专利名称：涂层的通气管绝缘薄片等及涂敷这些薄片的方法
技术领域：
本发明涉及通气管绝缘薄片及类似产品，并涉及涂敷这些产品的涂敷工艺。本发明的通气管绝缘薄片及类似产品有多层的涂层。这些多层的涂层通过一种涂敷工艺而涂敷，其中涂层的分离的层可以特定配制，以形成具有特定性能特征的多层涂层，比如第一层特定配制以形成耐穿刺的多层涂层，而第二层配制以形成具有耐磨性的多层涂层，但不限于此。
纤维绝缘垫和毡及泡沫绝缘薄片在许多产品中用作热和声的绝缘，比如供热、通风和空调(HVAC)系统的管道衬里、HVAC管道外板和汽车罩衬里，但不限于此。如同在此所用的，术语“薄片”或“薄片组”包括连续长度的绝缘材料，比如通常长度范围达到约200英尺而宽度约3至8英尺的玻璃纤维毡，但不限于此，和较短的绝缘垫、毡或板，比如通常长度范围达到约10英尺而宽度约3至8英尺的玻璃纤维垫、毡或板，但不限于此。
相对于HVAC产品，比如玻璃纤维或泡沫管衬和管道外板，这些绝缘薄片的暴露于流过通气管的空气流的主表面通常涂有弹性敷层。这些弹性敷层在通气管上形成相当平滑的内表面，减小了通气管对流过通气管的气流的摩擦阻力，并减小了易于积聚在通气管的内表面不规则处的空气粉尘、颗粒、病毒、真菌和病原体的积聚。此外，在纤维绝缘薄片上，弹性涂层阻碍或基本消除了由于穿过通气管的气流而造成的纤维或粉尘从纤维绝缘层上分离。
通气管绝缘薄片通常采用含水的可交联弹性体乳剂成分，比如丙烯酸乳液涂敷在一主表面(将成为通气管的暴露内表面的表面)上。通常，弹性体可交联成分在其涂敷到绝缘薄片的不规则和不平整表面上之前是泡沫的，以便在绝缘薄片的主表面上形成均匀的涂层。当涂层加热固化后，乳液涂层成分在热量下的暴露导致涂层成分失水且泡沫涂层塌陷(即泡沫中气泡合并和消除)。热固化也导致涂层的弹性体树脂交联成覆盖绝缘薄片的主表面的结实的薄涂层。例如1991年2月5日授权的美国专利4990370，“玻璃纤维管衬的在线表面和边缘涂层”，公开了一种给绝缘薄片涂敷这样的涂层的方法；1993年5月18日授权的美国专利US5211988，“制备光滑表面的强韧弹性体涂层纤维垫的方法”，公开了另一种给绝缘薄片涂敷这样的涂层的方法；1996年1月30日授权的美国专利US5487412，“内表面涂层含有杀虫剂的玻璃纤维通气管”，公开了在涂层中包括杀虫剂的涂层，以阻碍或防止通气管内表面上微生物的滋生。
虽然这些给绝缘薄片涂敷涂层的方法和由这些方法生产的绝缘薄片运行良好，但仍存在提供一种涂敷绝缘薄片的方法的需要，尤其是涂敷通气管绝缘薄片，能在涂敷工艺中给生产者带来更大的灵活性，以改进生产的涂层和/或降低制造成本。
本发明的方法在绝缘薄片上形成一多层的涂层，其中该多层涂层的每一分离层的涂层成分可以特定地配制，以提供有特定和独特性能特征的多层涂层和/或降低成本，且每一分离层可制成完成其特定功能所需要的厚度。因此，本发明的涂层绝缘薄片，有其多层的涂层，每一层可特定地设计，以针对特定的应用提供所需要的性能特征，从而就有机会通过不同层中所用涂层成分的配方和形成不同层所用的涂层数量的调整而在制造成本上节省。
本发明的方法是一种在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其中第一涂层(例如一层第一泡沫的可交联含水弹性体乳剂涂层成分)直接涂敷到且基本均匀地涂敷在绝缘薄片的第一主表面上。第一涂层的暴露主表面被加热至仅部分固化且稳定第一涂层的暴露主表面处的涂层成分，从而当第二涂层涂敷到第一涂层的暴露主表面上时第一涂层仍保持为一基本分离的层，且涂敷到第一涂层的暴露主表面的第二涂层将容易与第一涂层粘合。在加热第一涂层的暴露主表面之后，第二涂层(例如一层第二泡沫的可交联含水弹性体乳剂涂层成分)直接涂敷到且基本均匀地涂敷在第一涂层的暴露主表面上。在第二涂层涂敷之后，绝缘薄片和第一、第二涂层被加热，直到第一和第二涂层基本上干燥固化。
