專利名稱：生產層壓材料的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及生產被層壓的金屬板或金屬帶的方法和設備，具體地說涉及將聚合物膜層壓到金屬帶上的熱層壓方法。
GB—1324952公開了聚丙烯膜熱層壓到金屬帶或板上，例如用于賦予金屬板以耐腐蝕性的過程。EP-0312303公開了將復合聚酯膜同時層壓到金屬帶各主要表面上的方法；EP-0312302還給出了將聚酯膜層壓到金屬的一側，而同時將聚烯烴或含聚酰胺膜層壓到金屬帶另一側的方法。
使一種或多種聚合物膜貼至第一溫度或層壓溫度T1的金屬帶上即可實現同時層壓，當金屬帶和聚合物膜經過層壓輥隙時此溫度T1不會破壞聚合物膜的外表面。但對此金屬溫度有限制，因為過熱會使聚合物膜粘在層壓夾輥上。這就是所說的“咬模(Pick-Up)”。
聚酯膜在工業層壓速度下特別會遇到微氣泡問題。這些缺陷雖然并未被認為會影響PET膜的完整性.但是它們對膜的外觀有影響并因此影響其銷售的前景。提高層壓溫度可避免這種微氣泡現象，但這樣可能引起膜在層壓輥上粘接或咬模。
聚丙烯膜的咬模更為明顯，在高于僅180℃的層壓溫度T1時就開始出現咬模。具體取決于膜的標準規格。當將聚丙烯薄膜層壓到金屬板的一側，而同時將聚酯，如PET層壓到金屬板的另一側時，層壓溫度僅為180℃時即出現聚丙烯的咬模，但PET膜的微氣泡現象在低于180℃時就已出現。
當金屬板的表面粗糙度較高時，在聚合物膜下形成微氣泡的趨向特別明顯。這種趨向隨所用膜的規格和類型改變。據認為這是由于在膜下夾存有空氣，特別是當金屬板有高的表面粗糙度時更是如此，因此產生氣泡。
因此需要一種不導致聚合物膜的微氣泡現象和聚合物在層壓輥上的咬模現象的層壓方法。
本發明提供一種生產包括帶狀金屬和聚合物膜的層壓制品的方法，包括下列步驟將金屬帶加熱到高于聚合物膜的初期粘接點的第一溫度T1；使金屬和膜在夾輥間通過使聚合物膜貼到已預熱的金屬上；將金屬層壓制品再加熱至第二溫度T2使膜與金屬板互相作用并粘接到金屬板上；和，快速均勻地冷卻層壓制品其間層壓夾輥施加大于15KN/m的夾緊力(nip force)。
如EP-0312302和EP-0312303所述，以前的工業層壓方法使用的層壓夾緊力最高達12.5kN/m。當聚合物膜是聚酯膜，特別是加有顏料的聚酯膜時，如同本發明的一樣，采用更高的夾緊力有特別明顯的優點，這是由于現已發現這種力可以減少和/或消除這種當工業層壓速度大于或等于30米/分鐘時在聚酯膜下出現的微氣泡。
一般使用的是15μm厚的透明聚酯膜和25μm厚的添加有顏料的聚酯膜，但是高于或低于這些值在工業層壓速度下都會出現微氣泡。
由于以前采用的線速度較低，故微氣泡問題以前并不明顯。此外，所使用的龐大而昂貴的重型設備限制了夾緊力。
微氣泡可能是由于金屬板和聚合物膜之間缺乏緊密接觸而引起并可通過施加更高的夾緊力而減緩。
層壓輥隙優選包括一個絕熱輥和一個導熱輥。一般絕熱輥涂有橡膠，而導熱輥是金屬的，最好是鋼制的。
也可以冷卻導熱輥，例如可通過使空氣吹到輥上或使水以直接或曲折方式流過輥。以前，兩個層壓夾輥都涂有橡膠，結果，當聚丙烯薄膜在高于180℃的溫度T1層壓時，薄膜在輥上出現咬模。聚丙烯薄膜厚度一般小于約100μm。出現咬模現象的層壓制品的質量不能被接受。
當使用導熱輥，特別是在要層壓聚丙烯(當使用聚丙烯時)的金屬板一側使用導熱輥時，驚奇地發現層壓溫度可最高達220℃而不出現咬模。
層壓夾輥最好施加至少25kN/m的力。夾緊力即層壓力通常為40kN/m，但也可最高達到或超過125kN/m。當生產速度提高時，這是有利的。
夾緊力最好由氣動裝置施加到兩個輥上，當然當施加的載荷大于40kN/m時，液壓裝置可能更具優越性。
