CN204725870U - 一种用无溶剂uv涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，包括辊涂机、覆膜机和UV固化机，连接在塑胶板材挤出机后端，沿板材行进方向依次设置辊涂机、覆膜机和UV固化机用于板材涂装、覆膜、涂料固化。本实用新型通过覆膜机将PET薄膜或其它透明、半透明薄膜与带有无溶剂的UV涂料的板材复合，解决了塑料板材涂装的溶剂排放污染问题，塑料板材的无溶剂涂料在线辊涂时产生的表面流平问题，实现了塑料板材的在线双面辊涂生产工艺，提高了生产效率，使板材表面获得更高的硬度和极佳的耐磨效果，生产工艺简单、安全、环保、成本具有明显优势。

Description

一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置

技术领域

本实用新型公开一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，尤其涉及一种透明板材表面涂装高透光、高光泽效果的UV(紫外光)固化涂层的在线双面辊涂工艺。

背景技术

透明的塑料板材,如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板材，聚碳酸酯(PC)，聚苯乙烯（PS）板材等透明板材，表面具有高光泽度，高透明的特点，然而其表面很容易划伤,因此在其表面做一层增硬耐磨涂层,可以使其表面更不容易刮伤。经增硬耐磨涂料表面涂装的透明塑料板材，具有广泛的用途，如手机面板、电器铭板、广告材料、家具面板、橱柜面板等。塑料板材表面涂装涂料可以分为在线涂装和离线涂装两大类型。在线涂装是指板材还在挤出机上成型后即完成表面涂装，涂装设备与挤出成型设备在同一车间安装，挤出成型，表面涂装、固化一起完成，板材涂装后覆盖保护膜再切割成特定尺寸检验合格后得到成品。而离线涂装是指板材先在挤出线上覆盖保护膜，切割成特定尺寸后，在另外的涂装车间撕去保护膜，完成表面涂装和固化后再覆盖保护膜的过程。

因为浸涂的生产效率与工件下降浸入液体中及从液体中提来起来的速度密切相关，垂直上升提拉速度在比较慢时，如20-30cm/min时，更容易得到流平较好的涂层。但是因涂料受重力影响而造成的上下厚度差难以克服，因此适合做眼镜片、注射小工件的涂装工艺，而大尺寸的板材用浸涂工艺因效率低而很少人使用。

板材常用的涂装工艺可以使用喷涂、流涂、淋涂、辊涂等工艺。其中板材涂装行业内目前公认的成本最低的方案是在挤出机后，直接安装辊涂机，做在线辊涂涂装方案。

以下简要叙述板材可常用的几种涂装工艺：

喷涂工艺：用溶剂把UV涂料稀释成20%左右固含量的树脂溶液，用喷枪把涂料均与喷涂在板材表面，然后将板材置于在40-50℃的烘道中，线速度2-15米每分钟，红外烘干5-10分钟，再UV固化，得到表面带加硬耐磨的涂层的塑料板材。采用喷涂工艺，涂料需要雾化后喷涂与板面上，实际造成了涂料至少有30%雾化在空气中，没有涂装在板材上，造成了材料浪费和环境污染。因此政府环保和安全监管部门对喷涂涂装车间的环境评估审查比较严格。

  淋涂工艺：将塑料板材置于水平的传送带上，水平移动，稀释为固体含量在20%左右的UV涂料从设在液体槽上方的可调节缝隙流下，涂料在板材表面迅速流平，板材在40-50℃的烘道中，以线速度为2-15m/min，烘干5-10分钟，去除溶剂后，经UV灯固化，即得可加硬耐磨塑料板材。因涂料需要克服重力和大气压力的影响，涂层不能太薄，否则容易出现不稳定的断流。

流涂工艺：在10000级以下的无尘车间，将塑料板材垂直在传送带上挂立。传送带水平高度旁安装内径8mm的软管，软管与板面呈45度角，管口朝下，25%左右固体含量的涂料液体从软管管口流出，出口位置对准板面最上端，以确保板面最大面涂装。板材挂在传送带上以线速度为2-8m/min匀速运动时，涂料液膜在板材上受重力作用自上而下铺展，得到膜厚约为32μm的湿涂层，经40-50℃烘干5—10分钟后，UV固化，得到干膜厚度约为8μm的表面涂层，把板材从传送带上卸下后，在覆膜机上覆盖聚乙烯（PE）静电保护膜。最后把板材顶部未涂装部分约30mm高度和底部流涂偏厚的部分约20mm高度裁去，得到表面质量良好的板材。