虽然可以使用其它的涂层，但用来形成本发明的多层涂层的优选涂层成分是可交联的、含水弹性体乳剂，比如含水的丙烯酸乳剂。可交联的含水乳剂包含单体和聚合体，其中一些具有多重的聚合位置，以交联成三维的聚合物。形成本发明的多层涂层的每一层的涂层成分的配方可以每一层都是独特而特定配制的，以实现所希望的功能，提高用于预定应用的绝缘薄片的性能。例如，第一层可以配制得更耐穿刺，而第二层可以配制得更耐磨或者包括杀虫剂。此外，多层涂层的每一层都可形成所希望的特定厚度或完成特定功能所需要的厚度并控制生产成本。
涂层的绝缘薄片通常在对流加热炉中固化，热气流的对流可能干扰涂层的暴露表面，使得表面更粗糙或更不平整。为了在最终产品的多层涂层的最外层上形成更光滑的暴露表面，在通过对流加热来加热绝缘薄片和涂层直到第一和第二涂层基本干燥固化之前，多层涂层的最外层的暴露表面可被加热(例如通过红外加热器或热熨平表面)，以稳定最外涂层的光滑主表面，而不干扰最外涂层的光滑暴露主表面。
图1是用于完成在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法的第一生产线的示意性侧视图，例如在通气管绝缘薄片上，但不限于此；图2是用于完成在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法的第二生产线的示意性侧视图，例如在通气管绝缘薄片上，但不限于此；图3是用于完成在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法的第三生产线的示意性侧视图，例如在通气管绝缘薄片上，但不限于此；图4是穿过本发明的涂层绝缘薄片局部的示意性垂直截面图；以及图5是包括有本发明涂层绝缘薄片的通气管的示意性透视图。
在本发明的方法中采用的形成本发明的涂层绝缘薄片20的绝缘薄片是纤维绝缘片或泡沫绝缘片。虽然本发明的方法和涂层的绝缘片20可以用于其它的应用，但本发明的方法和涂层的绝缘薄片尤其适用于制造和用作通气管产品，比如导管衬里或导管外板。
通过本发明的方法涂敷形成本发明的涂层绝缘薄片的纤维绝缘薄片(例如垫和毡)通常为玻璃纤维绝缘薄片，该玻璃纤维绝缘薄片由气流铺置的随机取向的玻璃纤维制成。玻璃纤维在其交叉点上互相粘合，通常由固化的热固化树脂粘结剂来粘合，以形成具有期望的柔韧性或刚性及结构完整性的纤维绝缘薄片。玻璃纤维管衬通常用于金属通气管的衬里薄片，且比玻璃纤维导管外板更柔韧，通气管的横截面通常为圆形、平椭圆和矩形。玻璃纤维导管外板通常是刚硬的，在一主表面上设有一贴面薄片，例如薄箔稀松贴面薄片，且用形成外表面贴面薄片构成横截面为圆形、平椭圆和矩形的通气管。导管衬里通常长度达到约200英尺，宽度范围约3至约6英尺；厚度范围约1/2至约4英寸，密度范围每立方英尺约1至约4磅。更刚硬的导管外板通常长度约8至约10英尺，宽度范围约4至约8英尺，厚度范围约3/4至约2英寸，密度范围每立方英尺约3至约6磅。
通过本发明的方法涂敷形成本发明的涂层绝缘薄片的泡沫绝缘薄片，可以是具有期望的柔韧性或刚性及结构完整性的聚酰亚胺泡沫或其它泡沫绝缘薄片。泡沫绝缘薄片通常用作金属通气管衬薄片的管衬，通气管的横截面通常为圆形、平椭圆和矩形。泡沫管衬通常长度达到约8英尺，宽度范围约4英尺，厚度范围约1至约4英寸，密度范围每立方英尺约0.25至约1磅。
