Способ и устройство для нанесения покрытия на движущуюся металлическую полосу - RU2270727C2
Код документа: RU2270727C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способу нанесения покрытия на движущуюся металлическую полосу, в котором материал покрытия вводится в контакт с обрабатываемой полосой, причем температура полосы устанавливается такой, при которой материал покрытия во время прижима к обрабатываемой полосе сцепляется с нею. В контексте описания термин «металлическая полоса» понимается как металлическая полоса, подвергаемая после нанесения покрытия дальнейшей обработке и/или используемая в дальнейшем в качестве готового изделия.
Известен способ нанесения покрытия вышеупомянутого типа, в котором материалом покрытия может быть пленка, краска или лак. Также известно нанесение покрытия на металлическую полосу с двух сторон.
В этих известных способах прикладывается давление при помощи ролика. В случае нанесения покрытия в виде пленки полотно этой пленки направляется между обрабатываемой полосой, подлежащей покрытию, (основой) и прижимным роликом. В процессе прижатия пленки к обрабатываемой полосе пленка нагревается и, следовательно, сцепляется с ней.
В случае двустороннего покрытия два полотна пленки направляются на обрабатываемую полосу с симметричным расположением и прижимаются к ней при помощи роликов.
Обрабатываемую металлическую полосу, которая является основой, обычно получают прокаткой. При этом может возникать незначительная разница в толщине по ширине металлической полосы (известной как утолщенная часть полосы). Утолщенная часть стальной полосы может составлять примерно от 2 до 4%. Это означает, что толщина стальной полосы на 2-4% больше в центре, чем на боковых кромках. Если прижимные ролики выполнены более твердыми по отношению к обрабатываемому материалу, это может приводить к неравномерному распределению давления вдоль линии контакта, по которой передается сжимающая сила. Вследствие этого может происходить локальный выход прижимных роликов из контакта с обрабатываемой полосой, что в свою очередь, может приводить к образованию пузырьков воздуха между полосой и сцепляемой с нею пленкой, что представляет собой серьезный дефект качества. Для предотвращения этого, как правило, прижимной ролик снабжается с резиноподобным покрытием для лучшего распределения сжимающей силы.
Этот известный способ, однако, имеет серьезные недостатки. Температура прижимного ролика с резиноподобным покрытием приближается к температуре нагретой пленки, так что существует опасность сцепления материала пленки также с этим роликом. Отдельное охлаждение поверхности резиноподобного покрытия прижимного ролика является технически трудно достижимым.
Другим недостатком является то, что кромка металлической обрабатываемой полосы (основы) повреждает резиноподобное покрытие ролика, тем самым ограничивая срок его службы. Замена прижимного ролика связана с высокой стоимостью ремонта и производственными потерями. Срок службы роликов может быть увеличен посредством систематического покрытия более узкого участка металлической полосы. Это означает, однако, что необходимо ограничить порядок обработки материала металлической полосы, что часто нежелательно при эксплуатации. При применении очень тонкого материала пленки или материала пленки с низким усилием разрыва в известном способе могут возникнуть проблемы, вызванные разрывом или образованием складок материала пленки. Это также приводит к серьезным перерывам в работе или высокому проценту выбраковки.
Известный способ имеет недостатки также при нанесении покрытия на основу краской или лаком.
При нанесении краски, основанной на термореактивном полимере, во время работы на прижимной ролик с резиноподобным покрытием может прилипнуть краска, так как резиноподобное покрытие становится слишком горячим.
Эти и другие недостатки известного способа могут быть устранены при использовании способа согласно изобретению.
Изобретение заключается прежде всего в том, что в способе, описанном в преамбуле, гибкая металлическая опорная полоса направляется по практически прямолинейному пути вдоль перемещаемой обрабатываемой полосы с одинаковой скоростью, причем материал покрытия направляется металлической опорной полосой до тех пор, пока он не будет находиться между обрабатываемой полосой и опорной полосой, причем металлическая опорная полоса локально прижимается к обрабатываемой металлической полосе в пределах упомянутого пути, а в месте приложения давления установлено средство для выравнивания сжимающей силы по ширине металлической опорной полосы.
