СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКРЕПЛЕНИЯ ГИБКОГО ПОКРЫТИЯ С ОСНОВОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И ПОЛУЧЕННЫЙ ТАКИМ ОБРАЗОМ МАТЕРИАЛ
METHOD AND MACHINE FOR BINDING A FLEXIBLE COATING TO A SUPPORT USING ELECTROMAGNETIC WAVES AND LINING PRODUCED IN THIS WAY

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для склеивания гибкого покрытия с основой, причем в этом способе и устройстве используется распространение электромагнитных волн для изменения состояния клея, расположенного между двумя подлежащими склеиванию поверхностями, например, для склеивания тканевого или кожаного чехла с основой, образованной каркасом и телом из пеноматериала, для изготовления обшивки сиденья. Изобретение также относится к обшивке, полученной этим способом.
Из патентного документа ЕР 0350979 известны способ и устройство для обшивки объекта с использованием псевдоожиженного горячим газовым потоком слоя частиц, на который укладывают обшивку из ткани, предварительно снабженную покрытием из термореактивного клея, на которое укладывают подлежащую обшивке основу. Использование горячего газа для активирования клея неэкономично и неэргономично, поскольку горячий газ рассеивается и в результате повышает температуру рабочего места и приводит к непроизводительному расходу энергии.
Были изучены и другие решения, как например использование электромагнитных волн высокой частоты. В патентном документе US 5254197 раскрыты способ и устройство для скрепления гибкого покрытия с основой из пеноматериала, использующее СВЧ-излучение для нагревания капелек воды, составляющих часть композиции клея или диспергированных на клеевом слое или под ним. В этом документе покрытие и клеевую пленку помещают на форму, инертную к СВЧ-излучению, и удерживают на ней путем разрежения. В соответствии с первым вариантом осуществления, излучатель микроволн временно устанавливают между основой из пеноматериала и покрытием на время нагревания клеевой пленки, а затем излучатель удаляют и основу прижимают к клеевой пленке. Недостаток этого способа состоит в том, что перед укладкой основы нагревание клея прекращается, что не позволяет контролировать температуру клея в момент прижатия. В соответствии со вторым вариантом осуществления, основу прижимают к покрытию и форме внутри промышленной микроволновой печи, а затем приводят в действие расположенные вокруг них СВЧ-излучатели. В этом случае недостаток удержания покрытия и клеевой пленки на форме с телом путем разрежения состоит в том, что вода всасывается в форму и это мешает точно регулировать количество тепла и, следовательно, эффективности склеивания. Кроме того, распыление воды в количестве, достаточном для компенсации этого всасывания, или использование клея, содержащего большое количество воды, может повредить некоторые материалы подлежащего склеиванию покрытия (например кожу). Во всех этих случаях недостаток этого способа состоит в необходимости использовать отдельную дорогостоящую перфорированную форму для каждой геометрической формы тела изготавливаемого изделия.
Задачей настоящего изобретения является предложение способа и устройства для склеивания покрытия с основой, не имеющих недостатков уровня техники.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего улучшить качество работы персонала с помощью способа в соответствии с изобретением.
Задачей настоящего изобретения также является предложение устройства и способа, позволяющего повысить производительность рабочего места, оборудованного устройством в соответствии с изобретением, с помощью способа в соответствии с изобретением.
Задачей настоящего изобретения является также создание устройства, обеспечивающего значительную экономию энергии по сравнению с известными устройствами, использующими горячие газы.
Для решения этих задач в соответствии с настоящим изобретением предложено устройство для термосклеивания гибкого покрытия с основой, содержащее:
- камеру для псевдоожиженного газовым потоком слоя частиц, содержащую газораспределитель, диффузионную решетку, слой частиц и гибкое покрывающее полотнище;
- систему подачи газа;
- прижимной элемент, выполненный с возможностью прижимать основу к слою частиц,
отличающееся тем, что система подачи газа содержит средства для создания газового потока, относительная влажность которого составляет от 70% до 100%,
- камера содержит по меньшей мере один излучатель электромагнитных волн, расположенный таким образом, что эти волны ориентированы в направлении прижимного элемента.