如图4所示，本发明的涂层绝缘薄片20包括一绝缘薄片22和一个两层或更多的分离涂层的多层涂层24，其中绝缘薄片是纤维绝缘薄片或泡沫绝缘薄片，且图中仅示出了多层涂层的两层26和28。多层涂层最好是在宽度和长度上与绝缘薄片22的主表面是共同延伸的，在图5中示出的本发明的优选应用中，绝缘薄片形成一通气管32的内表面30，在内表面上空气流由通气管内气流来输送。涂层绝缘薄片20为管衬时，通气管的外壳34通常由金属片制成。涂层绝缘薄片20为导管外板的情况下，通气管32的外壳34通常由粘附于导管外板的外表面的贴面薄片形成。
在本发明的多层涂层24中采用的典型涂层成分包括含水的丙烯酸乳剂，响应于随热量施加而随催化剂开始成分的交联。这些涂层成分可配制得能改变它们的弹性、耐磨性、刚性、密度、易燃性、耐水性、颜色等。这些涂层成分也可包括组份比如但不限于颜料、惰性添充剂、阻燃颗粒填加剂、有机或无机杀虫剂、杀菌剂、杀真菌剂、流变调整剂、防水剂、表面活性剂和固化催化剂。
一种用于涂层玻璃纤维垫的典型泡沫涂层包括百分比 重量含水丙烯酸橡乳胶20-90(非压敏的)固化催化剂 0.1-1.0泡沫助剂1-10泡沫稳定剂 1-5无机填料，包括阻燃剂0-60彩色颜料0-5流变控制稠化剂 1-6
杀真菌剂 0.1-0.3最终的固体成分按重量百分比计约20％至85％。应用黏度约500至15000厘泊。泡沫密度以“杯重量”来测量，即在16盎司的纸杯满杯的发泡涂层成分的重量。通常杯重量约55至约255克。
如上所述，采用本发明的多层涂层24，该涂层的每一分离的层，例如层26和28，可以特定的配制，以更好地完成特定的功能。例如，涂层的第一分离层26可以配制得比第二分离层28弹性更好，以使该涂层更耐穿刺，而第二分离层28在图3中示出的实施例中为暴露层，可以配制得比第一层涂层更耐磨。因此，采用本发明的多层涂层24，存在着在绝缘薄片的包装、运输、处理和安装过程中能使涂层24更耐撕裂和穿刺，以使对涂层的损害减至最小。
能够特定地配制且用于本发明的多层涂层24，以提供或提高特定的性能特性或减少多层涂层24的成本的分离层的其他实施例，包括但不仅仅限于由杀虫剂配制成的层、可以完成特定性能特性且可由由于它们在多层涂层中的位置而价廉的涂层配方制成的层、提高了防水性的层、减小了易燃性或潜在烟雾的层。
此外，为了由具有不同配方的涂层成分形成多层涂层24的不同层，多层涂层24的单层涂层26和28可制成不同的重量和厚度，以更好地完成特定的性能特征或减少涂层成本而不损害性能，例如分离层26可比表面层28更厚。多层涂层24的干重范围通常每平方英尺约6至约20克。因此，例如，涂层26的干重可为约10克/平方英尺，涂层28的干重可为约4克/平方英尺。
图1、2和3示意性地示出三个用于完成本发明方法的在线涂层和固化工作站。虽然图1示出来自卷材40的绝缘薄片22，而图2和3示出直接来自生产纤维或泡沫绝缘薄片22的上游生产线的绝缘薄片22，但应当理解图1中的绝缘薄片22可以直接来自于上游生产线，而图2和3中的绝缘薄片22可以来自卷材。
图1示意性地示出一从移动的传送带或金属支撑板42上的卷材40连续输送而经过第一涂层涂敷器44的纤维或泡沫绝缘薄片22、第一刮刀或类似的厚度和表面控制装置46、一加热器48、第二涂层涂敷器50、第二刮刀或类似的厚度和表面控制装置52、以及一固化炉54。期望成分的涂层材料，例如可交联的含水弹性体乳剂，以泡沫56的形式通过涂层涂敷器44而涂敷到绝缘薄片22的上方主表面。涂层材料56通过刮刀或类似的厚度和表面控制装置46，例如涂层滚筒而形成第一涂层26。刮刀或类似的厚度和表面控制装置46在绝缘薄片的整个上方主表面上均匀地展开或分布涂层材料，以在涂层26上形成平滑的暴露表面。