Неожиданно было обнаружено, что в месте, где прикладывается давление, металлическая опорная полоса может полностью отслеживать утолщенную часть обрабатываемой металлической полосы, если металлическая опорная полоса прижимается к ней, а сжимающая сила выравнивается по ширине металлической опорной полосы. Это упрощается за счет того, что металлическая опорная полоса может проходить по практически прямому линейному участку пути в месте, где прикладывается давление. Это приводит к тому, что металлическая опорная полоса в месте, где прикладывается давление, имеет оптимальную гибкость при изгибании. Таким образом можно получить покрытие на металлической полосе (основе), не имеющее пузырьков воздуха.
В одном варианте выполнения металлическая опорная полоса локально прижимается к обрабатываемой металлической полосе при помощи прижимного средства. Предотвращаются вкрапления, частично посредством прижимного средства. Посредничество металлической опорной полосы предотвращает непосредственный контакт между прижимным средством и материалом покрытия.
Для прижатия опорной полосы к обрабатываемой металлической полосе предпочтительно использовать ролик, который вводится в контакт с металлической опорной полосой. Это обеспечивает то, что сжимающая сила прикладывается локально по ширине металлической опорной полосы. Посредничество металлической опорной полосы предотвращает непосредственный контакт между роликом и материалом покрытия.
Возможны различные средства для выравнивания сжимающей силы по ширине металлической опорной полосы. В соответствии с изобретением, однако, предпочтительно, чтобы средство для выравнивания сжимающей силы содержало покрытие из резиноподобного материала на ролике и/или на той стороне металлической опорной полосы, которая обращена к ролику.
Металлическая опорная полоса может в достаточной степени охлаждаться по своей длине для предотвращения прилипания к ней материала покрытия. Эта опорная полоса сама может быть покрыта резиноподобным материалом, или используется металлический ролик, покрытый резиноподобным материалом. В обоих случаях резиноподобное покрытие может охлаждаться в достаточной степени.
В случае применения прижимного ролика с покрытием ролик не находится в непосредственном контакте с обрабатываемой полосой (основой), в результате чего резиноподобное покрытие не может быть повреждено кромками основы. Это в значительной степени увеличивает срок службы прижимного ролика и повышает готовность к работе используемой установки. Поэтому при производственном планировании можно не принимать во внимание ширину обрабатываемой полосы.
При применении очень тонкого материала пленки или пленки, материал которой подвержен разрыву, этот материал пленки может быть размещен на металлической опорной полосе на более ранней стадии, так что он поддерживается этой опорной полосой до того места, где должно осуществляться сцепление с обрабатываемой полосой.
В одном варианте выполнения та сторона опорной полосы, которая несет материал покрытия, в пределах практически прямолинейного участка пути локально отклоняется и прижимается к обрабатываемой полосе, что приводит к образованию изгиба на практически прямолинейном пути металлической опорной полосы, причем сторона, которая несет материал покрытия, располагается на внешней стороне изгиба. Это обеспечивает прохождение обрабатываемой полосы по прямолинейному пути.
В одном варианте выполнения материал покрытия сцепляется с обрабатываемой полосой в месте, где прикладывается давление, в то время как он прижимается к обрабатываемой полосе. Благодаря этому больше не нужно поддерживать равномерным контакт между металлической опорной полосой и материалом покрытия практически непосредственно после того места, где прикладывается давление.
Это может быть достигнуто тем, что температура обрабатываемой металлической полосы устанавливается равной упомянутой температуре до того, как металлическая опорная полоса будет прижата к обрабатываемой металлической полосе. При прижатии материала покрытия к обрабатываемой полосе материал покрытия нагревается и, в результате, сцепляется с обрабатываемой полосой. Таким образом, материал покрытия сцепляется с обрабатываемой полосой, а не с опорной полосой.
Способ согласно изобретению также особенно подходит для нанесения покрытия на обрабатываемую металлическую полосу (основу) с двух сторон, при этом нанесение материала покрытия на вторую сторону осуществляется аналогично нанесению на первую сторону, а места, где прикладывается давление, располагаются симметрично относительно обрабатываемой полосы.
Уже было отмечено, что изобретение особенно применимо для использования пленки в качестве материала покрытия. В этом случае, в соответствии с изобретением предпочтение отдается покрытию, который содержит полимерную пленку. Полиэтилентерефталат и полиолефины, как было обнаружено, являются особенно подходящими базовыми материалами для этого нанесения.
Пленочный материал может быть размещен на металлической опорной полосе различным образом. Например, в соответствии с изобретением пленка может быть образована посредством экструзии расплавленной полимерной массы на металлическую опорную полосу через экструзионную головку до того, как эта опорная полоса проходит по пути вдоль обрабатываемой металлической полосы (основы). В соответствии с изобретением, однако, также вполне возможно сначала экструдировать пленку, а затем растянуть эту пленку перед размещением на металлической опорной полосе. Изобретением предлагаются многочисленные возможные варианты нанесения покрытия на основу, которой служит обрабатываемая полоса.