Благодаря сочетанию псевдоожиженного с помощью влажного газа слоя, позволяющего рассеивать молекулы воды в разных подлежащих скреплению слоях и в самом псевдоожиженном слое, и излучателя электромагнитных волн, способного возбуждать молекулы воды и вызывать повышение температуры, авторы настоящего изобретения смогли установить, что повышение температуры клеевых слоев происходит очень быстро, всего за несколько секунд или за несколько десятков секунд, по сравнению с промежутком времени приблизительно от одной до нескольких минут, который необходим в случае слоя, псевдоожиженного горячим воздухом. Благодаря таким высоким скоростям температура псевдоожиженного слоя остается на уровне температуры окружающей среды или слегка повышается, но так, что это уже не приводит к рассеиванию больших количеств тепла, которое напрасно растрачивается в слое, псевдоожижаемом горячим воздухом. Таким образом, значительно улучшаются температурные условия на рабочем месте, и энергетические потери снижаются.
Предпочтительно и в соответствии с настоящим изобретением, каждый из волновых излучателей содержит один генератор электромагнитных волн, один волновод и одну антенну, причем эта антенна расположена под слоем частиц и предназначена для распространения электромагнитных волн в пространственном угле, вершиной которого является антенна, а величина такова, что этот угол перекрывает основу. Таким образом, в зависимости от необходимой мощности, можно представить множество реализаций - от генератора или магнетрона, расположенного непосредственно под слоем частиц, например, в полости газораспределителя, и излучающего непосредственно по вертикальной оси в направлении прижимного элемента, до множества генераторов, связанных волноводами с антеннами, размещенными под слоем частиц и ориентированными таким образом, чтобы в соответствии с соответствующими углами ориентации покрывать поверхность слоя частиц, соответствующую поверхности основы. Таким образом, один из предпочтительных вариантов осуществления может содержать магнетрон, соединенный с четырьмя волноводами, связанными с четырьмя рупорными антеннами, расположенными в четырех углах слоя частиц, каждая из которых перекрывает одну поверхность, соответствующую поверхности основы, когда основа прижимается к слою частиц под другим углом.
Предпочтительно и в соответствии с настоящим изобретением, камера заключена в металлический корпус, выполненный с возможностью удержания электромагнитных волн внутри корпуса. Для обеспечения безопасности персонала, работающего на устройстве или поблизости, этот корпус заключен в проводящий корпус, образующий клетку Фарадея, чтобы полностью исключить утечку электромагнитных волн. Этот корпус может по меньшей мере частично состоять из листов проводящего материала (например металлических или металлизированных) или проводящей решетки или сетки. Все элементы, образующие корпус, электрически соединяются друг с другом и с землей.
Предпочтительно и в соответствии с изобретением, корпус содержит дверцу, позволяющую помещать гибкое покрытие и основу внутрь камеры. Корпус может также содержать скользящую дверцу гильотинного типа, также выполненную из проводящего материала, предоставляющую доступ к поверхности слоя частиц и прижимному элементу для укладки подлежащего склеиванию покрытия на слой частиц и основы на прижимной элемент. Эта дверца предпочтительно содержит устройство безопасности, исключающее подачу питания на генератор или генераторы электромагнитных волн до закрытия дверцы.
Предпочтительно и в соответствии с настоящим изобретением, устройство содержит по меньшей мере один смеситель волн внутри корпуса для распределения электромагнитных волн. Использование одного или множества смесителей волн внутри корпуса, предпочтительно установленных на его верхней части, позволяет посылать электромагнитные волны в направлении слоя частиц таким образом, чтобы избежать случайных «мертвых зон», которые могли бы помешать хорошему скреплению покрытия с основой.
Изобретение также относится к способу термосклеивания гибкого покрытия с основой с помощью устройства, обладающего одной или несколькими перечисленными характеристиками, в котором используется прижимной элемент, выполненный с возможностью прижатия основы к слою частиц, псевдоожиженному газовым потоком, созданным системой подачи газа, в камере, содержащей газовый распределитель, диффузионную решетку, слой частиц и гибкий покрывающий материал, причем способ включает следующие этапы:
- укладывание друг на друга по меньшей мере покрытия, одного клеевого слоя и основы в этом порядке на покрывающее полотно;
- использование влажного газового потока для псевдоожижения слоя частиц;
- прикладывание прижимного элемента к основе для прижатия основы к покрытию;
- изменение подачи газа для отверждения слоя частиц;
- приведение в действие излучателя электромагнитных волн для нагревания по меньшей мере клеевого слоя;
- поддержание волнового излучения в течение предварительно заданного времени, позволяющего активировать клеевой слой;
- прекращение волнового излучения, поднятие прижимного элемента и выгрузка основы с нанесенным покрытием.