第一溫度即層壓溫度T1可最高達到220℃。
在一個優選實施方案中，有兩種聚合物膜貼到金屬帶上，金屬帶的每一主要表面或側面貼一種，例如，在金屬帶的一側可以是聚酯膜，另一側是聚丙烯膜。熔點較低的聚合物膜一側優選使用導熱輥。在這樣的例子中，在層壓輥中金屬帶的聚丙烯一側使用導熱輥，在聚酯膜一側使用傳統的涂有橡膠的輥。
在另一實施方案中，在金屬帶的一側可使用聚丙烯流延薄膜，另一側可使用聚丙烯取向薄膜。由于聚丙烯流延薄膜在聚丙烯取向薄膜層壓必需的溫度下易于粘在層壓輥上，所以此前還不能結合使用聚丙烯流延薄膜和聚丙烯取向薄膜。因此，在本實施例中，導熱輥用于金屬帶的聚丙烯流延薄膜一側，而絕熱的傳統的涂有橡膠的輥用于聚丙烯取向薄膜一側。
根據本發明的另一方面，提供了生產包括粘到金屬基材上的聚合物膜的層壓材料的設備，所述設備包括將金屬帶和聚合物膜送到層壓輥隙的進料裝置；將金屬帶加熱至第一溫度T1使聚合物膜與金屬帶初步粘接的加熱裝置；監測溫度T1的傳感器將夾緊力調整到至少為15kN/m的調節裝置；將所得的層壓制品再加熱到第二溫度T2使膜與金屬帶互相作用并粘接到金屬帶上的再加熱裝置，和快速均勻冷卻所得的層壓產品的驟冷裝置。
調節裝置最好包括氣動裝置或液壓裝置，但是，如果不要求精確的負載量，可以使用更簡單的偏壓裝置，如壓縮或拉伸狀態的彈簧。
根據本發明的另一方面，提供了一種生產包括第一聚合物膜、帶狀金屬和第二聚合物膜的層壓制品的方法，包括下列步驟將金屬帶加熱至高于聚合物膜初期粘接點的第一溫度T1；使金屬和薄膜在夾輥間通過從而使聚合物膜貼到已預熱的金屬上，第一薄膜在金屬帶的一側，而第二薄膜在金屬帶的另一側將金屬層壓制品再加熱至第二溫度T2使膜與金屬板相互作用并粘接到金屬板上；快速均勻地冷卻層壓制品其中第一薄膜的軟化點低于第二薄膜的軟化點，夾輥的溫度不同，第一薄膜一側的夾輥的溫度低于第二薄膜一側夾輥的溫度。
溫度更低的輥可以是導熱輥，如涂有鉻層的鋼或不銹鋼制的，溫度更高的輥可為絕熱輥。或者兩個輥都可以用空氣或冷卻液有效冷卻。空氣可以“吹到”輥上，或者冷卻液可以直接或以曲折的方式流過輥。因此可在比通常用于層壓不同軟化點的膜的溫度高的溫度下進行層壓而不會出現一種膜的咬模。因此，對于PET/金屬/聚丙烯層壓制品用高層壓溫度而不出現聚丙烯的咬模或PET的微氣泡。
在一更優選的實施方案中，上述方法可以與我們共同未決的專利申請UK9306140所述的熱/冷區域結合使用。
現在僅通過實施例參照
生產層壓金屬帶的方法的優選實施方案，其中圖1說明將兩種聚合物膜層壓到金屬基材上的設備。
圖2是空氣冷卻裝置的斷面圖。
圖3是用涂有橡膠表面的夾輥時，表面粗糙度與層壓夾輥夾緊力的關系圖。
圖4是表面粗糙度與層壓速度的關系圖，表明用一個鋼制的和一個涂有橡膠的夾輥時，0.3×806mm鋼帶的速度-溫度關系。
圖5是0.23×795mm鋼帶的與圖3類似的圖。
圖6是0.17×795mm鋼帶的與圖3類似的圖。
圖7是光潔度與層壓速度的關系圖，表示0.3×806mm鋼帶的速度-溫度關系。
圖8是0.23×795mm鋼帶的與圖6類似的圖。
圖9是0.17×795mm鋼帶的與圖6和圖7類似的圖。
從圖1可看出，此設備包括第一輥10，第二輥20和第三輥30。第一輥10上有鋼帶15繞過，第二輥、第三輥上分別有聚合物膜帶25，35繞過。夾輥40，45將鋼帶15和聚合物膜帶25，35同時帶入層壓輥隙50，驟冷裝置60按EP-B-0319309將所得的層壓制品70浸沒在大量的冷卻液內。
預加熱器100位于輥10和夾輥40，45之間，用于將鋼帶15預加熱到高于膜帶25、35初期粘接點的溫度T1，然后在夾輥40、45間層壓。第二加熱器110將層壓制品70再加熱至高于鋼帶進入夾輥的溫度T1和聚合物膜25，35的熔化點的溫度T2。