然后涂敷有多层涂层24的第一层涂层26的绝缘薄片22经过加热器48(一种加热器，比如红外加热器或其他热源，最好是不使由刮刀46赋予第一涂层表面的平滑表面特征粗糙)来部分地固化在第一涂层的暴露主表面的第一层涂层26的涂层成分，例如通过汽化一部分水基。通过部分固化在第一涂层的暴露主表面处的第一层涂层26的涂层成分，第一层涂层26的暴露的主表面稳定化，从而第一层涂层的暴露主表面保持平滑且当第二层涂层28涂敷到第一层涂层26的暴露的主表面上时第一层涂层保持分离。此外，随着仅第一涂层26的暴露主表面的部分固化，第一层涂层26的暴露主表面保持黏度，并当第二层涂层28涂敷到第一层涂层26的暴露的主表面上时与第二层涂层28形成良好的粘合。
在从加热器48中出来以后，涂敷有稳定的但仅部分固化(发粘的)的暴露表面的第一层涂层26的绝缘薄片22经过第二涂层涂敷器50。期望成分的涂层材料，例如可交联的含水弹性体乳剂，以泡沫56的形式通过涂层涂敷器50而涂敷到第一涂层26的暴露主表面。涂层材料58通过刮刀或类似的厚度和表面控制装置52，例如涂层滚筒而形成第二涂层28。刮刀或类似的厚度和表面控制装置52在第一涂层26的整个上方主表面上均匀地展开或分布涂层材料，以在涂层28上形成平滑的暴露表面。如同所示，然后具有由第一涂层26和第二涂层28形成的多层涂层24的绝缘薄片22经过一固化炉，例如常规对流加热炉，但不限于此，在此通过汽化水基而固化多层涂层24的层26和28。
除了绝缘薄片22直接从一上游生产线供给而不是从卷材供给和第二加热器60或熨平装置62之外，图2和3中所示的在线涂层涂敷和固化工作站与图1中所示的在线涂层涂敷和固化工作站相同。
在图2的在线涂层和应用工作站中，第二加热器60用来在将涂层的绝缘薄片22引入固化炉54中之前，至少部分固化或固化该多层涂层24的第二涂层28的平滑的暴露主表面，例如通过汽化在涂层的暴露主表面处的涂层28的部分水基，其中第二加热器为一红外加热源或类似的不会干扰或使涂层28的平滑暴露主表面粗糙的加热源。通过用加热器60至少部分地固化或固化该多层涂层24的第二涂层28的暴露主表面，通过刮刀或类似厚度和表面控制装置52已经形成的具有平滑表面的涂层28的暴露主表面，在涂层绝缘薄片22被引入到固化炉54中之前已经稳定。固化炉一般是普通对流加热炉，如果绝缘薄片上的涂层的暴露主表面在将涂层引入到这样的对流加热炉中之前尚未固化，在这样的固化炉内流动的被加热气流可能干扰涂层的上部或暴露的主表面，使得涂层的暴露表面更粗糙或更不平坦。
在图3的在线涂层和应用工作站中，第二加热器为一熨平设备62，其包括一有连续平滑表面的金属熨平带64和一加热源66，比如红外灯、辐射气炉或类似的加热源来加热熨平带64。如同加热器60，该熨平设备用来在将涂层的绝缘薄片22引入固化炉54中之前，至少部分地固化或固化多层涂层24的第二涂层28的平滑暴露主表面，例如通过汽化在涂层的暴露主表面处的涂层28的一部分水基。然而，除了至少部分地固化或固化第二涂层28的平滑暴露主表面，该熨平设备的加热了的熨平带64可以使第二涂层28的暴露主表面进一步平滑，其中该熨平带接触涂层28的暴露主表面且沿与涂层的绝缘薄片22同样的方向和速度移动。因为采用加热器60，通过用熨平设备62至少部分地固化或固化多层涂层24的第二涂层28的暴露主表面，在将涂层的绝缘薄片22引入到固化炉54中之前涂层28的暴露主表面稳定化。因此，随着涂层24的上表面的稳定，固化炉54内流动的任何加热气流都不会干扰涂层的上部或暴露的主表面，使涂层28的表面更粗糙或更不平坦。图3的熨平设备62类似于1993年5月18日授权的美国专利US5211988中所述的熨平设备，因此这里整体引用美国专利US5211988的公开内容以供参考。