溶剂型在线辊涂工艺： 板材水平放置在传送带上，沿水平方向行走，20-25%固含量的低黏度的UV涂料经金属计量辊和橡胶辊之间的缝隙，计量涂布在板材上。板材表面得到表面均匀的涂层，板材在40-50℃的烘道中，以与挤出板材水平牵引线速度相同的速度（约2-15m/min）匀速运动，热烘干约5—10分钟去除溶剂后，涂层经UV固化后，可以得到表面加硬耐磨的涂层。因为溶剂挥发速度慢，涂层表面在未固化前不可以接触别的辊筒，这个工艺显然不适合下表面也需要涂装的双面辊涂工艺。

无溶剂在线辊涂工艺：板材水平放置在传送带上，沿水平方向行走，不含溶剂的UV涂料经金属计量辊和橡胶辊之间的缝隙，计量涂布在板材上。板材表面得到表面均匀的涂层，在40-60℃的烘道中以与挤出板材水平牵引线速度相同的速度（约2-15m/min）匀速水平移动，预流平后，涂层经UV固化，可以得到表面加硬耐磨的涂层。因涂料黏度大，表面流平效果明显不如上诉溶剂型涂料好，表面呈现凹凸不平的微小纹路。

其中，因为溶剂型的UV涂料中可能含有乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮，丙二醇甲醚，异丙醇，二甲苯等有机溶剂，这些溶剂对PMMA，PC，PS，ABS等板材具有腐蚀作用，不能采用太高的温度烘干，否则可能出现过高的温度加速溶剂侵蚀基材表面，有可能造成板材表面质量不良等品质问题产生。常用烘干温度为40-70℃，40-50℃更佳。板材加工采用线速度越慢，通过一定长度的烘道的时间越长，相对来说流平效果越好，但是生产效率越低。若提高线速度，在需要保证足够的烘干和流平时间前提下，需要延长烘道长度，所需要的固定资产投资增大，厂房面积增大，能耗增大。常用的涂装速度为2-15米每分钟。低于2米每分钟，生产效率偏低，涂装速度高于15米每分钟，挤出速度也是高于15米每分钟，不可控的因素增加，所需要的烘道很长,可能反而造成经济性下降。

板材在线涂装若采用溶剂型涂料，需要很长的烘道，由此产生了一个很大的弊端，就是若在涂料涂装固化后发现品质波动或者品质异常，需要在前一道工艺就改进。由于烘道长，改进效果反馈时间需要长，工艺调整过程中产生的不良品将大幅度增加，由此可能造成大量的浪费。这个也是板材在线涂装很少厂商实施的最重要的原因之一。

中国专利文献CN101829645A适合于板材的溶剂型涂料的喷涂工艺，专利文献CN103694884A适合于板材的溶剂型涂料的淋涂工艺；专利文献CN102883824A适合于板材的溶剂型涂料的流涂工艺。以上专利对于不含溶剂的高粘度UV涂料均是不适合的。

专利文献CN102806172A描述了在线做热烘干型自修复涂层的办法，但是表面硬度不够，容易划伤。专利文献CN203459244U也是热烘干型的溶剂型涂料的在线涂装。采用热烘干型的涂料，即使在烘干不够彻底，涂层含有少量溶剂，也可以流转入下一道工序加工。采用溶剂型的涂料，黏度较低，表面流平更好。但是采用UV固化的涂料，涂层未充分烘干而表面含有溶剂时进行UV固化，可能会带来很多表面品质问题。

因PMMA，PC等塑料对溶剂敏感，最好能在50℃以下烘干去除溶剂，过高的温度，容易导致表面被溶剂侵蚀，出现其它表面品质问题。溶剂型涂料在挤出线上在线使用，温度设置为50℃以下温度，至少需要10—30米甚至更长的烘道，另外加上辊涂机和UV机，至少需要15米长以上的设备，这就对在线辊涂设备的安装空间提出了更高的要求。同时因为涉及到UV涂料中溶剂的排放，需要有环保部门的许可，有机溶剂排放存在职业安全和火灾隐患，需要对工艺设计做很详细的安全评估才可能实施。

而采用不含溶剂的UV100%的涂料，因为没有溶剂的排放，无职业安全，火灾隐患的风险，而且无溶剂烘干时间，理论上可以用更短的烘道的甚至不用烘道，也可以直接用UV灯直接固化涂料。但是，采用不含溶剂的涂料，黏度达100cp以上，甚至可以达到250cp以上，黏度是与含溶剂2-10cp黏度的涂料相比，大了10倍甚至50倍以上。因此即使在烘道中烘10分钟以上，也得不到表面均匀的涂层。

