本申請(qǐng)要求2014年6月23日遞交的美國專利申請(qǐng)14/311533號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其通過引用而整體合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本文描述了用于生產(chǎn)聚合物膜并將聚合物膜涂覆到制品的表面(例如但不限于汽車車身或其一部分的表面)的方法和設(shè)備，其中，該設(shè)備包括涂覆器，該涂覆器被配置為液壓輸送具有受控的寬度、厚度和邊緣特性的基于聚合物的層流狀帶。

背景技術(shù)：

已知，用預(yù)制且噴涂的聚合物膜來保護(hù)汽車和汽車部件的已涂漆外表面以減小在裝運(yùn)、儲(chǔ)存和使用期間損壞的可能性。已經(jīng)存在與涂覆這種膜有關(guān)的許多問題。噴涂引起了對(duì)在空氣中及在制品的不需要涂布的部分上的過度噴涂進(jìn)行處理的需要。此外，通常需要使用溶劑來除去膜。預(yù)制涉及：首先擠出薄片形式的塑料薄膜；其次，將塑料膜層壓到紙質(zhì)背襯上，從而它能被卷起以便裝運(yùn)或存儲(chǔ)。當(dāng)將膜涂覆到例如汽車時(shí)，需要若干勞動(dòng)者展開紙質(zhì)背襯的膜，將膜放置在汽車上，除去紙質(zhì)背襯，并使膜平滑。其結(jié)果是該可剝離膜不需要除去溶劑或洗滌劑，但是制造和涂覆過程是勞動(dòng)密集型的，因此涉及大量的費(fèi)用。

還已知，將彈性保護(hù)性聚合物材料(例如PVC)的膜或涂層涂覆到汽車車身的車門檻板上，從而起到防碎屑涂層的作用。通常在涂漆階段期間將涂層噴涂到車輛車門檻板上，并使用例如紅外輻射進(jìn)行干燥或固化。這種噴涂的涂覆方法需要小心地掩蔽車輛的車身以防過度噴涂，而過度噴涂防護(hù)是勞動(dòng)密集型的。掩蔽物也必須被除去并處理，從而進(jìn)一步增加該方法的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一般來說，該文件公開了通過可控地液壓釋放出或“擠出”未霧化且具有可控的寬度、厚度和邊緣特性的基于聚合物的材料的層流狀帶能將面積大和面積小的基于聚合物的膜直接涂覆到部件(諸如汽車車身部件)的方式。這實(shí)際上消除了與現(xiàn)有技術(shù)噴涂方法相關(guān)的問題。

本文描述的主題的第一方面是用于通過層流狀擠出的工藝產(chǎn)生與待上涂層的表面緊鄰的已流化聚合物材料的帶而不使該材料霧化的涂覆器模具。涂覆器模具能被設(shè)計(jì)并且經(jīng)機(jī)械手引導(dǎo)而以低勞動(dòng)力成本以精確的方式來動(dòng)態(tài)且一致地鋪設(shè)具有所需寬度、長度、厚度和邊緣特性的聚合物膜。盡管本文所述的實(shí)例涉及相當(dāng)平坦的表面，但涂覆器可以被配置成符合彎曲或復(fù)雜的表面。本文所述的涂覆器可以說是將層流狀的乳化聚合物材料“液壓擠出”成具有良好控制的邊緣一致性和厚度的帶。當(dāng)用于生產(chǎn)汽車車身用的保護(hù)層時(shí)，消除了預(yù)先擠出膜并將膜涂覆到紙質(zhì)背襯的現(xiàn)有技術(shù)步驟，因?yàn)橐龑?dǎo)涂覆器的機(jī)械臂能被移位以產(chǎn)生多條重疊的一起覆蓋大的不間斷區(qū)域的帶。而且，下文詳細(xì)描述的涂覆器可以是“雙向的”，因?yàn)樗軌虍a(chǎn)生相鄰的平行的塑料膜的帶，而沒有用于反轉(zhuǎn)的移位旋轉(zhuǎn)，即，涂覆器能在其行進(jìn)方向上反轉(zhuǎn)。此外，涂覆器能被用于將不同目的用的不同材料涂覆到水平表面、豎直表面和倒置表面，無論表面是平的，凹的或凸的。所得膜易于剝離并易于處理或回收。

