专利名称：防止在材料层压过程中产生缺陷的装置和方法
技术领域：
本发明总的涉及一种在材料层压过程中防止产生诸如褶皱和皱纹之类的缺陷的装置和方法。尤其是，本发明可涉及一种在将上色材料层压于一起时，防止或除去这些材料中的诸如褶皱和皱纹之类的缺陷的装置和方法。
背景技术：
热层压操作需要对两个或更多个待层压材料施加热量和压力。这些材料可以呈单片状或卷幅状。层压时的一个目标是施加足够的热量和压力，以完成层压操作。理想的是，应在没有造成过多收缩或扩张，以及褶皱、皱纹或卷曲的情况下实现该目标。
在层压诸如印刷工艺用的上色材料之类的材料时，可能产生特定的缺陷。这些额外的缺陷例如包括波纹、网纹、色密度损失和微气泡。波纹是皱纹的一种，它沿材料的长度对角地倾斜，因此被称作“圣诞树”波纹。网纹是由许多交叉的皱纹形成的另一种缺陷，它使受影响区域的外表很难看。色密度损失是指在叠合层内的颜色出现不希望有的褪色和/或不一致。
已经采取几种方法来基本解决起褶皱和其它由热层压工艺所造成的缺陷。美国专利4,861,409描述了一种热层压工艺，它可自动调节两个接触膜片与热轧辊之间的距离。这样即使在层压线速度变化时也可保证传递到膜片的热量恒定。恒定的热量是指在不产生过热的情况下提供足够的粘结强度，因为过热会使膜片变皱和变模糊。此项发明的发明人称该发明在层压工序开始后或是层压工序停止前时尤为有用。但是，该方法并没有令人满意地解决起皱问题，也没有解决上述其它问题中的任何一个。
美国专利4,946,640描述了一种装置，它具有一导向件表面，并对层压材料施加真空。真空产生一个跨过层压材料宽度的基本均匀的拉力。发明人称该拉力能消除必然会产生于导向件表面的皱纹。然而，该方法相对来说太复杂太昂贵，涉及到加入和维护真空供给设备的额外费用。
印刷工艺用材料特别容易产生波纹、网纹和色密度损失。某些印刷工艺材料的层压一般涉及到将四种颜色从四个薄膜底色片(蓝绿色、深红色、黄色和黑色)转印到一张纸基片上。将第一种色片层压到基片上而形成一样张，然后使它曝光，以形成一第一种颜色图象。而后，将色片背衬从位于基片后面的色片上剥去，至少留下一部分有色材料。其余的三种颜色可以用同样的方式转印到基片上并曝光。基片上产生的该四色图象还可以先形成于一转印片上，最后再从转印片转印到基片上。色片和转印片一般包括一聚酯薄膜背衬，其中，基片一般包括一纸背衬。
用来层压这些材料的已有装置和方法无法令人满意地进行热层压材料，同时使皱纹、卷曲、波纹、网纹和色密度损失减到最小限度。
发明概要本发明克服了以上这些问题，提供了一种使所述的缺陷降到最小限度的装置和方法。本发明的一实施例包括一个用于热层压材料以形成一叠合层并用于引导该叠合层的装置。该装置具有一第一层压部件和一用于将第一层压部件加热至一第一温度的第一加热装置。对应于第一层压部件设置有一第二层压部件，以使材料穿过第一和第二层压部件之间，将材料加热至层压温度，并使第一和第二层压部件能对材料施加压力而形成叠合层。对应于第一和第二层压部件设置有一第一导向件，以使第一导向件能将该叠合层转向与第一层压部件分离的第一方向。使叠合层转向第一方向可使该叠合层具有一个弧度。对应于第一导向件设置有一第二导向件，以使该第二导向件能使叠合层转向第二方向。将叠合层从第一方向转向第二方向，使得弧度反过来。
另一实施例包括一个用于热层压材料以形成一叠合层并用于引导该叠合层的装置。该装置具有将材料从第一材料温度加热至第二材料温度的装置。还具有对材料施加压力的装置。该施压装置操作性地连接于加热装置，使得压力在加热装置已将材料加热至第一温度以上时被施加到材料上，以形成叠合层。该施压装置设置成使得叠合层在被施加压力时是沿原来的方向行进。对应于加热装置和施压装置设置有一第一导向件，以使第一导向件能将叠合层转向不同于原来方向的第一方向。对应于第一导向件设置有一第二导向件，以使第二导向件能叠合层转向第二方向。第二方向与第一方向不同，与原来方向相同。
另一实施例包括一个用于热层压材料以形成一叠合层并用于引导该叠合层的装置。该装置具有一上受热辊和设置得比该上受热辊低的一下受热辊。材料可以沿原来方向行进于上受热辊和下受热辊之间，使得该上受热辊和下受热辊对材料施加压力和热量，以形成叠合层。将下受热辊加热到一个低于上受热辊的温度。对应于上受热辊和下受热辊设置有一第一导向件，以使该第一导向件将叠合层向下与上受热辊分离，并转向朝向下受热辊的第一方向。对应于第一导向件设置有一第二导向件，以使该第二导向件将叠合层转向与下受热辊分离的第二方向。
