專(zhuān)利名稱(chēng)：往刮臉刀片鋒刃上涂敷高聚物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及刮臉刀片的制造方法。更具體地說(shuō)，是涉及一種在刀片鋒刃表面上塗佈有高聚物材料的刮臉刀片的制造方法。
在先有技術(shù)中，已經(jīng)知道制造帶有各種塗層的刮臉刀片的方法，開(kāi)發(fā)這些方法是為了使刀片不易磨損以及在大氣條件下不受侵蝕，以及在貯存過(guò)程中或在刮臉過(guò)程中與各種材料(這些材料可能會(huì)使刀片的基本材料發(fā)生降解)接觸時(shí)不受損害。
除了保護(hù)制造刀片的材料以外，也配制了各種用于刀片鋒刃上的塗料，試圖消除在刮臉過(guò)程中發(fā)生的不良效應(yīng)，這些放應(yīng)可能導(dǎo)致刺激刀片用戶(hù)的皮膚。具有低磨擦系數(shù)的材料常被用于這一目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，刀片鋒刃的表面可用熔融方法塗佈上高聚物材料而將刀片進(jìn)行處理。一般，把高聚物材料塗敷到刮臉刀片上是通過(guò)將分散在溶液中的高聚物材料噴霧到刀片上，然后在非氧化性的環(huán)境中加熱刀片，使高聚物材料熔融而鋪展在刀片鋒刃的表面上來(lái)完成的。當(dāng)?shù)镀詈蟊焕鋮s時(shí)，塗層即固化并粘附在刀片上。一般，加熱刀片以產(chǎn)生上述熔融過(guò)程是通過(guò)紅外線加熱或電阻加熱，使其達(dá)到200℃至400℃的溫度范圍來(lái)完成的。這一方法的各種示例已在Creamer等人的美國(guó)專(zhuān)利No.3,224,900以及Nizel的美國(guó)法定發(fā)明注冊(cè)H640號(hào)中公開(kāi)。
電阻和感應(yīng)加熱的能量消耗很高并需長(zhǎng)時(shí)間加熱刀片，因?yàn)樗訜嵴麄€(gè)刀片(包括支架或固定裝置)。雖然紅外線加熱比電阻加熱或感應(yīng)加熱稍為快些——加熱一英尺長(zhǎng)(12英寸)堆積起來(lái)的刀片只需40秒鐘，而電阻或感應(yīng)加熱則需要大約20至30分鐘——但它的加工窗口實(shí)際上是相當(dāng)小的，因?yàn)榈镀逊e后的輻射系數(shù)隨著磨尖的刀片的角度而變化。此外，使塗層充分固化以便處理刀片之前所需的冷卻時(shí)間仍嫌過(guò)長(zhǎng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是對(duì)先有技術(shù)中把高聚物材料的塗層塗敷到刮臉刀片的鋒刃上的方法提供一種改進(jìn)，即在制造方法中引入射頻加熱、最好是微波加熱的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是減少用來(lái)熔融和固化高聚物塗層材料的加熱和冷卻的時(shí)間，同時(shí)對(duì)刀片鋒刃沒(méi)有不利的影響。
另外一個(gè)目的是生產(chǎn)出高聚物與基底的刀片鋒刃具有良好粘接性的帶塗層的刀片。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是通過(guò)使用微波能量來(lái)降低把高聚物材料熔融在刀片鋒刃表面所需的能量。
本發(fā)明涉及一種制造在刀片鋒刃上塗佈有高聚物材料的刮臉刀片的方法，它包括以下步驟提供一個(gè)其中充有非氧化性氣體的腔室以及一種能放出射頻能量、最好是微波能量的裝置；把一種高聚物材料、優(yōu)選的是碳氟聚合物、最優(yōu)選的是聚四氟乙烯塗敷到刀片的鋒刃上，并把所說(shuō)的刀片保持在所述腔室中，從而使所說(shuō)的射頻能源有效地感應(yīng)加熱所說(shuō)刀片的塗佈過(guò)的鋒刃表面的溫度，并使所說(shuō)的高聚物材料熔融。