Помимо варианта образования сначала пленки, в соответствии с изобретением также можно для не содержащего растворитель материала, выбранного из группы, состоящей из связующих веществ, которые отверждаются и образуют пространственную сетку, производить экструзию на металлическую опорную полосу через экструзионную головку до того, как эта опорная полоса проходит по пути вдоль обрабатываемой металлической полосы.
Этот материал отверждается только для образования слоя краски, который сцепляется с основой и отделяется от металлической опорной полосы, когда этот материал нагревается в месте, где прикладывается давление. Место экструзии материала, в этом случае, может быть достаточно удаленным от того места, где прикладывается давление, чтобы исключить конструкторские и эксплуатационные проблемы.
Согласно изобретению также можно наносить на обе стороны основы различные материалы покрытия, например, две различные полимерные пленки, различные виды краски или полимерной пленки на одну сторону и краску на другую сторону.
Выбор материала покрытия для нанесения на металлическую основу достаточно хорошо описан в специальной литературе. По этой причине материалы покрытия, подходящие для нового способа, не описываются здесь подробно.
Уже было отмечено, что способом согласно изобретению можно предотвратить образование пузырьков воздуха под покрытием, нанесенным на полосу. Благодаря тому, что гибкая металлическая опорная полоса проходит по практически прямолинейному участку пути в месте, где прикладывается давление, приложение давления, например роликом с резиновым покрытием, может в значительной степени выравниваться, так что металлическая опорная полоса практически полностью отслеживает неравномерности поверхности обрабатываемой полосы (основы). Если этот эффект, тем не менее, окажется недостаточным, в соответствии с изобретением может быть рекомендовано, кроме того, направление металлической опорной полосы (опорных металлических полос) вместе с материалом покрытия до прижатия к обрабатываемой металлической полосе, а также самой обрабатываемой полосы через газовый затвор.
В зависимости от шероховатости основы, особенно, если основа имеет поры или небольшие царапины, находящийся в них воздух может оставаться во время прижатия материала покрытия. Это может привести к образованию газовых пузырьков в готовом изделии. Если газовый затвор содержит вакуумную камеру, то воздух в порах или царапинах будет откачен уже до прижатия материала покрытия. Это предотвращает образование пузырьков воздуха.
Введение в вакуумную камеру и удаление из нее и сохранение вакуума могут вызвать конструкторские и эксплуатационные проблемы. В качестве альтернативы сохранению вакуума в газовом затворе в соответствии с изобретением также оказалось успешным поддержание в газовом затворе гелиевой атмосферы при давлении несколько выше атмосферного. Было установлено, что если при прижатии к основе материала покрытия используется газообразный гелий, гелий легко может выходить через материал покрытия в результате диффузии. Следовательно, тогда не образуются пузырьки под слоем покрытия на основе. Посредством обеспечения гелиевой атмосферы в газовом затворе с давлением несколько выше атмосферного, предотвращается поступление воздуха в газовый затвор.
Уже было отмечено, что охлаждать металлическую опорную полосу легче, чем простой прижимной ролик. Частично это происходит из-за большей поверхности охлаждения этой полосы. В соответствии с изобретением температура металлической опорной полосы и ролика с резиноподобным покрытием, предпочтительно, поддерживается такой, которая ниже температуры, при которой происходит прочное сцепление материала покрытия с металлической опорной полосой.
Является возможным разматывание металлической опорной полосы из рулона. В соответствии с изобретением, однако, предпочтение, безусловно, отдается способу, при котором металлическая опорная полоса представляет собой бесконечную полосу, которая выполнена в виде тонкой полосы из нержавеющей стали. Эта полоса затем может быть прижата посредством ролика с резиноподобным покрытием. Этот ролик, в свою очередь, может, предпочтительно, поддерживаться приводным и охлаждаемым стальным опорным роликом. При этом сжимающая сила не вызывает изгибание оси прижимного ролика.
В соответствии с изобретением благоприятными условиями для осуществления способа согласно изобретению является следующее: температуру металлической опорной полосы поддерживают в диапазоне от 10 до 120°С, резиноподобное покрытие имеет твердость по Шору А от 50 до 90, и ролик прижимают к металлической опорной полосе с силой от 20 до 80 кг на см линии контакта с металлической опорной полосой.