以上涂装方式的优缺点比较如下表格：

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线辊涂装置，是在透明板材表面涂装高透光、高光泽效果的UV(紫外光)固化涂层，UV固化涂层具有使板材表面增硬耐磨效果的功能。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，其包括辊涂机、覆膜机和UV固化机，挤出机上压延辊成型的塑料板材由牵引辊牵引形成在线辊涂生产线，沿生产线依次设置辊涂机、覆膜机和UV固化机用于板材涂装、覆膜、涂料固化。

进一步，所述UV固化机后在线辊涂生产线上还设有剥膜机构用于剥离板材上所贴的保护膜，剥膜与前序覆膜配合使用。

进一步，所述的辊涂机是指采用金属光面辊或者网纹辊作为计量辊，用橡胶辊作为涂布辊的双辊辊涂机。

进一步，所述的覆膜机，为低张力放卷的装置，薄膜经张力调节机构调节张力后与表面辊涂了涂料的板材，一起进入两个对压的辊筒中间用辊筒贴合，薄膜与涂料之间的气泡在贴合过程中完全被挤压出来，薄膜与涂层及板材之间，无气泡残留。

所述的塑料板材在线辊涂生产线可以是双面在线辊涂，也可以是单面在线辊涂。

所述的UV固化机，为线功率为80—160W/cm，主波长为365nm，有效宽度大于板材宽度的的UV灯。功率太低，则固化不完全，功率太大，容易造成塑料板材受高温后产生变形。

本实用新型解决了以下问题：

1、采用简单的装置实现了塑料板材的在线双面辊涂生产工艺；

2、更加安全环保，采用了无溶剂的UV涂料替代含溶剂的UV涂料，减少了溶剂生产车间的不安全因素和减少了对环境的污染；

3、采用了PET薄膜或其它透明、半透明薄膜与板材复合，涂层表面的流平效果及光泽度由保护膜的表面光洁度来保证，解决了塑料板材的在线辊涂时产生的表面流平问题；

4、采用了UV固化树脂，以很高的生产效率使板材表面获得更高的硬度和极佳的耐磨效果；

5、本装置生产工艺简单，材料消耗少，生产成本具有明显优势。

附图说明

图1是本实用新型在线单面辊涂生产线示意图；

图2是本实用新型在线双面辊涂生产线示意图；

图3是现有普通在线辊涂生产线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：请参阅图1、图2，一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，包括辊涂机、覆膜机和UV固化机，连接在塑胶板材挤出机后端，沿板材行进方向依次设置辊涂机、覆膜机和UV固化机用于板材涂装、覆膜、涂料固化。在线辊涂生产线上还设有剥膜机构用于剥离板材上所贴的保护膜，剥膜与前序覆膜配合使用。

一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线辊涂工艺，包括如下步骤：

S1、塑胶板材在挤出机上成型后，经过辊涂机，无溶剂的UV涂料由涂布辊均匀辊涂到塑胶板材上；

S2、塑胶板材经过覆膜机，离型保护膜覆盖在塑胶板材上带有涂料的表面并压合平整，之后，塑胶板材经过UV固化，涂料被穿透保护膜的紫外光固化。UV固化后的塑料板材，冷却后表面的离型保护膜与板材之间被剥离，塑胶板材表面可以得到表面带有高光泽度、高平整度的增硬耐磨涂料层。

如图1，塑胶原料经过挤出机101、口模102和压延辊103成型为板材100后，经修边刀104切去不平整的毛边，然后被牵引辊105A,105B牵引着水平直线行走。辊涂机106A由计量辊2、橡胶辊3、支撑辊4组成，覆膜机107A由放卷轴5、离型保护膜6、张力调节辊7、复合压延辊8与支撑辊9，剥离辊10、支撑辊11、导向辊筒12、收卷轴13等组成。板材100在支撑辊1经过时，无溶剂的UV涂料经橡胶辊2与计量辊3之间的间隙，由涂布辊(橡胶辊2)均匀辊涂到塑胶板材100上。同时透明或者半透明的离型保护膜6在放卷轴5处放卷，经张力调节辊7调节平整后，覆盖在表面带有涂料的塑胶板材上，进入复合压延辊8与支撑辊9之间被压合，确保保护膜与板材之间无肉眼可见气泡，匀速通过UV灯108A，涂料被穿透保护膜的紫外光（UV）固化。板材经过剥离辊10后，表面的保护膜与板材之间被剥离，经导向辊筒12后在卷轴13处收卷，塑胶板材上表面可以得到表面带有高光泽度，高平整度的涂料表面，覆盖上保护膜，分切，检查品质满足要求后成成品出厂。

