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一种聚氨酯涂敷辊及其制作方法
技术领域
本发明涉及彩色钢板生产用设备，特别是彩涂机组用的聚氨酯涂敷辊及其制作方法。
背景技术
彩色钢板产品主要应用于建材领域。家电用途产品的表面质量要求远远高于建筑用途产品。由于涂敷辊是影响钢板表面涂敷质量的关键和核心的部件，其性能的优异和稳定直接决定了家电用板表面漆膜涂敷质量的好坏。
现有的国产家电涂敷辊在使用过程中，会在家电产品表面产生条纹状缺陷以及在带钢的边部也会出现增厚的现象，严重影响家电产品的质量。低硬度聚氨酯涂敷辊由于具有高机械强度、高耐磨、良好耐溶剂的性能、表面粗糙度低等优点，在国外得到了广泛的应用。由于我国聚氨酯工业起步较晚，整体的生产与制造水平较为落后，目前国内尚无生产厂家能制造出家电板用聚氨酯涂敷辊，因此宝钢彩涂家电板用聚氨酯涂敷辊大都依附于进口。进口涂敷辊由于价格高、进口周期长、信息反馈滞后等不利因素，对宝钢家电板正常的生产运转产生较大的负面影响。经过对进口涂敷辊的检测分析，我们了解到如下参数：
1)胶层硬度(邵A)：52～58°(浅红色，美国进口)；
2)涂敷辊表面粗糙度：Ra＝0.8～1.4；
3)涂敷辊同轴度：0.05、直线度：0.05、圆跳动：0.05；
4)材质：聚酯型聚氨酯橡胶；
国外的聚氨酯弹性体有着多年的研究和实践经验，处在较高的研究和应用水平阶段。但与中国同行之间的交流仅局限于产品的应用。我们查阅了大量的文献及资料，国外关于家电板用聚氨酯胶辊的报道少之又少。目前有关聚氨酯胶辊胶层物理性能的信息整理如下：
表1
 

主要性能日本武田公司法国BAUIE公司美国UNIROYAL活化寿命(分)20～3015～2025～30硬度(JSA)585255100％拉伸(Mpa)1.672.12.5抗张强度(Mpa)91212撕裂强度(KN/m)202628回弹性(％)252625
国内聚氨酯研制力量主要集中在聚氨酯泡沫体以及中高硬度(邵A≥60°)的弹性体。从事低硬度聚氨酯弹性体(邵A≤60°)研制和生产的仅局限于几家。目前没有将其应用于彩涂机组家电产品涂敷辊的先例。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适合彩涂机组家电板涂覆使用的，具有高精度、高耐溶液性能，并能满足涂层较薄(5～6μm)，机组线速高(60～140m/min)，高表面质量、高使用寿命胶层的聚氨酯涂敷辊。
本发明的聚氨酯涂敷辊，包括一胶层，该胶层包含：聚酯二元醇50～60％，甲苯二异氰酸酯20～30％，预聚体7～10％，固化剂8～15％。
优选地，所述的聚酯二元醇是聚己二酸乙二醇丙二醇酯。
优选地，所述的预聚体是日本武田公司生产的218型号的预聚体。
优选地，所述的固化剂是日本武田公司生产的II型的固化剂。
优选地，本发明的固化剂还包含活性剂和稳定剂，优选活性剂为6～15％，稳定剂为0.2～5％。
根据本发明的聚氨酯涂敷辊胶层，若聚酯二元醇含量过少，不能和MDI等充分反应，使得游离态的NCO含量过高；聚酯二元醇过多，导致TDI等不够，产品强度、硬度不够。甲苯二异氰酸酯过多，硬度过高，甲苯二异氰酸酯过少，硬度过底。预聚体、固化剂过多，产品硬度、撕裂强度过高，涂敷效果差。预聚体、固化剂过少，硬度、撕裂强度底，回弹性差、耐磨性降低。
本发明的聚氨酯涂敷辊表面胶层的制作方法，包括如下步骤：
a)预聚步骤，将聚酯二元醇在进行脱水，加入甲苯二异氰酸酯混合后加入预聚体进行预聚反应，然后加入熔化的固化剂进行机械混合；
b)浇注步骤，在涂有粘接剂的辊芯表面浇注上述混合物；
c)后处理步骤，将浇注的上述混合物进行固化及机加工；
其中，各组分的加入量为：聚酯二元醇为50～60％，甲苯二异氰酸酯为20～30％，预聚体为7～10％，固化剂为8～15％。
优选地，所述聚酯二元醇是在约120℃脱水1小时30分钟～1小时40分钟。