通常層壓制品然后進入加熱和/或冷卻層壓制品的熱/冷區域(圖中未示出)以保證不管線速度大小(見我們共同未決的專利申請)，層壓制品都能以大體恒定的溫度T3進入驟冷裝置60。
聚冷裝置60包括盛放冷卻液75的容器65、將液體從容器65抽出的泵80、冷卻由泵80送出的液體的換熱器85以及從換熱器85接收已冷卻液體的槽90。層壓制品70經過槽90，然后完全浸沒在已冷卻的液體中。
冷卻液75在層壓制品70的涂覆表面上與層壓制品70一起從槽90到達容器60，從而延長了與環境的熱交換時間。層壓制品70繞過轉向輥95，最后在去除冷卻液的刮輪96，97間經過。
圖2為用壓縮空氣冷卻涂有橡膠的夾輥裝置。冷空氣由風機吹入部分封住一個涂有橡膠的夾輥260的冷卻裝置240內。來自風機的空氣經過孔板250、255，并沿冷卻裝置240的寬度方向分布，到達與聚丙烯膜200相鄰的夾輥260表面上。這樣使得層壓溫度升高，避免PET膜210上出現微氣泡，同時層壓到鋼質基材220的另一側而不使聚丙烯膜粘至夾輥上。實施例1增大涂有橡膠的夾輥所施加的初始夾緊力12.5kN/m，以降低當白色PET層壓到金屬基材一側，聚丙烯膜層壓到另一側時白色PET中微氣泡的量。膜表面的粗糙度可用于定量表示發生微氣泡的程度，而不是簡單地用視覺估計。
參考圖3，可以看出，隨夾緊力增加，微氣泡量降低。視覺上和從測定的白色PET膜的表面粗糙度都可明顯看出。當夾緊力增加到最高40kN/m時，表面粗糙度和表面粗糙度的范圍都降低。平均表面粗糙度值(Ra)由0.73μm降至0.34μm。產品的外觀也得以改善。
另外，對每一夾緊力實際的表面粗糙度值范圍都從0.61μm降至0.23μm，因此，增加夾緊力可以得到質量更為均一的層壓制品。
當施加更大的夾緊力時，層壓速度也由20米/分鐘增至40米/分鐘，而表面質量沒有降低，表面質量表示為以聚合物膜表面粗糙度表示的微氣泡的出現率。
據認為夾緊力升高可引起涂有橡膠的輥的溫度升高。在夾緊力為28kN/米和40kN/米時運行30分鐘后監測輥的表面溫度，但橡膠涂層溫度沒有升高。實施例2在層壓機內用一個水冷鋼輥和一個涂有橡膠的輥進行一系列實驗。調節預熱溫度、夾緊力和線速度以確定使PET膜微氣泡最少的最佳參數值。
制造一個在鋼基材一側有透明的聚丙烯，另一側有白色PET的層壓制品。鋼夾輥安裝在層壓機接受聚丙烯膜的一側。
在第一個實驗中，寬度為847mm(工業寬度)，標準規格為0.31mm的鋼帶用830mm寬，標準規格為25μm的白色PET膜和826mm寬標準規格為40μm的透明聚丙烯層壓，水冷卻系統連接成流經鋼制層壓輥的方式，線速度增至32米/分鐘。層壓溫度T1可升至220℃。
第二個實驗是在改變速度、夾緊力、鋼的標準規格和溫度時進行的。測量白色PET膜的表面粗糙度。表面粗糙度和光潔度作為衡量PET膜微氣泡含量的指標，微氣泡含量增加，表面粗糙度也增加，但光潔度降低。圖4至圖9給出了參數間相互作用的詳細情況，每一實驗都用一個水冷鋼輥和一個涂有橡膠的輥進行。
在低速(8米/分鐘)時，無論預熱出口端溫度大小如何部沒有微氣泡出現。平均表面粗糙度低，光潔度高。速度增加時，微氣泡增多。溫度T1(見圖1)從165℃升至200℃，微氣泡減少。
線速度為8米/分鐘時，不需要提高溫度T1來避免微氣泡，但是隨著線速度增加，為減少微氣泡必須提高溫度T1，速度超過25米分鐘時，溫度應接近于200℃以保證微氣泡較少。
使用一個鋼制夾輥時，夾緊力并沒有象使用兩個涂有橡膠的輥所觀察到的那樣有明顯的影響。