虽然图1、2和3中的涂层和固化工作站仅示出了涂敷到绝缘薄片22上的两层涂层，涂层26和28，但如果希望在多层涂层24中有另外的涂层，那么在涂层和固化工作站中可包括另外的涂层涂敷器、刮刀或类似厚度和表面控制装置和加热器。
在描述本发明的过程中，已经用一定的实施例说明了本发明及其实现。然而本发明并不仅仅限于这些特定的实施例，因为对于那些本领域的技术人员来说在阅读本说明书的基础上很容易在本发明的精神内作出其他的实施方式和改进。因此本发明并不试图限于所公开的特定实施例，而仅限于所附的权利要求。
权利要求
1.一种在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其包含提供一绝缘薄片，绝缘薄片具有第一和第二主表面、侧边和端边缘；直接在绝缘薄片的第一主表面上涂敷第一泡沫涂层成分的第一涂层，其中该涂层成分基本上均匀地集中涂敷在第一主表面上；加热第一涂层的暴露主表面，以稳定在第一涂层的暴露主表面的涂层成分，从而当第二涂层涂敷到第一涂层的暴露主表面上时第一涂层保持为一基本上分离的层，且仅部分固化在涂层成分的暴露主表面处的涂层成分，从而涂敷到第一涂层的暴露主表面的第二涂层将容易粘合于第一涂层；在加热第一涂层的暴露主表面之后，第二层泡沫涂层成分的第二涂层直接涂敷到第一涂层的暴露主表面上，其中该涂层成分基本上均匀地集中涂敷在第一涂层的暴露主表面上；和在第二涂层涂敷之后，加热绝缘薄片和第一、第二涂层，直到第一和第二涂层基本上干燥固化。
2.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第二泡沫涂层成分涂敷到第一涂层的暴露主表面上，以形成具有一通常光滑表面的第二涂层的暴露主表面；在绝缘薄片和第一、第二涂层被对流加热直到第一和第二涂层基本干燥固化之前，第二涂层的暴露主表面被加热至至少部分固化并稳定第二涂层的平滑主表面，而不使第二涂层的平滑的暴露主表面粗糙。
3.根据权利要求2所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一和第二涂层成分是不同的可交联含水弹性体乳剂涂层成分；且该绝缘薄片为纤维绝缘层。
4.根据权利要求2所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一和第二涂层成分是不同的可交联含水弹性体乳剂涂层成分；且该绝缘薄片为泡沫绝缘层。
5.根据权利要求2所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一涂层比第二涂层弹性更好；而第二涂层比第一涂层更耐磨。
6.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第二泡沫涂层成分涂敷到第一涂层的暴露主表面上，以形成具有一通常光滑表面的第二涂层的暴露主表面；以及在绝缘薄片和第一、第二涂层被对流加热直到第一和第二涂层基本干燥固化之前，第二涂层的暴露主表面被一加热的熨平装置加热至至少部分固化并稳定第二涂层的固化主表面。
7.根据权利要求6所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一和第二涂层成分是不同的可交联含水弹性体乳剂涂层成分；且该绝缘薄片为纤维绝缘层。
8.根据权利要求6所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一和第二涂层成分是不同的可交联含水弹性体乳剂涂层成分；且该绝缘薄片为泡沫绝缘层。