另一实施例包括一个用于热层压材料以形成一叠合层并用于引导该叠合层的装置。该装置具有一支架一支承于该支架的一层压组件。支架可具有一组件表面，材料可跨设于该表面上。相邻于该组件表面设置有一第一层压部件。具有将第一层压部件加热至一第一温度的装置。对应于组件表面和第一层压部件设置有一第二层压部件，以使材料能从组件表面开始移动，并通过第一和第二层压部件之间，因而使热量和压力在材料通过第一和第二层压部件之间时施加于该材料上，以形成叠合层。对应于层压组件在支架上支承有一导向组件，以接收和引导来自层压组件的叠合层。该导向组件具有一对应于第一和第二层压部件而设置的第一导向件，以使该第一导向件能将叠合层转向翻离第一层压部件的第一方向。将叠合层转向第一方向，使得该叠合层具有一个弧度。对应于第一导向件设置有一第二导向件，以使该第二导向件能将叠合层转向第二方向。将叠合层从第一方向转到第二方向，使得该弧度反过来。
另一实施例包括一个将材料热层压于一起而形成一叠合层和引导该叠合层的方法。该方法包括将一第一层压部件加热至第一温度。另一个工序是将一第二层压部件加热至一第二温度，该第二温度低于第一温度。另一个工序包括使材料通过第一和第二层压部件之间。对应于第一层压部件设置有一第二层压部件，使得第一和第二层压部件能将热量和压力施加于材料上，以形成叠合层。另一个工序包括将出自第一和第二层压部件之间的叠合层沿第一方向翻离第一层压部件。将叠合层转向第一方向，使得该叠合层具有一个弧度。另一个工序包括将叠合层转向第二方向。将叠合层从第一方向转到第二方向，使得该弧度反过来。
另一实施例包括一个将一第一上色材料片热层压于一第二上色材料片上而形成一叠合层和翻转该叠合层的方法。该方法包括将一第一层压部件加热至第一温度。另一个工序包括将一第二层压部件加热至一第二温度，该第二温度低于第一温度。另一个工序包括使第一和第二上色材料片通过第一层压部件和第二层压部件之间。第二层压部件对应于第一层压部件而设置，使得当材料通过第一和第二层压部件之间时，热量和压力被施加于第一和第二上色材料片上，以形成叠合层。另一个工序包括将出自第一和第二层压部件之间的叠合层沿第一方向翻离第一层压部件，使得该叠合层具有一个弧度。另一个工序包括将叠合层转向第二方向。将叠合层从第一方向转到第二方向，使得该弧度反过来。
附图简述通过下面的描述和附图，将更容易理解本发明的上述优点、结构和操作，附图中
图1是本发明一实施例的侧视图，该实施例包括两个层压辊和两个导向件，其中示出两个在插入层压轧辊之间之前的片材；图2是图1所示实施例的侧视图，其中示出两个片材正处于层压轧辊之间；图3是图1和图2所示实施例的立体图；图4是图1、2和3所示本发明一实施例的立体图，其中还包括一支架。
较佳实施例详述图1中，示出材料10正被插入一热层压装置12。可以用手或用驱动辊(未示出)将材料10插入该热层压装置12。所示的材料10包括两片上色材料，基片14和色片16。其它种类的材料可以按类似的方式进行层压。
该热层压装置12包括一第一层压部件18、一第二层压部件20、一第一导向件22和一第二导向件24。所示的层压部件18是一第一轧辊，但也可以用其它形式的层压部件，例如，一系列小轧辊、一条或多条皮带等等。所示的第二层压部件20是一第二轧辊，但也可能是其它类似的替代实施例。
可以将第一和第二层压部件18、20加热至相同或不同的温度，并驱动它们以传送材料10。第一和第二层压部件18、20可以均由一种覆有聚合涂层的聚合柱形芯、金属柱形芯，或是一种金属柱体制成，如本技术领域中所公知的。例如，第一层压部件18可以包括一覆有5毫米硅酮涂层的铝芯，而第二层压部件20包括一覆有低黏性表面如SilverStoneTM的铝芯。