本文描述的主題的另一方面是上述涂覆器模具在將聚合物材料(諸如聚乙酸乙烯酯(PVA)的水性溶液)的保護(hù)膜涂覆到汽車車身或其部件的拋光表面(finished surface)中的應(yīng)用，其中，在不使用洗滌劑、溶劑的情況下，保護(hù)涂層在固化后易于便利地剝離。由于上述原因，這種方法很高效，部分是由于能夠簡單地通過使涂覆器移位進(jìn)行以前后方式涂覆重疊聚合物帶的涂覆來執(zhí)行，而不需要涂覆器在平行運(yùn)行之間旋轉(zhuǎn)180°。涂覆器本質(zhì)上能夠相對(duì)于待涂覆表面以涂覆材料從涂覆器模具釋放出的速度移動(dòng)。已實(shí)現(xiàn)了約1500mm/s的速度。然而，平移速度會(huì)在涂覆與涂覆之間變化。

如本文進(jìn)一步描述的，涂覆器模具包括具有入口的主體、狹長的槽狀出口和用于將來自入口的材料分配到出口的坑道。如說明性實(shí)施方式中所示，出口結(jié)構(gòu)主要部分能夠由墊片或間隔件而確定。模具產(chǎn)生連續(xù)的(即未霧化的)材料的液壓層流狀帶，該材料在從槽中出現(xiàn)之后短暫地發(fā)散，然后匯合或變窄，從而提供在涂覆器出口和目標(biāo)表面之間的可用距離的幅度范圍。模具到目標(biāo)的間隔優(yōu)選被選擇成在其最大的帶寬度處涂覆膜。模具還能被配置成控制整個(gè)帶的厚度，使其在外側(cè)邊緣附近比中間更薄或更厚。當(dāng)邊緣較薄時(shí)，帶重疊區(qū)域可以不大于約等于帶中心的厚度，從而平衡最終的已涂覆膜區(qū)域的所有部分的干燥時(shí)間或固化時(shí)間。該工藝要求可以隨工作不同變化，從而需要使用本文教導(dǎo)的配置變化。

本文公開的主題的另一方面是上述涂覆器模具在將防碎屑涂層涂覆到例如汽車車身的車門檻板上的應(yīng)用。在這種情況下，所涂覆的材料可以是乳化聚氯乙烯(PVC)的無定向的(即，未霧化的)層流的帶。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在涂覆基底和透明涂層之前，PVC帶被涂覆到預(yù)先涂覆到車門檻板上的底漆上。已確定，在涂覆漆或透明涂層之前不必等待PVC帶完全干燥(即，最終涂層可以“濕對(duì)濕”地涂覆)，大大減少了生產(chǎn)時(shí)間并且完全消除了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所需的掩蔽和噴涂的需要。

考慮以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書(下文將簡要進(jìn)行描述)，本文公開的主題的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和特性，以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件操作方法和功能以及部件的組合和制造的經(jīng)濟(jì)性變得更加明顯。

附圖說明

本文的描述提及了附圖，其中，幾個(gè)圖示中的相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，并且，其中：

圖1是如本文所述的涂覆器模具的透視圖，該涂覆器模具被安裝到機(jī)械臂上并且用于將保護(hù)膜涂覆到汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上。

圖2是機(jī)械手移動(dòng)的涂覆器模具在完全覆蓋汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋中的運(yùn)行的典型模式的示意圖；

