽车工业用涂层管迄今一直沿用铬(VI)化合物(铬酸盐)来生产。采用铬酸盐为的是在迄今所采用的挤出方法中达到非常好的附着性能。为此，采用铬酸盐处理的管材，铝管也进行铬酸盐处理，而钢管则首先进行铝处理，然后再进行铬酸盐处理。然而，从2003年起，汽车工业即将要求无铬管材。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现连续无铬的管材涂布的新方法。已知有管材的多种连续涂布方法。例如，杂志《塑料》卷57，第1期，pp.21～24描述一种方法，它采用流化床涂布给管材涂以PVC，但是文中给出的信息并未涉及良好附着性能和均一层厚分布。因此，该文献没有提供符合汽车工业实质要求的手段。

现有技术的种种缺点，特别是附着性能和层厚分布方面，也存在于薄涂层(120～150μm)领域，它们也都可采用本发明权利要求书中要求保护的方法加以克服。

该系统优选自动和连续地操作并采用流化床涂布作为管外涂布的手段。它由以下部分组成：

1)管材清洁用预处理系统，大多数供应的管材都带有油脂；

2)底漆-增粘剂贮漆盘，用于在钢表面与聚合物层(喷涂系统或浸涂系统)之间提供增粘剂；

3)中频感应线圈1，用于烘烤底漆以及，若采用含溶剂底漆，蒸发溶剂；

4)径向风扇，用于加快蒸发出的溶剂的消散；

5)中频感应线圈2，用于预热管材；

6)流化床涂布贮漆盘，带有一体化中频感应线圈3，用于施涂涂料。涂料的损耗系数太低，以致它不容易变热，而预热的钢管在通过该系统时却迅速加热到要求的温度。控制流化床涂布期间层厚的决定因素是预热温度和浸没时间。在管材穿系统而过的情况下，这意味着，层厚可通过发生器功率和管材的前进速度来改变。这两个因素可从控制台彼此独立地进行控制；

7)流化床涂布贮漆盘内的内部构件，它由管材上方用于消除粉末积聚的空气吹洗系统和管材下面用于消除管材底侧的粉末疵点和所造成的孔隙的金属导流板组成。均一的层厚，包括径向和轴向，只有通过采用此种特殊内部构件才能保证；

8)中频感应线圈4，用于使未完全熔融的涂层变光滑；

9)熔融段，为彻底熔融在管材从中频感应线圈4出来以后附着的涂料沉积物，以及为产生光滑熔体所需。穿过该系统期间，该层依然是热和软的，因此容易损坏。故而，在该阶段，管材不允许放在导辊上送过；

10)用于初步冷却管材表面的空气吹洗系统。管材表面温度于是被控制在低于涂料的熔点；

11)水基冷却系统。管材进入水槽中，在水槽中所述层受到进一步冷却和硬化，于是此时才有可能重新放在导辊上运行。

视所要求的层厚而定，5、6和8项下的感应线圈可在各种不同组合下操作，并具有变化的功率。这里可使用的感应线圈是：

5和8，

5和6，

5、6和8，

6，

6和8。

在所有情况下，管材都用中频感应加热。有关电能需要量、此种类型系统的涂布速率和粉末用量曾报道过近似公式。采用本发明方法，有可能将具有任何要求长度的管段偶联在一起成为连续管线，并在它们沿水平方向通过本方法的过程中以聚合物粉末涂布它们的外部。合适的涂料是能流态化的可熔融聚合物以及它们的混合物。聚酰胺粉末特别合适，尤其是基于尼龙-11和尼龙-12的那些。在这里产生特别好的加工效果的粉末是按照DE 29 06 647(Hüls公司)制备的那些，其商标名为VESTOSINT(Degussa公司)，因为此种产品具有特别圆的颗粒形状，由于它们是采用沉淀法制备的。市售供应的增粘剂首先施涂到管材表面。这里合适的底漆是任何熟悉的聚合物品级，尤其是聚酰胺的那些。它们可以溶液、悬浮体或以粉末形式施涂。特别适合VESTOSINT的增粘剂是专门为适合VESTOSINT制造的那些。倘若采用固体含量为约8％的含溶剂增粘剂，则气干后底漆的层厚介于5～8μm。本发明方法可达到50～1000μm范围的均一层厚。优选的层厚介于50～300μm，且本发明方法可达到±30％的公差。市售供应的增粘剂(例如，VESTOSINT增粘剂WS 5)首先施涂到管材表面。气干后底漆的层厚典型介于5～8μm。如果采用含溶剂增粘剂，则其固体含量一般为约8％。

本发明方法生产的管材特别适合作为液压接管和刹车接管，例如，用于汽车工业。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明方法。