Особенно предпочтительными параметрами способа является поддержание температуры в диапазоне от 30 до 75°С, твердости по Шору А равной от 70 до 85, и сжимающей силы от 30 до 60 кг на см линии контакта.
Более конкретно, температура металлической опорной полосы должна поддерживаться такой, при которой материал покрытия не может сцепляться с ней или образовывать прочное соединение с ней. Если материалом покрытия является органическое вещество, которое находится в аморфном состоянии, или форполимер, который является термореактивным или с ультрафиолетовым отверждением, температура металлической опорной полосы должна оставаться ниже температуры стеклования Tg материала покрытия.
Например, при использовании полиэтилентерефталата (у которого Tg=75°С) эта температура, предпочтительно, должна оставаться ниже 70°С. Если материалом покрытия является (полу)кристаллическое органическое вещество, температура металлической опорной полосы должна оставаться ниже температуры плавления Tm материала покрытия. Например, при использовании полипропилена (у которого Tm=160°С) температура опорной полосы, предпочтительно, должна оставаться ниже 150°С.
Температура материала покрытия, однако, должна все же предоставлять этому материалу покрытия возможность адаптироваться к микрошероховатости обрабатываемой полосы, чтобы предотвратить захват воздуха во время процесса нанесения покрытия. Материал покрытия в этом случае обеспечивает «вакуумное сцепление» с обрабатываемой полосой.
Минимальная необходимая температура является функцией различных факторов, таких как химическая структура материала покрытия, его толщина, первоначальная температура при нанесении на опорную полосу и теплосодержание этой опорной полосы.
Если материал покрытия, например пленка, является слишком холодным, такая пленка не сможет обеспечить достаточный контакт с металлической опорной полосой. Это может привести к образованию разрывов или складок пленки в слое покрытия на основе.
Наряду с новым способом изобретение также относится к новому устройству для нанесения покрытия на движущуюся металлическую полосу, содержащему средство для перемещения обрабатываемой металлической полосы, на которую наносится покрытие.
Согласно изобретению устройство отличается тем, что металлическая опорная полоса направляется по линии перемещения по ведущему ролику и ряду направляющих роликов, причем эта линия перемещения содержит практически прямолинейный участок, который проходит вдоль линии перемещения обрабатываемой полосы, причем имеется средство для подачи материала покрытия на части линии перемещения металлической опорной полосы, и устройство снабжено прижимным средством, которое контактирует с опорной полосой вдоль ее практически прямолинейного участка линии перемещения и локально прижимает опорную полосу на линии перемещения к обрабатываемой полосе, средством для выравнивания сжимающей силы по ширине металлической опорной полосы, расположенным в том месте, где прикладывается давление.
Согласно изобретению устройство также может быть выполнено в виде двусторонней конструкции, расположенной по обеим сторонам линии перемещения обрабатываемой металлической полосы. Кроме того, это устройство может быть снабжено средством для осуществления одного или нескольких описанных вариантов выполнения описанного выше способа.
Ниже изобретение поясняется более подробно со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 схематически изображено устройство для нанесения покрытия на полосу согласно изобретению.
На фиг.2 изображен другой вариант выполнения этого устройства.
На фиг.1 позицией 1 обозначена стальная полоса, служащая основой для нанесения материала 2 покрытия. Полоса 1 движется вертикально вниз. Бесконечная опорная полоса 6 из нержавеющей стали проходит по приводному ролику 4 и по направляющим роликам 7, 8 и 9.
Если на полосу 1 наносится покрытие с двух сторон, то устройство имеет симметричную конструкцию. В этом случае имеются схематически показанные на чертеже направляющие ролики 17, 18 и 19.
На фиг.1 экструзионная головка 3 расположена над роликом 4 и над бесконечной опорной полосой 6, которая направляется по этому ролику и приводится им в движение. Если экструзионная головка 3 соединена с экструдером (на чертеже не показано), то расплавленная полимерная масса может экструдироваться из головки 3 и она превращается в пленку 2 на бесконечной опорной полосе 6. Эта пленка 2 поддерживается опорной полосой 6 и, в результате, не подвергается нагрузке или деформации при транспортировке ею.