圖3是由圖2的運(yùn)行模式鋪設(shè)的帶的平面圖。

圖4是本文教導(dǎo)的用于車門檻板上永久保護(hù)膜的另一應(yīng)用的透視圖；

圖5是如下面說明書描述的涂覆器的分解圖；

圖6是圖4的應(yīng)用的截面圖；

圖7是從涂覆器模具中出來的材料帶的圖，該圖示出了該材料帶是如何盡管匯合也使得模具出口到目標(biāo)表面的距離的幅度范圍很大；

圖8是本文描述的一個(gè)方法的框圖；

圖9是另一個(gè)方法的框圖；并且

圖10是完整系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，示出了涂覆器模具10被安裝到能夠在三維空間中移動(dòng)涂覆器模具并且使涂覆器模具繞多軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控多軸機(jī)械手14的臂12的端部上。機(jī)械手本身是常規(guī)的。涂覆器模具10經(jīng)示出為參與了將80mm寬的聚合物膜的帶16、17涂覆到機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的過程，該機(jī)動(dòng)車輛已被涂漆并且基本上完全組裝、準(zhǔn)備裝運(yùn)到經(jīng)銷商。在圖1中，通過沿著如圖1所示的稍微彎曲的路徑從右向左移動(dòng)機(jī)械手，已將第一帶16涂覆到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋18的最后部分，即，最接近汽車擋風(fēng)玻璃的部分。然后機(jī)械手使臂12朝車輛的前部移位，并且如在圖1中示出為從左向右移動(dòng)橫跨發(fā)動(dòng)機(jī)蓋18涂覆第二帶17的過程。每條帶約80mm寬，邊緣與邊緣之間厚度略有變化，并且與相鄰的一條或多條帶具有約1-7mm的重疊部分。這種特定應(yīng)用的優(yōu)選厚度分布為在帶的邊緣處比在帶的中心處更薄，使得重疊區(qū)域在總厚度上約等于中心處的帶厚度。在約70°F至120°F的溫度和約12000厘泊的粘度下，所涂覆的材料是聚乙酸乙烯酯(PVA)的水性溶液。在閉合溫度(close temperature)和流速控制下，通過供應(yīng)管道20將材料供應(yīng)到涂覆器模具10；通過導(dǎo)管21供應(yīng)溫度受控的液體。來自涂覆器的材料的流速能夠例如高達(dá)約2000mm/s，并且機(jī)械手14使涂覆器模具10相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋18的表面以大約相同的速率移動(dòng)。涂覆器模具10的材料出口與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋18的表面之間的間隔為約15mm，在下文描述的模具實(shí)施方式中，該間隔即為使帶在帶的最大寬度處接觸目標(biāo)表面的間隔。在說明性的情況下，在所涂覆的材料中聚合物與水的比率為約50/50，但會(huì)隨著涂覆而變化。這些圖以示例的方式給出。機(jī)械手速度、擠出速率、間隔和乳液的比率都可以根據(jù)需要而變化。帶的速度可以例如小于機(jī)械手速度的一半或是機(jī)械手速度的兩倍。

現(xiàn)參見圖2和圖3，通過交叉移動(dòng)來完全覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)蓋18，從而以往返的方式產(chǎn)生帶16a、16b、16c和16d，機(jī)械手用于使涂覆器向前移位僅小于所涂覆的帶的寬度，但是不需要使涂覆器模具10旋轉(zhuǎn)180°，因?yàn)橥扛财髂＞?0是完全雙向的，即，它沒有“前”側(cè)并且在與正在涂覆的材料的表面完全正交的空間取向中操作，或者可能被認(rèn)為對(duì)覆蓋平行重疊帶的起始邊緣和終止邊緣是不重要的。

如圖2和圖3所示，以往返重疊的帶的方式將材料涂覆到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的表面，直到涂覆了最前面的帶16d，此時(shí)，如圖2所示，使涂覆器旋轉(zhuǎn)90°并沿著帶16e移動(dòng)，以覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的左邊緣和橫向帶的端部。如圖3所示，然后使涂覆器移動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的右上部分，以涂覆最終的帶16f。應(yīng)注意，材料不沿著車輛車身接縫進(jìn)行涂覆。圖2和圖3中的帶的模式僅是說明性的。

現(xiàn)參見圖5和圖6所示，涂覆器模具10被稱為“涂覆器模具”，因?yàn)閺钠浒l(fā)出(issue)的帶基本上被液壓層流化，與被霧化或被充氣以生產(chǎn)顆?；蛞旱蔚摹皣婌F”截然相反。術(shù)語“液壓擠出”在本文中用于表示通過液壓(而非通過空氣或其它可壓縮推進(jìn)劑)推進(jìn)的層流或未霧化的流體。該流中沒有液滴或噴霧特性。涂覆器模具10顯示出包括塊體23和28。塊體由具有底圓角和斜接頂角(以減輕重量)的約3¹/₂英寸長2英寸高的固體不銹鋼加工而成。在組裝情況下，塊體23和塊體28之間的是由具有定位孔42的較軟材料(諸如黃銅)制成的墊片或金屬間隔件26，使得它可被精確地定位到導(dǎo)向銷40上，導(dǎo)向銷40被插入塊體23的內(nèi)表面41中精確定位的孔中。涂覆器模具組合的第四主要元件是閥30，閥30有助于產(chǎn)生如下文所解釋的更敏捷的切斷(cutoff)。