通过中频感应预热

之所以选择中频感应加热是因为，当应用在连续过程中时，该加热方法易于控制同时又非常快，并且还带来另一个优点，即，加热管材的感应线圈在管材穿过系统的过程中可直接布置在流态化的粉末中，其结果是没有热损失。在10,000Hz并且管材壁厚为2mm的情况下，加热温升300℃需要1s。当频率较低时，较大的穿透深度将使加热过程更快，在2000Hz而其他条件相同的情况下，该时间仅有0.73s。感应线圈采取螺线管的形式，并利用通水来冷却。它如同粉末一样都始终是冷的。发生器系统由产生高频的机器发生器、带有控制台的控制柜、电容器蓄电池和感应线圈组成。该系统可简单地看作一台变压器，高频电能喂入到其初级一侧，同时构成其次级的工作件则仅由一匝的绕组构成。在次级回路中产生的非常高的电流密度导致快速加热。穿过系统的工作件必须具有均一的断面和均一的壁厚，例如旋转对称的制品，如金属丝、管材、棒材之类。

能量消耗和涂布速率

管材的通过速率(前进速率)取决于管材直径和壁厚，即，单位长度管材的重量，还取决于发生器功率。自然，主要因素还有发生器频率和管材要求的加热程度。然而，既然后面这些变量一开始可视为常数或至少变动不大，故可假定适当的平均数值。要求的发生器功率是：

$N=G\·c_p\·\frac{\mathrm{\Δt}}{860\mathrm{\η}}----\left(1\right)$

其中N是发生器功率，单位为kW，G是穿过系统的管材重量，单位kg/h，c_p是钢的比热(～0.12kcal/kg℃)，Δt是要求的管材温升，η是发生器系统的总效率(介于约0.6～0.75)。系数860是从1kW＝860kcal/h的换算派生的。如果等式(1)就η＝0.7和Δt约等于240℃的情况求解G，结果是一个关于用某一特定发生器功率可加热的钢的最大量的非常有用的经验公式，以kg/h为单位(对本发明条件和类似条件成立)：

              G≈20N         (2)

于是，采用36kW中频发生器，约720kg/h钢管可被加热温升240℃。该计算值在实施例中得到证实。

作为快速近似估计，所要求功率的近似指导性数值(在本发明的条件或类似条件下)是：

$N\≈50\frac{W}{\mathrm{kg}/h}----\left(3\right)$

这些经验公式，自然在量纲上并不正确，因为其数值是用于有量纲的数量(例如，比热Cp)。然而，这些量纲上不正确的等式已证明能很好地满足操作要求。如果把用于通过系统的管材重量的公式与用于所要求的发生器功率的公式结合起来，其结果是一个关于给定发生器功率下的密度y＝7.85kg/dm³的钢管的最大通过速率的简单关系。如果，例如，管材涂布系统常常需要涂布各种不同直径和壁厚的管材，则以下公式能迅速给出最大通过速率的指导性数值。对于其他条件，该数值系数必须做一定修改：

$v_{\max }\≈18\frac{N}{(d_a-s)\·s}----\left(4\right)$

这里，必须插入透过速率V_max，单位m/min，发生器功率N，单位kW，管材外径d_e，mm，和管材壁厚s，单位也是mm。

实施例：

管材涂布系统(图01)由以下部分组成：

1)管材清洁用预处理系统，大多数供应的管材都带有油脂；

2)底漆-增粘剂贮漆盘，用于在钢表面与聚合物层(喷涂系统或浸涂系统)之间提供增粘剂；

3)中频感应线圈1，用于烘烤底漆以及用于蒸发溶剂；

4)径向风扇，用于加快蒸发出的溶剂的消散；

5)中频感应线圈2，用于预热管材；

6)流化床涂布贮漆盘，带有一体化中频感应线圈3，用于施涂尼龙-12。PA粉末的损耗系数太低，以致它不容易被加热，而预热的钢管在通过该系统时却迅速加热到要求的温度。控制流化床涂布期间层厚的决定因素是预热温度和浸没时间。在管材穿系统而过的情况下，这意味着，层厚可通过发生器功率和管材的前进速度来改变。这两个因素可从控制台彼此独立地进行控制；

7)流化床涂布贮漆盘内的内部构件，它由管材上方用于消除粉末积聚的空气吹洗系统和管材下面用于消除管材底侧的粉末疵点和所造成的孔隙的金属导流板构成。均一的层厚，包括径向和轴向，可以仅通过采用此种特殊内部构件才能保证；

8)中频感应线圈4，用于使未完全熔融的涂层变光滑；

9)熔融段，为彻底熔融在管材从中频感应线圈4出来以后附着的涂料沉积物，以及为产生光滑熔体所需。穿过该系统期间，该层依然是热和软的，因此容易损坏。故而，在该阶段，管材不允许放在导辊上送过；

10)用于初步冷却管材表面的空气吹洗系统。于是管材表面温度被控制在低于涂料的熔点；

11)水基冷却系统。管材进入水槽中，在水槽中涂层受到进一步冷却和硬化，于是此时才有可能重新放在导辊上运行。

在所描述的系统上进行的一系列实验的结果载于表1。实例1～7全都采用VESTOSINT 2157沉淀法尼龙-12粉末，Degussa公司提供。在这里给出的所有实例中，都不进行铬酸盐预处理。