本發(fā)明的上述目的以及其它的特征將結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方案并參照附圖作更具體的描述。


圖1是以橫向電流摸式112(TE112)操作的單一式微波諧振腔的示意圖，其中刀片顯示是平行于磁場(chǎng)(H)并垂直于電場(chǎng)(E)的。
這里敘述的百分?jǐn)?shù)和比率除非特別指明都是按重量計(jì)的。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“刮臉刀片的切割鋒刃”包括刀片的切割點(diǎn)和面。申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到整個(gè)刀片都可以用本文描述的方法來(lái)塗佈，但相信塗佈整個(gè)刀片對(duì)于本發(fā)明不是很必要的。
供本發(fā)明中塗佈使用的刮臉刀片的準(zhǔn)備過(guò)程與先有技術(shù)中所使用的方法類(lèi)似，即先用溶劑或洗滌劑洗滌以溶解可能積聚在刀片上的油垢和灰塵，以準(zhǔn)備好接受要固定在刀片表面上的塗層的潔凈表面。
刀片經(jīng)洗滌后，即可放在本領(lǐng)域眾所周知的任何類(lèi)型的支架型裝置中進(jìn)行干燥，并用高聚物材料塗佈。許多商品刮臉刀片在鋼的刀片和高聚物之間還有一層鉻/鉑中間層。這種類(lèi)型的中間層是在高聚物塗佈之前經(jīng)陰極濺鍍鍍?cè)诘镀h刃上的。另外，刀片材料在高聚物塗佈之前可按美國(guó)專(zhuān)利NO.5,142,785和5,232,568所述方法塗佈似金剛石的碳(Diamond Like Carbon，DLC)，這兩項(xiàng)專(zhuān)利在此引入作為參考。
高聚物材料可以是任何一種能在刀片的切割鋒刃上熔融并在數(shù)次刮臉過(guò)程中保持粘附的材料。典型的高聚物材料是碳氟高聚物、基于聚硅氧烷的高聚物或它們的混合物。適合的碳氟高聚物包括那些含有主要由-CF2CF2-基團(tuán)組成的碳原子鏈的高聚物，諸如四氟乙烯的高聚物，也包括它的共聚物，諸如它與占較小比例、例如至多5％重量的六氟丙烯形成的共聚物。這些高聚物在碳鏈的終端帶有性質(zhì)各不相同的末端基因，如眾所周知那樣，這些基團(tuán)依賴(lài)于制造該高聚物的方法，這類(lèi)高聚物通常的末端基因有
-H，-COOH，-Cl，-CCl3，-CFClCF2Cl，-CH2OH，-CH3，-CF2H，…等雖然優(yōu)選的高聚物的精確分子量以及分子量的分佈還不確切知道，但相信它們具有低于700,000、最優(yōu)選地是具有大約25,000的平均分子量。優(yōu)選的含氯高聚物是那些含有0.15至0.45％重量的氯(它們是存在于末端基因中)的高聚物。也可以使用兩種或多種碳氟高聚物的混合物，前提條件是這種混合物具有上面指定的熔體和熔流速率特性，即使組成這一混合物的個(gè)別高聚物并不具有這些特性。最優(yōu)選的原料是聚四氟乙烯。
高聚物在一種合適的溶劑諸如水、揮發(fā)性有機(jī)溶劑諸如醇、氟利昂碳氟化合物溶劑或它們的可相互混溶的混合物中所形成的分散體，可以用任何一種適宜的、能給出盡可能均勻塗層的方法，例如浸漬或噴霧法，塗敷到刀片的切割鋒刃上。噴霧塗佈是優(yōu)選的工業(yè)塗佈方法。對(duì)于切割鋒刃的塗佈，噴霧或霧化方法涂布是特別優(yōu)選的?？墒褂靡环N靜電場(chǎng)連同噴霧器一道使用以求增進(jìn)噴敷的效率。有關(guān)靜電噴霧技術(shù)的進(jìn)一步的討論，可參看1973年1月30日授權(quán)給Fish的美國(guó)專(zhuān)利No.3,713,873，在此引入作為參考。為使噴霧容易進(jìn)行，最好預(yù)先加熱分散體。預(yù)熱的程度有賴(lài)于分散體的性質(zhì)。