塊體23經(jīng)顯示為包括有螺紋的材料進(jìn)入端口22。該有螺紋的材料進(jìn)入端口22向下延伸大致到塊體的中心，該塊體的中心與向前指向的通道32連通，反過來，該向前指向的通道32將材料供應(yīng)到加工出的淺溝槽的坑道，該淺溝槽包括具有相同深度的分叉支腿34、36和溝槽38的水平橫腿。水平溝槽50形成在塊體28的內(nèi)表面31中，與塊體23的溝槽38完全對(duì)齊。如圖5所示，間隔件26齊平地配合塊體23的內(nèi)表面41，以覆蓋坑道的支腿34和36的大部分；墊片具有帶有略微張開的腿部46、484的下部缺口(cutout)44，以在塊體23的內(nèi)表面41和塊體28的內(nèi)表面31之間提供厚度均勻的間隙，使得材料從水平溝槽38和50向下流動(dòng)并通過涂覆器的底部出口58向外流出。如圖6所示，出口邊緣49和圓角51的擴(kuò)口產(chǎn)生帶53，雖然帶53在離開涂覆器模具10之后立即發(fā)散或變寬，但是由于表面張力而自行匯合。如圖6所示，這種現(xiàn)象組合增大了涂覆器模具10的出口和目標(biāo)表面之間的可用距離。帶優(yōu)選在其最大寬度的點(diǎn)處接觸目標(biāo)表面。

塊體28具有定位孔52。定位孔52接收導(dǎo)向銷40，并且相對(duì)于對(duì)面塊體23的面42以及間隔件26的隱藏面定位塊體28。塊體28具有單個(gè)水平溝槽50。水平溝槽50與溝槽38對(duì)面，但它們?cè)陂g隔件26的缺口44內(nèi)共同延伸，使得能用PVA材料填充由兩個(gè)溝槽38、50形成的水平流體室，同時(shí)防止側(cè)向流出以及在間隔件和塊體23的內(nèi)表面41之間向上流動(dòng)。當(dāng)需要切斷時(shí)，孔56與閥30合作從流動(dòng)室中拉出銷61。這迅速地提高了腔室體積并相應(yīng)地降低了室壓，產(chǎn)生了輕微負(fù)壓，使得材料拉回，從而得到更干凈的切斷。

當(dāng)出于保護(hù)原因而被涂覆到已涂漆表面時(shí)，所涂覆的材料是乳液(在一個(gè)實(shí)例中，含有約50％水和50％聚合物)形式的聚乙酸乙烯酯。在分配時(shí)，從涂覆器模具10中釋放出的材料的寬度為約80mm，即，略寬于溝槽38、50的寬度。這是由于材料被略微扇出。此后，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)材料由于表面張力而開始匯合。因此，由圖7可見，優(yōu)選保持涂覆器模具10的出口58與涂覆帶到其上的表面之間的間隔，以在最大厚度點(diǎn)處或其附近涂覆材料。

如上所述，能夠以選定的速率在目標(biāo)表面上方移動(dòng)涂覆器模具10，同時(shí)使材料從其中分散或擠出。考慮到重疊區(qū)域的厚度不是帶的總厚度的兩倍，這產(chǎn)生了較短的干燥時(shí)間。當(dāng)放置在紅外烘箱中時(shí)，已經(jīng)顯示出在180℃的溫度下約15分鐘的干燥時(shí)間是可能的。也能使用對(duì)流干燥。

應(yīng)注意，就像典型的噴涂型偏轉(zhuǎn)涂覆器的情況一樣，在與目標(biāo)表面正交而不是在與流動(dòng)方向成角度或傾斜的位置操作涂覆器模具10。還應(yīng)注意，所擠出的正在涂覆的材料的帶不是顆粒的或霧化的；相反，它是以層流形式并以所需速率向外和向下移動(dòng)的材料的完全且連續(xù)的帶。因?yàn)橥扛财魇请p向的，所以它不必通過在方向相反的平行路徑之間的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向，并且這也提高了汽車車身部件(例如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋)能被覆蓋的速率。在上涂層之后，該部件進(jìn)入烘箱進(jìn)行更快速的固化。圖7示出了膜在離開涂覆器模具10時(shí)的表現(xiàn)如何。帶53由于模具出口槽的發(fā)散形狀而發(fā)散，然后由于表面張力而匯合。模具到靶的間隔優(yōu)選為在最大帶寬度的點(diǎn)處將帶涂覆到目標(biāo)表面。