本在线辊涂工艺中采用的板材,可以是聚碳酸酯（PC）板材,聚甲基丙烯酸（PMMA）板材, 聚苯乙烯（PS）板材等透明板材,也可以是表面为透明,底部不透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）复合板材，也可以是聚丙烯--丁二烯--苯二烯(ABS)板材,聚丙烯(ＰＰ) 板材或其他材质的不透明的塑料板材。板材的厚度可以为0.2～12mm,部分特殊用途高达20mm。本在线辊涂装置及其工艺也用在PC片材、PC薄膜，PET片材、PET薄膜或其他片材和薄膜上，常用厚度为0.03～0.2mm, 之间的区别，只是薄膜、片材与板材的基材厚度有所不同。从现有技术推导，是很容易被相关工程技术人员理解的，应该也属于本专利保护的范围内。本装置采用的辊涂机是指采用金属光面辊或者网纹面作为计量辊，用橡胶辊作为涂布辊的双辊辊涂机。覆膜机为低张力放卷的装置，薄膜经辊筒调节张力后，于表面辊涂了涂料的板材，一起进入有辊筒中贴合，薄膜与涂料之间的气泡在贴合过程中完全被挤压出来，薄膜与涂层及板材之间，无气泡残留。本装置工艺采用的塑料薄膜，采用的是19-100微米厚度的表面未经电晕处理和不带易附着涂层（也称为primer或底涂剂）处理的双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜（简称双向拉伸聚酯薄膜，PET薄膜）、聚乙烯（PE）、或聚丙烯薄膜（PP）。经电晕处理和易附着涂层处理的PET，因表面张力更高，UV涂料更容易附着在PET膜上，可能造成涂料经UV固化后，PET膜被撕开时，涂层表面与PET黏连而造成表面质量不良。本装置所述的UV固化机，为线功率为80—160W/cm，主波长为365nm，有效宽度大于板材宽度的的UV灯。功率太低，则固化不完全，功率太大，容易造成塑料板材受高温后产生变形。所述的涂料为不含水、无溶剂的UV固化涂料。可以在能量大于300mj/cm2的UV灯下固化完全。UV涂料成分可以是多官能团聚氨酯型丙烯酸树脂或聚型丙烯酸树脂与低官能度的丙烯酸树脂，光引发剂，流平剂和其它不含溶剂的助剂组成。含有水或溶剂的涂料，必须要经过烘道或者烘箱，经过足够的烘干温度和时间，才能UV固化，否则可能出现表面针孔，固化不完全，附着不良的瑕疵。

所述的在线单面辊涂装置，在图1基础上加以设计，有一定技术基础的设计人员，很容易设计成在线双面辊涂的装置，如图2。采用本技术原理的在线双面辊涂装置，应在本申请的保护范围内。

如图2所示，塑胶原料在挤出机101、口模102、压延辊103成型板材后，被牵引辊105A，105B牵引水平直线行走，板材先经过修边刀104处理，然后经过辊涂机106A涂装上表面，涂料由涂布辊(橡胶辊2)均匀辊涂到塑胶板材上，然后经过覆膜机107A贴上透明保护膜，复合压延压合处理，确保透明保护膜与板材之间无肉眼可见气泡。同时，板材下表面经106B辊涂后，由107B覆膜机覆盖透明保护膜。双面涂装且覆盖透明保护膜的板材匀速通过上下均有UV固化机108A、108B的UV固化装置后，板材上下两面的涂料均可被穿透保护膜的紫外光（UV）固化。板材从UV固化装置出来后，表面的保护膜与板材之间被剥离，塑胶板材上下表面均可以得到表面带有高光泽度、高平整度的涂料表面，然后覆膜机109A，109B上双面覆盖保护膜，分切机110切割，检查品质满足要求后包装出厂。

本实用新型公开一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，其特征在于：包括辊涂机、覆膜机和UV固化机，挤出机上压延辊成型的塑料板材由牵引辊牵引形成在线辊涂生产线，沿生产线依次设置辊涂机、覆膜机和UV固化机用于板材涂装、覆膜、涂料固化。本实用新型通过覆膜机将PET薄膜或其它透明、半透明薄膜与带有无溶剂的UV涂料的板材复合，解决了塑料板材的在线辊涂时产生的表面流平问题，实现了塑料板材的在线辊涂生产工艺，提高了生产效率，使板材表面获得更高的硬度和极佳的耐磨效果，生产工艺简单、安全、环保、成本具有明显优势。

为了方便评价制品的性能，主要选用聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸板材做为实施例和对比例。