第一和第二层压部件18、20的相互位置可以是这样的，即当材料10通过第一和第二层压部件18、20之间时，第一和第二层压部件18、20将热量和压力施加于该材料10上。当材料10还未处于第一和第二层压部件18、20之间时，热层压装置12能使第一和第二层压部件18、20分离，以便材料10的插入。这同样也允许材料的前部在不受加热和受压的情况下通过第一和第二层压部件18、20。这样能防止前部粘附和缠绕在第一和第二层压部件18、20中的一个上面，并保证更方便地引导前部离开第一层压部件18。
所示的第一层压部件18是一上轧辊，所示的第二层压部件20是一下轧辊。另外，第一层压部件18与第二层压部件20并不一定要在垂直方向对齐。所示的定向是相对于垂直方向偏向约30度。这种偏向可以利用重力，有利于材料10从第一和第二层压部件18、20之间出来时向下行进。但其它不同的定向也是可能的。
图2中，所示的材料10正随第一和第二层压部件18、20的旋转而通过第一和第二层压部件18、20之间。第一和第二层压部件18、20将热量和压力施加于材料10上，形成一可从第一和第二层压部件18、20之间移出的叠合层26。当材料10通过第一和第二层压部件18、20之间时，可以说材料10是沿原来方向行进。
热量和压力在一接触辊隙位置28处施加于材料10上。该接触辊隙位置28是一个由材料10的宽度和第一和第二层压部件18、20接触材料10的平部分30所限定的接触区。例如，30英寸(76.2厘米)宽的材料和约0.20英寸(0.5厘米)的平部分30可形成接触区约为6.0平方英寸(38.1平方厘米)的接触辊隙位置28。
图1和图2所示的实施例能热层压若干种特定的材料，包括MatchPring IITM和MatchPring IIITM材料(明尼苏达州St.Paul的3M公司生产)。例如，若要层压MatchPring IIITM材料，已经证明，第一层压部件的温度范围应约在130和155摄氏度之间(约在266和311华氏度之间)，第二层压部件20的温度范围应约在60和80摄氏度之间(约在140和176华氏度之间)，以提供充分的层压作用(色片16内的颜色材料充分粘结于基片14)，并使以上所提到的缺陷降至最小。
第一层压部件18温度范围的上部最好能使空气截留最小，而该温度范围的下部最好能使第一层压部件18的寿命达到最长，使叠合层26的尺寸稳定性最高。因此，第一层压部件的温度可优先选用在138和146摄氏度之间(约在140到176华氏度之间)的更严格的范围。
第二层压部件20温度范围的上部最好是至少能保证足够的层压作用，而下部最好是能减少波纹和网纹，并使尺寸稳定性最高。因此，可优先选用在66和77摄氏度之间(约在150和171华氏度之间)的更严格的温度范围。更具体地说，当第一层压部件18保持于146摄氏度(约295华氏度)，第二层压部件保持于68摄氏度(约155华氏度)的温度时，产生合适和合格的结果。
除了在上述温度范围下施加到材料10上的热量，第一和第二层压部件18、20还对这些材料10施加压力。已经证明，在2.1和2.52千克/平方厘米之间(30和36磅/平方英寸之间)的压力范围是有效的，但是，约在15和50磅/平方英寸之间的更宽范围也是可行的。对于湿纸基片的层压，例如在纸基片已处于过一个高湿度环境时，严格的压力范围可能尤为重要。
将上述的压力施加到76.2厘米(30英寸)宽的材料10上的一种方法，如对第一层压部件18的两个轴承均施加100磅的向下力(如图3所示)。当然，对轴承的力可以向上施加在第二层压部件20的轴承上。
当第一和第二层压部件18、20被用作轧辊时，可以在它们上面加覆层，以尽量减少缺陷。当第一层压部件18宽约31.8英寸、直径约3.35英寸时，该第一层压部件18上的较佳覆层约为0.005英寸(对直径)。当第二层压部件20宽约31.8英寸、直径约3.35英寸时，该第二层压部件20上的较佳覆层约为0.005英寸(对直径)。
上述材料10传送于第一和第二层压部件18、20之间(在上述的温度和压力范围内)的速度可以约在1.27和1.65米/分(约50到65英寸/分)之间。已经认识到，温度、压力和传送速度的组合可以随不同的材料(例如，材料的化学黏性或材料背衬的厚度)而各不相同。