采用PA 12的连续管材涂布实验

实例	实验编号	管材[mm]	v管材[m/min]	线圈					粉末料位(未流化)[mm]	流化床贮漆盘内的内部构件		层[μm]	备注
														I[kW]	II[kW]	III[kW]	IV[kW]	V[kW	间隙[mm]	喷嘴[bar]
				1	980420-001	12×1	14	-		10	1.5										4.5	-	160	7	2-1-1-2	130-160	-
2	980421-003	12×1	14						-			10	1.5	4.5	-	165	7	2-1-1-2	120-160	-
				3	980422-003	12×1	14	-		9	1.5										7.5	-	163	7	2-1-1-2	100-140	-
4	980422-010	12×1	14						11.2			1.5	1.5	7.5	-	160	7	2-1-1-2	120±140	底漆
				5	000619-1	10×1	5.5	2.4		2.7	3.6										4.86	5.2	160	6	2-1-1-2	100-160	底漆
6	000620-3	10×1	5.5						2.4			2.7	3.6	4.86	5.2	163	8	2-1-1-2	120-160
				7	000620-4	10×1	5.5	2.4		2.7	3.6										4.86	5.2	163	4	2-1-1-2	80-160	底漆

线圈I    底漆干燥I

线圈II   管材预热

线圈III  流化床涂布贮漆盘

线圈IV   光滑作用

线圈V    底漆干燥V

涂有底漆的管材的试验

a)刹车管的TL 222防腐保护涂层(表面保护要求)D Zn/PA

耐腐蚀：试验时间500h，划痕，按照DIN 53 167；

划痕蠕变≤2mm

耐腐蚀：试验时间500h，按照PV 1213的岩石冲击试验；下层金属不腐蚀

耐腐蚀：试验时间1000h；无锌腐蚀，无下层金属腐蚀，且无PA层剥落

耐化学：按TL222，项目5；无聚合物层水泡或软化发生，

气干24小时后且随后绕着尺寸16mm的芯轴盘绕(360°)，无可见PA涂层龟裂或剥离发生

b)在水中贮存后对涂有底漆的管材的附着力试验，采用刀尖试验：

管材无划痕

干态试验，涂布1日后：附着得非常好

干态试验，涂布1日后，对盘绕管(围绕16mm芯轴)；

附着得非常好

在水中贮存3日，取出后直接试验，附着得非常好

管材有划痕

干态试验，涂布1日后：附着非常好

在水中贮存3日，取出后直接试验，附着得非常好

附图说明

1   清洁系统

2   驱动1

3   底漆单元

4   感应1(线圈I-底漆干燥)

5   感应2(线圈V-底漆干燥)

6   径向风扇1

7   径向风扇2

8   驱动2

9   感应3(预热)

10  放于导辊1

11  流化床烧结物盘，包括感应4

12  驱动3

13  管材

14  吹洗喷嘴

15  放于导辊2

16  水浴

17  放于导辊3

18  放于导辊4

19  驱动4

20  驱动5(接取装置，拉出(draw-off))

21  取下

Claims (10)

1.一种以粉末状可熔融聚合物作为涂料采用流化床涂布的无铬酸盐涂布管材的方法，它包含：

1)在预处理系统中清洁管材，

2)在管材上施涂底漆，

3)利用中频感应线圈烘烤底漆以及，若采用含溶剂底漆的话，蒸发该溶剂，

4)利用径向风扇加快蒸发出的溶剂的消散，

5)利用中频感应线圈预热管材，

6)采用带有一体化中频感应线圈的流化床涂布贮漆盘施加涂层，

7)使用流化床涂布贮漆盘内的内部构件，由管材上方用于消除粉末积聚的空气吹洗系统和管材下面用于消除管材底侧的粉末疵点和所造成的孔隙的金属导流板组成，

8)利用中频感应线圈使不完全熔融的涂层变光滑，

9)在熔融段，彻底熔融粘附的涂料沉积物并产生光滑熔体，

10)利用空气吹洗系统初步冷却管材表面，

11)利用水冷却进一步冷却和硬化涂层。

2.权利要求1的方法，

其中，

项目5、6和8下的3个感应线圈的用法如下，视涂层的层厚而定：

采用感应线圈5和8，

或采用感应线圈5和6，

或采用感应线圈5、6和8，

或采用感应线圈6，

或采用感应线圈6和8。

3.以上权利要求中任何一项的方法，

其中，

聚酰胺被用作涂料。

4.以上权利要求中任何一项的方法，

其中

采用尼龙-11或尼龙-12。

5.以上权利要求中任何一项的方法，

其中，

采用沉淀的粉末形式的尼龙-12。

6.以上权利要求中任何一项的方法，

其中，

市售供应的增粘剂以悬浮体、溶液或粉末形式施涂。

7.以上权利要求中任何一项的方法，

其中，

聚合物层的共计50～1000μm且其平均偏差不超过30％。

8.以上权利要求中任何一项的方法，

其中，

聚合物层的共计50～300μm且其平均偏差不超过30％。

9.以上权利要求中任何一项的方法，

其中，

聚合物层的共计50～300μm且其平均偏差不超过20％。

10.一种用无铬酸盐方法涂布的管材，

其中，

在管材上已涂布了底漆层，并在流化床涂布方法中施涂了一种可流态化的可熔融聚合物。

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