一旦刀片鋒刃被塗佈好，就可加熱除去溶劑并熔融高聚物，使它粘附在刀片上。加熱操作可導(dǎo)致生成燒結(jié)的、部份熔融或熔融的塗層。全部熔融的塗層是優(yōu)選的，因?yàn)樗茏寜T層展開(kāi)成連續(xù)的薄膜并更徹底地覆蓋刀片的鋒刃。有關(guān)熔融、部份熔融和燒結(jié)的更詳盡的討論，可參見(jiàn)McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology第12卷，第5版，第437頁(yè)(1992)，在此引入作為參考。雖然刀片可在空氣中被加熱，但最好是在一種惰性氣體諸如氦、氮等的氣氛中、或在還原性氣體諸如氫氣、或這類(lèi)氣體的混合物的氣氛中、或在真空中進(jìn)行加熱。加熱必須充分，以使各個(gè)高聚物的顆粒至少發(fā)生燒結(jié)。最好是，加熱必須充分到能使高聚物展開(kāi)成基本上連續(xù)的具有適當(dāng)厚度的薄膜，并使它牢固地粘附在刀片鋒刃材料上。
射頻加熱射頻加熱克服了所有先有的傳統(tǒng)加熱方法的不足。它打開(kāi)了比紅外線加熱更大的加工窗口，并且由于實(shí)際被加熱的只是刀片鋒刃暴露的外表面，從而能快速地加熱、冷卻并且節(jié)省空間。任何一種能夠加熱刀片鋒刃的射頻能量都可用于本發(fā)明。微波(300MHz至30GHz)輻射是優(yōu)選的射頻源。在應(yīng)用于刮臉刀片的鋒刃時(shí)，典型地用波長(zhǎng)為大約12厘米的2.45GHz頻率的微波來(lái)加熱在刀片鋒刃上的聚四氟乙烯(PTFE)塗層。電場(chǎng)隨時(shí)間變化從而在刀片鋒刃表面感生出電流，因此只有表面淺層被充分加熱至熔融并使聚四氟乙烯塗層流動(dòng)。此外，由于選擇性的加熱，在鋒刃表面被快速加熱至使PTFE熔融并流動(dòng)以后，刀片本體起著散熱片的作用，導(dǎo)致比紅外線加熱更快的冷卻。這一冷卻作用可通過(guò)在微波處理之前、處理過(guò)程中和/或處理之后把刮臉刀片冷卻到大約5℃至大約20℃而得到增強(qiáng)。這意味著由于去除了冷卻室或減小了冷卻室的尺寸而使生產(chǎn)單元變得更短，也節(jié)省了空間。
已知射頻能量、特別是微波能量能有效地加熱金屬。其物理原理被稱(chēng)為焦耳加熱。與磁能被轉(zhuǎn)化為熱量的感應(yīng)加熱類(lèi)似，射頻加熱同時(shí)利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來(lái)加熱導(dǎo)體材料。當(dāng)在金屬中被感生出表面電流時(shí)，加熱作用即發(fā)生。描述電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
J=▿AH-dDdt]]>其中J為感生電流，H為磁場(chǎng)，D為電場(chǎng)，t為時(shí)間。簡(jiǎn)單地說(shuō)這一方程意味著電流可通過(guò)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)或電場(chǎng)的時(shí)間微商而在金屬表面產(chǎn)生。在微波頻率段的電流由于集膚效應(yīng)主要是在金屬的表面層流動(dòng)。集膚效應(yīng)主要是由于在理想金屬的內(nèi)部電場(chǎng)永遠(yuǎn)等于零這一事實(shí)，因此電流必須在表面流動(dòng)以滿(mǎn)足這一電磁邊界條件。在2.45GHz時(shí)表層深度大約為1微米。這意味著刀片受熱的大部份發(fā)生在暴露于微波場(chǎng)的表層。然后加熱作用通過(guò)歐姆損耗而產(chǎn)生。加熱時(shí)消耗的功率相應(yīng)于P=12|2R]]>其中|是電流，R是電阻。在用微波電磁場(chǎng)照射金屬表面的情況下，方程式成為P=12J2Aσδ]]>其中A是金屬的表面積，σ是導(dǎo)電率，δ是表層深度δ=1f]]>表層深度反比于激發(fā)頻率f的平方根。這就是為什么對(duì)于加熱刀片來(lái)說(shuō)微波更為有效的原因加熱過(guò)程首先是從暴露的外表面開(kāi)始，然后才通過(guò)傳導(dǎo)作用來(lái)加熱刀片整體的其余部份。