9.根据权利要求6所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一涂层比第二涂层弹性更好；而第二涂层比第一涂层更耐磨。
10.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一泡沫涂层成分涂敷到绝缘薄片的第一主表面上，以形成具有一通常光滑表面的第一涂层的暴露主表面；和在第二涂层涂敷之前，加热第一涂层的暴露主表面，而不使该暴露主表面粗糙。
11.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第二泡沫涂层成分涂敷到第一涂层的暴露主表面上，以形成具有一通常光滑表面的第二涂层的暴露主表面；以及在绝缘薄片和第一、第二涂层被对流加热直到第一和第二涂层基本干燥固化之前，第二涂层的暴露主表面被加热至至少部分固化并稳定第二涂层的固化主表面，而不干涉第二涂层的暴露主表面。
12.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一和第二涂层成分是不同的可交联含水弹性体乳剂涂层成分；且该绝缘薄片为纤维绝缘层。
13.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一和第二涂层成分是不同的可交联含水弹性体乳剂涂层成分；且该绝缘薄片为泡沫绝缘层。
14.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于第一涂层比第二涂层弹性更好；而第二涂层比第一涂层更耐磨。
15.根据权利要求1所述的在绝缘薄片上形成多层涂层的在线方法，其特征在于绝缘薄片是通气管绝缘薄片；第一涂层比第二涂层弹性更好；而第二涂层比第一涂层更耐磨。
16.一种具有多层涂层的绝缘薄片，其包含一绝缘薄片，该绝缘薄片具有第一和第二主表面、侧边和端边缘；一第一分离的涂层，由直接在绝缘薄片的第一主表面上涂敷第一泡沫可交联含水弹性体乳剂涂层成分而形成，其中该涂层成分基本上集中均匀地涂敷在第一主表面上；以及一第二分离的涂层，由直接涂敷不同于第一涂层的第二层泡沫可交联含水弹性体乳剂涂层成分到第一涂层的暴露主表面上而形成，其中该涂层成分基本上集中均匀地涂敷在第一涂层的暴露主表面上，且该涂层的暴露主表面具有通常光滑的表面。
17.根据权利要求16所述的多层涂层的绝缘薄片，其特征在于该绝缘薄片是纤维通气管绝缘薄片。
18.根据权利要求16所述的多层涂层的绝缘薄片，其特征在于该绝缘薄片是泡沫通气管绝缘薄片。
19.根据权利要求16所述的多层涂层的绝缘薄片，其特征在于第一涂层比第二涂层弹性更好；而第二涂层比第一涂层更耐磨。
20.根据权利要求19所述的多层涂层的绝缘薄片，其特征在于该绝缘薄片是纤维通气管绝缘薄片。
21.根据权利要求19所述的多层涂层的绝缘薄片，其特征在于该绝缘薄片是泡沫通气管绝缘薄片。
全文摘要
一种在其上形成多层涂层的绝缘薄片及其在线方法,其包括直接在绝缘薄片的第一主表面上涂敷第一涂层成分的第一涂层;加热第一涂层的暴露主表面,以稳定涂层成分,当第二涂层涂敷到第一涂层的暴露主表面时第一涂层保持为一分离的层,且仅部分固化涂层成分;在加热第一涂层之后,第二层泡沫涂层成分均匀地涂敷在第一涂层的暴露主表面上;在第二涂层涂敷之后,加热绝缘薄片和第一、第二涂层,直到第一和第二涂层基本上干燥固化。
文档编号B05D7/00GK1273884SQ0010857
公开日2000年11月22日 申请日期2000年5月15日 优先权日1999年5月14日
发明者K·R·马休斯, T·L·米切尔, J·R·特里, K·N·赖安 申请人:约翰斯曼维尔国际有限公司