采用本發明的方法時，可以使用不昂貴的鋼帶。可以使用無糙面精整錫的鋼(stone finish tin tree steel)來代替昂貴的光亮精整鋼，后者迄今為止是為降低氣泡所必需的。
可以理解，以上僅用實施例說明本發明，但在不偏離本發明的范圍內可對本發明進行改變。例如，在所述的具體的實施例中，可以采用與所述不同的聚合物，且又能得到防止微氣泡之外的效果，例如，組合使用聚丙烯取向薄膜和聚丙烯流延薄膜。
權利要求
1.生產包括帶狀金屬和聚合物膜的層壓制品的方法，包括將金屬帶加熱到高于聚合物膜的初期粘接點的第一溫度T1使金屬和膜在夾輥間通過使聚合物膜貼到已預熱的金屬上將金屬層壓制品再加熱至第二溫度T2使膜與金屬板互相作用并粘接到金屬板上；和，快速均勻地冷卻層壓品其間層壓夾輥施加大于15kN/米的夾緊力。
2.根據權利要求1的方法，其中夾輥施加至少為25kN/米的力。
3.根據權利要求1或權利要求2的方法，其中第二聚合物膜層壓到帶狀金屬上，包括下列步驟將金屬帶加熱至高于聚合物膜初期粘接點的溫度T1使金屬和薄膜在夾輥間通過使聚合物膜貼在已預熱的金屬上，第一薄膜在金屬帶的一側，第二薄膜在金屬帶的另一側將金屬層壓制品再加熱至第二溫度T2使薄膜與金屬板相互作用并粘接到金屬板上和快速均勻地冷卻層壓制品其中，第一薄膜的軟化點比第二薄膜的軟化點低，夾輥有不同的溫度，在第一薄膜一側的夾輥溫度比第二薄膜一側的夾輥的溫度低。
4.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中夾輥包括一個絕熱輥和一個導熱輥。
5.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中一個夾輥有效地被冷卻。
6.一種生產包括粘接在金屬基材上的聚合物膜的層壓材料的設備，所述設備包括將金屬帶和聚合物膜送到層壓輥隙的進料裝置；將金屬帶加熱至第一溫度T1使聚合物膜與金屬帶初步粘接的加熱裝置監測溫度T1的傳感器將夾緊力調整到至少為15kN/m的調節裝置；將所得的層壓制品再加熱到第二溫度T2使膜與金屬帶互相作用并粘接到金屬帶上的再加熱裝置和快速均勻冷卻所得的層壓制品的驟冷裝置；
7.一種生產包括第一聚合物膜、帶狀金屬和第二聚合物膜的層壓制品的方法，包括下列步驟將金屬帶加熱至高于聚合物膜初期粘接點的溫度T1使金屬和薄膜在夾輥間通過使聚合物膜貼到已預熱的金屬上，第一薄膜在金屬帶的一側，第二薄膜在金屬帶的另一側；將金屬層壓制品再加熱至第二溫度T2使薄膜與金屬板相互作用并粘接到金屬板上；和快速均勻地冷卻層壓制品；其特征在于第一薄膜的軟化點比第二薄膜的軟化點低，夾輥有不同的溫度，第一薄膜一側夾輥的溫度比第二薄膜一側夾輥的溫度低。
8.根據權利要求7的方法，其中溫度更低的輥是一個導熱輥，溫度更高的輥是一個絕熱輥。
9.根據權利要求7的方法，其中溫度更低的輥有效地被冷卻。
10.根據權利要求1至9中任一項的方法，還包括在冷卻前加熱和/或冷卻已再加熱過的層壓制品，以此使得無論線速度是多少，層壓制品都以大體恒定的溫度進入驟冷段。
全文摘要
生產其中一種或多種聚合物膜在熱和壓力作用下層壓到金屬帶上的層壓材料的方法和設備。聚合物膜一般，在施力最少為15kN/m的層壓輥隙內貼到金屬帶的兩面上。夾輥有不同的溫度，一個夾輥為導熱材料，如鋼制的，另一夾輥為絕熱材料制的或者是有效地被冷卻的。這使得具有不同軟化溫度的薄膜可同時被層壓而無微氣泡或輥上的咬模。
文檔編號B29L9/00GK1123536SQ9419211
公開日1996年5月29日 申請日期1994年3月17日 優先權日1993年3月25日
發明者P·M·紐康, M·J·羅蘭, H·星, A·C·特列戈德 申請人:卡瑙德金屬箱公開有限公司