加熱的均一性是一個(gè)很重要的問(wèn)題。因?yàn)槲⒉üβ首儞Q方程是一個(gè)向量方程，重要的是要知道磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方向性有什么影響。2.45GHz的微波波長(zhǎng)大約為12厘米，這意味著在實(shí)際生產(chǎn)情況下刀片支架將暴露于多于一相的微波功率空間分佈中。
在多模(家用)諧振腔的微波爐中用微波加熱的一個(gè)共同的問(wèn)題是金屬材料以及那些導(dǎo)體金屬含量高的材料傾向于電弧放電。這種類(lèi)型的電弧放電可能對(duì)刮臉刀片的鋒刃造成有害的凹痕。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)小心地調(diào)節(jié)微波諧振腔使反射功率減至最小，即可消除電弧放電。這可用單模諧振腔最有效地做到。關(guān)于單模和多模諧振腔的討論可參看Gandhi編寫(xiě)的“Microwave Engineering&APPlication”，Pergamon出版社，NY(1935)以及Asmussen等人在Rev.Sc.，Instrum.，58(8)，1477-1486頁(yè)(1987)發(fā)表的論文，在此引入作為參考。最優(yōu)選的是以TE112模式運(yùn)行的單模諧振腔。
刀片應(yīng)這樣安放在諧振腔中，使刀片或者是垂直于或者是平行于電場(chǎng)。圖1描繪了以橫向電流模式112(TE112)操作的單模微波諧振腔。磁場(chǎng)H以虛線的形式表示。電場(chǎng)E以實(shí)的箭頭形式來(lái)表示。在這一附圖中電場(chǎng)E是垂直于安置在諧振腔(1)底部的刮臉刀片(2)的。像可從圖中看到的那樣，形成的磁場(chǎng)H是在平行于刮臉刀片(2)的長(zhǎng)度方向上運(yùn)行。刮臉刀片的切割鋒刃(3)被安置在這一圖中的上部。重要的是只有刮臉刀片的切割鋒刃(3)(即要被處理的部份)被允許穿透到磁場(chǎng)H內(nèi)。否則，能量場(chǎng)即被擾動(dòng)從而可產(chǎn)生多模諧振腔的效果。這樣將導(dǎo)致電弧放電并對(duì)刀片造成損害。把刀片的鋒刃表面快速加熱到高聚物的熔點(diǎn)是合乎需要的。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)63片厚度為0.004英寸的刮臉刀片可以用高達(dá)1200瓦的功率在大約15秒鐘內(nèi)加熱到能使聚四氮乙烯高聚物很好地粘附的溫度。當(dāng)功率升得太高時(shí)折射的能量損失會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。
加熱條件，即最高溫度、加熱時(shí)間等必須這樣來(lái)調(diào)節(jié)，即要避免高聚物的顯著分解和/或切割鋒刃金屬的過(guò)度回火。最好是溫度不要超過(guò)430℃。
雖然本發(fā)明的具體實(shí)施方案已被顯示和描述，但仍可對(duì)這一方法進(jìn)行改變而不會(huì)超出本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明包含所有那些在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施方案。