有增硬耐磨涂层的聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸板材，可以分别做以下几项测试：

透光率、雾度测试：按照GB2410-2008标准，用光电雾度仪检测；

外观：看表面是否平滑，均匀，有无明显颗粒状瑕疵,有无流挂,有无开裂；

光泽度：按GB/T9754-2007标准，涂层表面用60度光泽度计检测；

铅笔硬度测试：B表示黑度，H表示硬度，硬度等级分别为6B、5B、4B、3B、2B、B、HB、H、2H、3H、4H、5H、6H，硬度等级从6B至6H依次升高，铅笔的负荷为750克。

耐磨测试：在板材上,裁切出40*40mm的样板，放在200g砝码负荷的0000#钢丝绒下，钢丝绒与被测试表面接触面积为1平方厘米，往返移动40个来回，观察表面划伤情况。0～5条划伤，记为优，5～20条划伤，记为良，20条划伤以上记为差。

附着：在25.4*25.4mm范围内，纵横各划11条线，得到100个小方格，用3M610胶带测试，看是否会脱落，全部不脱落为5B。

若有不需要检测，或者不好检测的项目，在性能检测结果中，以“/”表示。

实施例 ：

双面辊涂: 聚碳酸酯(PC) 板材，在图2所示生产线上板材的上下双面均辊涂形成加硬耐磨涂层，涂层厚度约8-10微米，然后覆盖聚乙烯（PE）静电保护膜后切割成1220mm宽，2440mm长的板材。板材切割车成若干片小样品，用于做耐磨、硬度、附着、透光率、雾度、光泽度等测试，测试结果见下表。

对比例 1：

采用流涂工艺，将1270mm宽，2440mm长，厚为3mm的PC板材垂直于地板90度在传送带上挂立。20%固含量的涂料在板面最上端自上而下在重力影响下均匀铺展，得到厚约为32μm的湿涂层，经40-50℃烘干5-7分钟后，得到干膜厚度约为8μm的干涂层，双面分别经能量大于500mj/cm2的UV灯固化后， 分别覆盖PE静电保护膜。

 板材上部有约30mm部分被装夹,无涂料涂装，底部20mm部分因涂装工艺原因，膜层较厚，需要切割上部30mm和底部20mm后，得到中间1220mm宽度的表面质量较好，检验合格后可以作为1220*2440mm的成品出厂。

对比例2：

图3是现有普通在线辊涂生产线示意图，塑胶原料在挤出机101、口模102、压延辊103成型板材后，被牵引辊105A，105B牵引水平直线行走，板材先经过修边刀104处理，然后经过有UV固化机108A的UV固化成型。板材从UV固化装置出来后，然后覆膜机109A覆盖保护膜，形成产品。

单面辊涂: 聚碳酸酯(PC) 板材，在图3所示生产线上板材的上表面均辊涂形成加硬耐磨涂层，涂层厚度约8-10微米，然后覆盖聚乙烯（PE）静电保护膜后切割成1220mm宽，2440mm长的板材。板材切割车成若干片小样品，用于做耐磨、硬度、附着、透光率、雾度、光泽度等测试。

以上实施例与对比例的各参数对比表如下： 

项目

透光率

雾度

光泽度

耐磨

铅笔硬度

附着

外观

实施例

92%

0.5

160

优

H

5B

平整、光滑

对比例1

92%

0.5

160

优

HB

5B

平整、光滑

对比例2

91%

1.0

95

优

H

5B

表面不平整

 以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (5)

1.一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，其特征在于：包括辊涂机、覆膜机和UV固化机，挤出机上压延辊成型的塑料板材由牵引辊牵引形成在线辊涂生产线，沿生产线依次设置辊涂机、覆膜机和UV固化机用于板材涂装、覆膜、涂料固化。

2.根据权利要求1所述的一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，其特征在于：所述的辊涂机是指采用金属光面辊或者网纹辊作为计量辊、用橡胶辊作为涂布辊的双辊辊涂机。

3.根据权利要求1所述的一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，其特征在于：所述的覆膜机，为低张力放卷的装置，薄膜经辊筒调节张力后，与表面辊涂了涂料的板材，一起进入有辊筒中贴合，薄膜与涂料之间的气泡在贴合过程中完全被挤压出来，薄膜与涂层及板材之间，无气泡残留。

4.根据权利要求1至3之一所述的一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线双面辊涂装置，其特征在于：所述的UV固化机，为线功率为80—160W/cm，主波长为365nm，有效宽度大于板材宽度的的UV灯。

5.一种用无溶剂UV涂料生产高光亮面板材的在线辊涂装置，其特征在于：所述的塑料板材在线辊涂生产线是在线单面辊涂。