圖8是涂覆汽車的保護(hù)膜的方法的示意圖。如圖例所示，第一步驟100是在重疊交替的沖程中涂覆乳液。第二步驟102是用紅外輻射干燥乳液。在制造的汽車的情況下，第三步驟104是裝運(yùn)受保護(hù)的車輛，并且，最終步驟106，通常由經(jīng)銷商執(zhí)行，從車輛上剝離涂層并且以環(huán)境適當(dāng)?shù)姆绞教幚硭Ｋ旰玫貏兟?，并且材料能被回收?/p>

圖4和圖9示出了使用涂覆器模具10的替代方法或另外方法。該方法包括以常規(guī)方式將底漆涂覆到汽車車身300的車門檻板的第一步驟200。此后，在步驟202中使用運(yùn)載基本上如圖5和圖6所示并且如上所述的涂覆器模具10的機(jī)械手302，以將PVC乳液涂覆到涂有底漆的車門檻板上作為防碎屑涂層。應(yīng)理解，就像圖1的膜涂覆器的情況一樣，涂覆器模具10具有運(yùn)行它的材料和冷卻劑供應(yīng)管線。在這種情況下，聚氯乙烯溶液或乳液包括以厚度適當(dāng)?shù)膸扛驳挠袡C(jī)溶劑中的聚合物，而車門檻板基本上是豎直的?？紤]到材料具有約50000厘泊的粘度的因素，憑經(jīng)驗(yàn)確定溫度、間隔和涂覆率。已發(fā)現(xiàn)，額外的車身色漆在PVC帶干燥之前能在步驟204中被涂覆到PVC帶上；即，色漆能以“濕對(duì)濕”的方式進(jìn)行涂覆。由涂覆器生產(chǎn)的PVC表面是光滑且厚度均勻的。在此實(shí)施方式中，僅需要沿著車門檻板的一次行程。

相對(duì)于將涂層噴涂在汽車上的現(xiàn)有技術(shù)方法，使用防碎屑涂層的這種方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。噴涂需要對(duì)整個(gè)車輛進(jìn)行掩蔽以保護(hù)其免受對(duì)漆飾面非常不利的過度噴涂。因此，這種方法消除了對(duì)車輛進(jìn)行掩蔽以及除去并處理掩蔽材料的需要。此外，與由噴涂產(chǎn)生的粗糙外觀相比，層流狀帶提供光滑且光澤的外觀。

在這種情況下，圖10是涂覆PVA膜作為保護(hù)涂層的代表性系統(tǒng)的示意圖。然而，對(duì)于所有應(yīng)用，對(duì)該系統(tǒng)的關(guān)鍵是相同的。如圖所示，將材料從滾筒60、62供應(yīng)通過與Y導(dǎo)管68連接的管線64和66，并從管線64和66供應(yīng)到具有排出管的平行支腿70、72。導(dǎo)管74從支腿72流過過濾器76并從過濾器7流入由溫度控制器82控制的熱交換器78。最后，材料流入供應(yīng)涂覆器模具10的導(dǎo)管80。液體填充的清潔備用站84在處于待用位置的涂覆器模具10附近，并且具有能根據(jù)需要而被激活的內(nèi)部刷。在PVA水性乳液的情況下，流體是水。能吹干涂覆器的清潔站86緊鄰清潔備用站84。凈化站90可以根據(jù)需要而被使用。

總而言之，涂覆器模具10以高速率和改進(jìn)的邊緣控制的方式一致地分配厚度均勻的材料帶。水性乳液中的PVA用于圖8的保護(hù)膜涂覆過程中。有機(jī)乳液中的PVC用于防碎屑涂層。這兩個(gè)實(shí)例證明了膜帶能被涂覆到水平表面以及豎直表面。它們也能被涂覆到倒置表面和彎曲表面。

雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施方式，而相反，本發(fā)明旨在涵蓋被包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置，該范圍符合最寬泛的解釋，從而涵蓋法律允許的所有這樣的修改和等同結(jié)構(gòu)。