根据本发明，若不在上述规定温度、时间范围内，会造成脱水不完全，残留的水分参与反应，使得制得的预聚体黏度偏大，NCO含量降低，硬度降低。
优选地，所述的预聚反应是在90～100℃反应1小时30分钟～1小时40分钟。
若温度、时间低于规定范围，预聚反应不完全；温度、时间高于规定范围，预聚反应激烈，不容易控制，容易发生事故。
优选地，浇注前辊芯上涂4～6μm的粘接剂并加热到约80℃后保持2小时～20小时。
若不在规定要求范围内，粘接剂不能充分的黏附在辊面，在以后使用过程中，会出现脱胶现象。
优选地，浇注前所述混合物在80～110℃预热约20分钟进行脱泡(以泡脱出干净为准)。
若不在规定范围内操作，会造成脱泡不完全，预聚体内残留气泡，造成成品中有大量气泡。
优选地，所述的固化是两段硫化，第一阶段在110～120℃硫化2～3小时，若不在规定时间、温度范围内，胶凝结速度过快，反应不够充分；第二阶段在100～110℃硫化10～20小时，若不在规定时间、温度范围内，MOCA等不能充分反应，会造成游离态的NCO过多，硬度偏底。
其中，所述的机加工包括：
对硫化后的包胶辊面进行粗修磨；
对粗修磨的包胶辊面进行冷却膨胀，其中冷却膨胀是指对粗修磨的辊子进行冷却，防止辊面膨胀；
测量冷却膨胀的辊面辊径；
对辊面进行精修磨。
优选地，所述的粗修磨用100目的砂带。
优选地，所述的精修磨用300目的砂带。
根据本发明的方法制作的具有胶层的聚氨酯涂敷辊的优点是：1)稳定的胶辊硬度，经检验同根胶辊的硬度偏差≤2°；优异的抗张，回弹等物理机械性能；2)优异的耐溶液性能，保证了胶辊胶层的反复使用及修磨；3)各组分之间相互补充增强，且混合均匀一致，保证了工艺的可操作性。
由于辊芯和浇注混合物之间采用可靠的粘合体系，工业性试验过程无一胶层脱壳掉块。
本发明的独特的浇注工艺，1)通过选择合适的材料，保证了混合胶料的可浇注时间；低粘度的混合物料使得胶料具有自排冲击气泡的能力；2)先进设备的使用及工艺制定的合理性，使得胶层透明，排除了杂质，缺陷出现在合格胶辊上的可能性。
反复实验与经验的不断积累促进了软质胶辊的加工工艺，使胶辊表面加工达到或接近金属加工水平。
1)胶层表面粗糙度达到≤Ra0.8，辊面无走刀纹；
2)胶辊直线度，同轴度等形位公差≤0.05mm；
3)辊胶层的尺寸公差完全符合图纸要求，辊芯的修复也符合宝钢要求；
胶辊表面质量做到无气泡，无杂质，无亮斑，无裂纹等其它缺陷。
附图说明
图1是本发明的聚氨酯涂敷辊的示意图。
图2是本发明的聚氨酯涂敷辊的胶层制作工艺的一个具体实施方式的流程图。
附图标记说明
1  聚氨酯胶层
2  轴辊
3  轴径
4  轴头
具体实施方式
以下通过实施例并结合附图较为详细地介绍本发明。
1、主要原辅材料
A.聚酯二元醇
学名：聚己二酸乙二醇丙二醇酯
外观：白色蜡状固体或无色透明粘稠液体
分子量：1400～2000(数均)
含水量：≤0.02％
羟值：60～80(mgKOH/g)
酸值：1～3(mgKOH/g)
添加量为60～60％。
B.甲苯二异氰酸酯(TDI)(日本三井或美国BASF)
外观：无色至浅黄色透明液体
纯度：≥98％
水解氯：0.01～0.06％
添加量为20～30％
C.预聚体：日本武田公司生产的型号为218的产品，添加量为7～10％。
D.固化剂：日本武田公司生产的II型号固化剂，添加量为6～15％；日本武田公司生产的II型号的活性剂及稳定剂，添加量为0.2～5％。
E.粘接剂；洛德橡胶化学(上海)有限公司的以商品名“开姆洛克”出售的型号为218的产品。
F.自制胶料促进剂(即白碳黑、预聚体混合)。
以上各种原材料均预先脱水或保持干燥，使水份含量尽可能的低。最好含水量小于0.0015％。
图2是本发明聚氨酯涂敷辊的胶层制作工艺的一个具体实施方式的流程图。
模具和辊芯的准备
清理模具，均匀地涂刷隔离剂；配好工装，保证模具的密封性。