下面的具體實(shí)施例例解說(shuō)明了本發(fā)明本質(zhì)。用下面每個(gè)實(shí)例制得的刀片進(jìn)行開(kāi)頭五次刮臉得到的質(zhì)量等于或優(yōu)于目前可買(mǎi)到的以含氯氟烴溶劑制造的塗佈有碳氟化合物高聚物的刀片所得到的質(zhì)量。并且對(duì)每個(gè)具體實(shí)施例的刀片的情況，繼續(xù)用它刮臉時(shí)質(zhì)量的下降也小于或等于用通常加熱方法制造的塗佈有碳氟化合物高聚物的刀片質(zhì)量的下降速度。
實(shí)施例1制備一種含有10％重量Vydax 1000(E.I.Dupont Nemours生產(chǎn)，是分散在氟利昂碳氟化合物溶劑中的聚四氟乙烯，數(shù)均分子量為大約25,000)在異丙醇中的分散體，并用超聲分散器均化。然后用這種分散液噴霧在不銹鋼刮臉刀片的鋒刃上。干燥后，把1/4英寸的刀片堆積在密西根州普里茅斯Wavemat Inc.公司生產(chǎn)的MCR 1300型微波發(fā)生器CMPRTM250型微波諧振腔中。整個(gè)諧振腔用氮?dú)庖?0 SCFH(標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))的速度吹掃15分鐘。用這樣一種方式來(lái)調(diào)整微波發(fā)生器，使微波發(fā)生器所產(chǎn)生的電場(chǎng)平行于刀片的鋒刃(TM112模式)。往刀片上施加900瓦的功率20秒種，使最大的加熱溫度為400℃(表面)。這樣處理過(guò)的刀片與在紅外線加熱爐中處理過(guò)的類(lèi)似的刀片具有同樣的刀片質(zhì)量和相類(lèi)似的塗層耐久性。
實(shí)施例2
制備一種含有10％重量Vydax 1000(E.I.Dupont Nemour生產(chǎn))在異丙醇中的分散體，并用超聲分散器均化。然后把這種分散液靜電噴霧在不銹鋼刀片的鋒刃上。干燥后，把1/4英寸的刀片堆積在密西根州普里茅斯的Wavemat Inc公司生產(chǎn)的MCR 1300型微波發(fā)生器的DMPRTM250型諧振腔中。整個(gè)諧振腔用氮?dú)獯祾?分鐘。用這樣一種方式來(lái)調(diào)整微波發(fā)生器，使微波發(fā)生器所產(chǎn)生的電場(chǎng)垂直于刀片的鋒刃。往刀片上施加536瓦的功率。經(jīng)這樣處理過(guò)的刀片比類(lèi)似的(按通常方法制備)在紅外線加熱爐中處理過(guò)的刀片具有更好的塗層耐久性。
實(shí)施例3制備一種含有10％重量Vydax 1000(E.I.Dupontde Nemours生產(chǎn))在異丙醇中的分散體，并用超聲分散器均化。按美國(guó)專(zhuān)利No.5,142,785和5,232,568所描述的方法在刮臉刀片上塗佈一層1000埃厚的似金剛石的碳(DLC)。然后把分散液靜電噴霧到刀片鋒刃上。干燥后，把1/4英寸的刀片堆積在密西根州普里茅斯的Wavemat Inc公司生產(chǎn)的MCR1300型微波發(fā)生器的CMPRTM250型諧振腔中。整個(gè)諧振腔用氮?dú)獯祾?分鐘。用這樣一種方式來(lái)調(diào)整微波發(fā)生器，使微波發(fā)生器所產(chǎn)生的電場(chǎng)垂直于刀片的鋒刃往刀片上施加536瓦功率15秒鐘，使溫度達(dá)到375℃(表面)，這樣處理過(guò)的刀片比類(lèi)似的在紅外線加熱爐中加熱過(guò)的刀片具有更好的刀片質(zhì)量和更好的塗層耐久性。
權(quán)利要求