所示的第一导向件22设置成使得该第一导向件22能将叠合层26翻离第一层压部件18，以防第一层压部件18在叠合层26移出接触辊隙位置28后大幅度地加热叠合层26。换句话说，第一导向件22的位置可以控制第一层压部件18施加到叠合层26上的热量。这使得尺寸变化减小和合适(使多色上色中颜色与颜色相应地对准)。这还可使材料10的色密度损失达到最小，这对于在高湿度环境下进行层压的特殊材料来说尤为重要。
将叠合层26翻离第一层压部件18，使得该叠合层26沿第一方向行进，并具有一个弧度，更好是一个单弧度。在一实施例中，第一导向件22可通过将叠合层26转到第一方向而产生一个约30度方向的变化。第一方向可以朝向第二层压部件20，使得叠合层接近或甚至接触第二层压部件20。与温度低于第一层压部件18的第二层压部件20相接触，可以减少尺寸缺陷。
第一导向件可包括一剥离部分32和一引导部分34。如果叠合层26粘结于或紧随于第一层压部件18，剥离部分32能将该叠合层26剥离第一层压部件18，引导部分34能将该叠合层26翻离第一层压部件18。如果叠合层26没有粘结于第一层压部件18上，引导部分34仍能将叠合层26翻离第一层压部件18。或者，如果叠合层26在移出第一和第二层压部件18、20之间时紧随第二层压部件20，则给叠合层仍将具有一个弧度。
剥离部分32可具有刀刃，并保持靠于或邻近于第一层压部件18。可以选择剥离部分32的刀刃角，使其有助于实现所需的第一方向。例如，剥离部分32可由一种诸如TeflonTM之类的低摩擦材料制成，或涂上这样一种材料，以防刮伤叠合层26或被其粘附。同样，引导部分34可由一种诸如TeflonTM之类的低摩擦材料制成，或者，由一金属或塑料片制成，并覆上低摩擦材料。
所示的第二导向件24是平的，并对应于第一导向件22和对应于第二层压部件20设置，以将叠合层26沿第二方向翻离第二层压部件20。如果叠合层26从第一和第二层压部件18、20之间移出，并不是由第一导向件22(例如只通过叠合层26跟随于第二层压部件20附近的趋势)来翻转或弯曲，则第二导向件24仍会使叠合层26转向第二方向。通过将叠合层26从第一方向转到第二方向，在一实施例中，第二导向件24可产生一个约30度方向的变化，或是大致回到叠合层26被转到第一方向以前的原来方向。如图所示，第二导向件24使叠合层26的弧度反过来，即使叠合层26因受第一和第二层压部件18、20加热而仍处于一个升高的温度下时，也能如此。弧度和反过来的弧度使得叠合层26在通过第一和第二层压部件18、20之间后沿一大体呈S形的路线行进。反过来的弧度的半径应足够小，以减小叠合层26的变形，但应足够大，以不致于在平行于叠合层穿过热层压装置12的行进方向的轴线上过量地拉伸叠合层26。所示出的用以对上述特定材料起作用的反弧度的半径约在0.050和0.102米(约2到4英寸)之间。更可取的半径是在0.064和0.089米(2.5到3.5英寸)之间。
象第一导向件22一样，第二导向件24可由一种低摩擦材料制成，或是由一种金属或塑料片制成，并覆有一低摩擦材料(例如TeflonTM)。尽管所示的第一和第二导向件22、24都是固定的，但已经认识到，导向件22、24可以是活动的。另外，已经认识到，可以采用能使叠合层26产生相同弧度和反弧度的不同形状的导向件或不同的导向装置。
通过紧随层压作用而使叠合层26沿传送方向(如图所示)弯曲，可不让叠合层26从由单弯曲层压操作所形成的单弯曲表面变形。通过使叠合层26沿传送方向(如图所示)弯曲，然后紧随层压作用而使弧度反过来，可防止缺陷形成，或将叠合层26表面的凸起或凹人部分推回到单弯曲表面。
尽管所示的叠合层26是先向下弯曲并离开较热的第一层压部件18，然后再弯曲而产生一反向的弧度，只能形成相反弧度(先向上弯曲)。为达到这种相反法，通过隔离较热层压部件或通过使下层压部件成为较热层压部件来防止叠合层26与较热层压部件相接触可能是较为可取的。
图4中，图1和图2所示的热层压装置12呈一更大的装置36的一部分。该更大装置36包括一支架38和支承于该支架38的一层压组件40。层压组件40包括一组件表面42，材料10可跨设于该表面上。第一层压部件18相邻于组件表面42而设置。一第一加热装置(未示出)将第一层压部件加热至第一温度。对应于组件表面42和第一层压部件18设置有一第二层压部件20，使得材料10可离开组件表面42并通过第一和第二层压部件18、20之间，并使得热量和压力在材料10通过第一和第二层压部件18、20之间时施加于该材料10上。一第二加热装置(未示出)可加热第二层压部件20。如上所述，施加于材料10上的热量和压力形成了叠合层26。