Между направляющими роликами 7 и 8 опорная полоса 6 проходит по практически прямолинейному участку пути вдоль линии перемещения обрабатываемой полосы 1. Примерно посередине этого пути опорная полоса 6 прижимается к обрабатываемой полосе 1 роликом 10 с резиноподобным покрытием. В процессе в этом месте пленка 2 прижимается к обрабатываемой полосе 1, которая предварительно нагревается печью (не показана) до температуры, при которой пленка, прижимаемая роликом 10, сцепляется с ней.
Так как температура опорной полосы 6 поддерживается при температуре ниже температуры, при которой пластическая пленка 2 сцепляется с поверхностью опорной полосы 6 из нержавеющей стали, эта пленка 2 отделяется от опорной полосы 6 после ее прохождения мимо ролика 10.
Так как опорная полоса 6 прижимается к обрабатываемой полосе 1 на практически прямолинейном пути и так как опорная полоса 6 является тонкой полосой, она легко может отслеживать профиль обрабатываемой полосы 1 особенно в устройстве двусторонней конструкции. Это дополнительно улучшается благодаря тому, что ролик 10 снабжен резиноподобным покрытием, которое выравнивает сжимающую силу, приложенную роликом 10 по ширине обрабатываемой полосы 1. Сам ролик 10 поддерживается и подвергается давлению от тяжелого охлаждаемого стального ролика 11, в результате чего ролик 10 не подвержен изгибающим нагрузкам. Предпочтительно, чтобы ролик 11 приводился во вращение.
Необходимо отметить, что опорная полоса 6 также может быть снабжена резиноподобным покрытием на задней стороне, в дополнение или вместо резиноподобного покрытия ролика 10. Выравнивание сжимающей силы резиноподобным покрытием предотвращает образование газовых пузырьков под покрытием на полосе 1. Точка, где обрабатываемая полоса 1 и опорная полоса 6 сходятся с пленкой 2, может быть расположена внутри вакуумной камеры или внутри камеры с горячим газообразным гелием под давлением выше атмосферного. Газовые затворы 12, 22 и 23 для этой цели схематически показаны на чертеже. Подробная конструкция вакуумной камеры или камеры с газообразным гелием под давлением выше атмосферного этого типа является частью обычной технологии, которая здесь подробно не описана и известна специалисту в данной области техники.
Для того чтобы обеспечить равномерную экструзию пленки на высокой скорости, может быть важным расположение вакуумной камеры 5 вблизи экструзионной головки.
Необходимо отметить, что устройство в соответствии с фиг.1 также может быть использовано с небольшой адаптацией для нанесения слоя краски на обрабатываемую полосу 1. В этом случае вместо расплавленного полимера экструдируется материал, не содержащий растворитель, который отверждается при повышенной температуре, образуя пространственную сетку. Вместо применения повышенной температуры также можно, чтобы отверждение этого материала происходило в результате облучения его светом с короткой длиной волны (ультрафиолетовым светом) или электронами (электронным лучом). Отверждение тогда происходит в месте секции повторного нагрева после нанесения на обрабатываемую стальную полосу 1 еще неотвержденного покрытия.
На фиг.2 изображен вариант устройства, показанного на фиг.1. В этом варианте пленка 2 не экструдируется на опорную полосу 6, но она, скорее, изготовлена заранее. На фигуре схематически изображена ситуация, в которой предварительно изготовленная пленка направляется через натяжную установку 13. Натянутая пленка затем размещается на опорной полосе 6 в месте расположения ролика 4. Затем происходит обработка пленки аналогично случаю с экструдированной пленкой, как описано в связи с фиг.1.
Реферат
Изобретение относится к способу нанесения покрытия на движущуюся металлическую полосу, в котором материал покрытия вводят в контакт с обрабатываемой полосой, причем температуру обрабатываемой полосы устанавливают такой, при которой материал покрытия сцепляется с нею в процессе прижима. Отличительной особенностью способа является то, что гибкую металлическую опорную полосу направляют по практически прямому линейному участку пути перемещения обрабатываемой полосы с одинаковой скоростью, материал покрытия перемещают на металлической опорной полосе до тех пор, пока он не будет находиться между обрабатываемой полосой и опорной полосой, причем металлическую опорную полосу локально прижимают к металлической обрабатываемой полосе на упомянутом пути, а в месте, где прикладывается давление, установлено средство для выравнивания сжимающей силы по ширине металлической опорной полосы. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности получения покрытия на металлической полосе (основе), не имеющее пузырьков воздуха за счет предотвращения непосредственного контакта между прижимным средством и материалом покрытия. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил.