1.一種制造在刀片的切割鋒刃上具有高聚物材料涂層的刮臉刀片的方法，它包括以下步驟a)提供一個(gè)其中充有非氧化性氣體的腔室以及一種能放出射頻能量的裝置；b)把高聚物材料涂敷到刀片的鋒刃上；c)把所說(shuō)的刀片保持在所說(shuō)的腔室中，使所述的射頻能量源感生的熱能有效地加熱升高所說(shuō)刀片的塗佈過(guò)的鋒刃表面溫度，并使所說(shuō)的高聚物材料熔融。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所說(shuō)的放出射頻能量的裝置能放出頻率為大約300MHz至大約30GHz的微波能量。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，所說(shuō)的腔室是一種單模諧振腔。
4.權(quán)利要求3的方法，其中，所說(shuō)的腔室是以橫向電流摸式112操作的。
5.權(quán)利要求3的方法，其中，所說(shuō)的刮臉刀片鋒刃垂直于或平行于電場(chǎng)方向被放置，并且調(diào)整所說(shuō)的單模諧振腔以使反射的功率減至最小。
6.權(quán)利要求5的方法，其中，所說(shuō)的高聚物材料選自碳氟高聚物、基于聚硅氧烷的高聚物或它們的混合物。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，所說(shuō)的高聚物材料是四氟乙烯的高聚物。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，經(jīng)塗佈的鋒刃表面的溫度不超過(guò)430℃。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，在步驟b)中，高聚物材料是通過(guò)將分散在溶劑中的高聚物塗佈液浸漬或噴霧到刀片的鋒刃上而使之塗敷到刀片的鋒刃上的。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，所說(shuō)的溶劑選自水、揮發(fā)性有機(jī)溶劑、碳氟化合物溶劑或它們的可相互混溶的混合物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，所說(shuō)的分散液是通過(guò)靜電噴霧塗敷到所說(shuō)的鋒刃表面上的。
12.權(quán)利要求10的方法，其中，所說(shuō)的微波能量的頻率為大約2.45GHz。
13.權(quán)利要求1的方法，其中，所說(shuō)的分散液在步驟b)之前先被預(yù)熱。
14.權(quán)利要求10的方法，其中，所說(shuō)的刮臉刀片在步驟c)之前先被冷卻到大約5℃至大約20C的溫度。
15.權(quán)利要求10的方法，其中，所說(shuō)的刮臉刀片在進(jìn)行步驟c)的過(guò)程中被冷卻到大約5℃至大約20℃的溫度。
16.權(quán)利要求10的方法，其中，所說(shuō)的刮臉刀片在進(jìn)行步驟c)之后被冷卻到大約5℃的溫度。
17.權(quán)利要求10的方法，其中，所說(shuō)的刮臉刀片被這樣安放，使得只有刮臉刀片的切割鋒刃穿透磁場(chǎng)。
全文摘要
公開(kāi)了一種制造刮臉刀片(2)的方法，它是把一種高聚物材料涂布到刀鋒的切割鋒刃(3)上。高聚物材料是在一種涂布溶液中被涂敷到鋒刃上，然后把刀鋒通過(guò)射頻源加熱來(lái)熔融高聚物，最好是用微波源加熱。
文檔編號(hào)B05D3/00GK1133576SQ94193889
公開(kāi)日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1994年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月22日
發(fā)明者H·M·特蘭基姆, M·S·格雷沃 申請(qǐng)人:吉萊特公司