支架38支承有一导向组件44，它对应于层压组件40而设置，以引导来自层压组件40的叠合层26。该导向组件包括一第一导向件22，对应于第一和第二层压部件18、20设置，以使第一导向件22能将从第一和第二层压部件18、20之间移出的叠合层26沿第一方向翻离第一层压部件18，并使该叠合层26具有一弧度。对应于第一导向件22设置有一第二导向件24，以使叠合层26转向第二方向。将叠合层从第一方向转到第二方向，可使得叠合层26具有一反过来的弧度。
对应于第二导向件24设置有一槽46，用于接纳和保持受第二导向件24转向后的叠合层26。
可以设想到与上述实施例相似的其它实施例，它们应被认为是本发明的一部分。还可以设想到适于热层压除上色片以外其它材料的其它实施例，它们也应被认为是本发明的一部分。
权利要求
1.一种用于热层压材料以形成一叠合层并用于引导该叠合层的装置，包括一第一层压部件；用于将第一层压部件加热至一第一温度的第一加热装置；对应于第一层压部件而设置的一第二层压部件，以使材料穿过第一和第二层压部件之间，将材料加热至一层压温度，并使第一和第二层压部件能对材料施加压力而形成叠合层；对应于第一和第二层压部件而设置的一第一导向件，以使第一导向件能将该叠合层转向与第一层压部件分离的第一方向，其中，使叠合层转向第一方向使该叠合层具有一个弧度；对应于第一导向件而设置的一第二导向件，以使该第二导向件能将叠合层转向第二方向，其中，将叠合层从第一方向转到第二方向，使得弧度反过来。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一用于将第二层压部件加热至一低于第一温度的第二温度的第二加热装置。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一层压部件是第一轧辊，第二层压部件是第二轧辊。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一和第二层压部件能在一接触辊隙位置对材料施加压力，第一导向件设置成在叠合层通过接触辊隙位置后将叠合层引导离开第一层压部件。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，施加于材料上的压力在2.10和2.52千克/平方厘米之间。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，第一温度在130和155摄氏度之间，第二温度在60和80摄氏度之间。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一和第二导向件设置成使叠合层在从第一和的二层压部件之间移出后沿一大致呈S形的路线行进。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第二导向件设置成使得反过来的弧度的半径足够小，以使叠合层的变形最小，但应足够大，以使叠合层的拉伸最小。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一导向件设置成引导叠合层靠于第二层压部件上，使第二层压部件接触叠合层的长度大于第一层压部件。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一和第二导向件在叠合层显著冷却到层压温度以下之前接触叠合层。
全文摘要
一种装置可至少将两种材料热层压于一起,同时使叠合层中的褶皱、皱纹、卷曲和色密度损失降小到最小,它通过将叠合层沿第一方向翻离较热的一层压部件使叠合层具有一个弧度,并将叠合层转向第二方向而使该弧度反过来,从而来对材料施加热量和压力。
文档编号B65H23/34GK1178500SQ96192599
公开日1998年4月8日 申请日期1996年2月6日 优先权日1996年2月6日
发明者约翰·A·彼得森, 理查德·T·斯通 申请人:美国3M公司