检验待用辊芯2，合格的辊芯进行喷砂处理，再用溶剂清洗其表面。待溶剂挥发后，在辊芯表面均匀一致地涂刷粘接剂。
将已刷粘接剂的辊芯2装入模具中，送入烘箱中进行加热，并控制加热时间和温度在110℃-120℃温度下，加热时间不小于6小时，待用。
其中，由于生产的胶辊表面硬度低，生产过程中又长期处于高温状态(120℃*24小时)，且在使用过程中受溶液长期浸泡并高速旋转，因此要求胶层与辊芯之间的粘合强度高，且粘合层薄，以防溶液的浸入。优选地采用美国UNIROYAL公司生产的新型粘接剂力克松。
预聚步骤：
1)混合，研磨
先将已脱水或干燥的原材料按配方要求混合，搅拌后置于90℃烘箱中烘15～30分钟，以利于降低混合物粘度和增加填料的分散性。
利用分散工艺，将混合物充分搅拌，使溶液中物质均匀分布，充分的混合渗透。
2)预聚
将均匀的混合物计量倒入反应釜中，进行脱水反应，使水份含量尽可能的低，最好为小于0.0015％。
按配方计算甲苯二异氰酸酯的投入量，待混合物冷却至75℃以下时投入甲苯二异氰酸酯，进行预聚反应。
预聚结束之后进行脱水。取样分析预聚体的NCO％(NCO指有机异氰酸酯化合物中活泼的异氰酸根基团-N＝C＝O)，待用。
浇注步骤：
使用任何适宜的浇注机进行浇注，保证胶层各组分混合均匀，各段性能一致；
胶辊加工按照新制定的加工工艺进行，以使胶辊表面质量符合图纸及生产要求。
在预聚体中加入稳定剂，以降低其反应速度，延长可浇注时间；使各组分物料在混合前充分烘干，脱泡，使其含水量最低；各组分物料混合后，通过高速均质搅拌，脱泡，尽量减少冲击气泡；合理控制模具温度及物料粘度，使混合物料产生的机械冲击泡自行消除。
胶层加工工艺：
因胶层的表面粗糙度，形位公差，尺寸公差的要求接近钢铁加工，我们采用了精车切削，用320^#砂带砂平，用400^#砂带精磨，预处理，600^#～1000^#砂带抛光的分档次磨削抛光的新工艺，使胶辊表面符合要求。
根据本发明的方法制作涂敷辊具有如下优点：
1.涂敷辊的物理机械性能(常温25℃条件下测试)如表2所示。
表2
 生产    批次硬度      (邵A)扯断  伸长率      (％)  扯断 强度      (MPa)永久变形    (％)撕裂  强度        (kN/m)    回弹(％)           磨耗       (cm³/1.6km)一 5350019337420.84二5549020336420.4三5342022340410.68
注：①以上数据由江苏省橡胶杂件制品质量监测站提供；
②数据的测试来源于与胶辊同期生产的样本。
2.配方胶料物理机械性能优良
1)稳定的胶辊硬度，经检验同根胶辊的硬度偏差≤2°；优异的抗张，回弹等物理机械性能，远远超出同类硬度的国产合成橡胶，与国外同类产品相当。
2)优异的耐溶液性能，保证了胶辊胶层的反复使用及修磨。
3)各组分之间相互补充增强，且混合均匀一致，保证了工艺的可操作性。
4)可靠的粘合体系，采用新型粘合体系，工业性试验过程无一胶层脱壳掉块。
3.独特的浇注工艺
1)通过选择合适的材料，保证了混合胶料的可浇注时间；低粘度的混合物料使得胶料具有自排冲击气泡的能力；
2)先进设备的使用及工艺制定的合理性，使得胶层透明，排除了杂质，缺陷出现在合格胶辊上的可能性。
4.反复实验与经验的不断积累促进了软质胶辊的加工工艺，使胶辊表面加工达到或接近金属加工水平。
1)胶层表面粗糙度达到≤Ra0.8，辊面无走刀纹；
2)胶辊直线度，同轴度等形位公差≤0.05mm；
3)辊胶层的尺寸公差完全符合图纸要求，辊芯的修复也符合宝钢要求。
5.胶辊表面质量做到无气泡，无杂质，无亮斑，无裂纹等其它缺陷。
以上通过具体实施例对本发明进行了较为详细的说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明构思的前提下还可以有更多其他实施例。