3
3
Благодаря использованию для псевдоожижения слоя частиц влажного газа, этот слой обладает меньшей текучестью (по сравнению с текучестью, полученной при использовании сухого воздуха), что позволяет, в первую очередь, получать лучшее размещение покрытия и клеевого слоя на основе при приложении прижимного элемента к псевдоожиженному слою частиц. Кроме того, достаточно снизить расход влажного газа, например, с 10 м в минуту до 2 м в минуту, чтобы слой частиц затвердел и можно было бы приложить к стопке слоев значительное давление. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что давление, приложенное к стопке слоев, приводит к ускорению повышения температуры клеевого слоя под воздействием электромагнитных волн, приводя к склеиванию покрытия с основой. Однако после прекращения излучения электромагнитных волн, клеевой слой очень быстро охлаждается за счет диффузии газа, имеющего температуру окружающей среды, что обеспечивает быстрое приклеивание и сокращение времени цикла по сравнению с известными технологиями с использованием горячего газа. Таким образом клеевой слой активируется исключительно во время во время излучения электромагнитных волн, то есть в течение промежутка от нескольких секунд до нескольких десятков секунд в зависимости от используемой мощности. Измерения показали, что достаточно десяти секунд при излучаемой мощности приблизительно от 800 Вт до 1 кВт для удовлетворительного склеивания, что является значительной экономией энергии по сравнению с 6 кВт, которые постоянно расходуются в устройстве для склеивания горячим газом, в котором время цикла составляет не менее чем от одной до двух минут на одну изготавливаемую деталь из-за необходимого времени охлаждения.
Предпочтительно и в соответствии с изобретением, влажность газа используется для увлажнения клеевого слоя, чтобы обеспечить его реакцию на воздействие электромагнитных волн. Циркуляция влажного газа, который поставляет молекулы воды до и во время первой фазы сдавливания, позволяет увеличить уровень влажности клеевого слоя и таким образом повысить его реакцию на воздействие электромагнитных волн без необходимости дополнительного опрыскивания под или над клеевым слоем, как в известных способах.
Предпочтительно и в соответствии с изобретением, используемая основа содержит несоединенные слой пеноматериала, клеевой слой и фасонную пластину, и сборка основы осуществляется одновременно с прикреплением покрытия к основе. Обнаружено, что благодаря использованию электромагнитных волн, легко проникающих в стопку для непосредственного нагрева одного или нескольких клеевых слоев, стало возможным осуществлять несколько склеиваний одновременно, в отличие от способов, в которых используется проведение тепла от наружного слоя покрытия. Также можно изготовить основу путем склеивания слоя пеноматериала с жесткой фасонной пластиной (например каркасом спинки или подушки сиденья) из фанеры или из синтетического материала, одновременно с прикреплением покрытия к другой стороне пеноматериала.
Предпочтительно и в соответствии с изобретением, между покрытием и основой прокладывают также огнеупорный войлок и дополнительный клеевой слой. Кроме того, благодаря проникновению электромагнитных волн, можно добавлять различные слои, позволяющие улучшить функциональность обшивки сиденья, например, можно добавлять огнеупорный войлок, не повышая существенно стоимость обшивки, поскольку дополнительные операции склеивания могут перекрываться по времени.
Настоящее изобретение также относится к многослойной обшивке, полученной описанным выше способом, отличающейся тем, что она содержит по меньшей мере один слой непроницаемого покрытия. Действительно, в отличие от операций склеивания, в которых горячий газ должен проходить через различные слои для придания клею температуры, позволяющей его активировать, проникновение электромагнитных волн позволяет помещать непроницаемые слои покрытия, такого как натуральная или искусственная кожа, или покрытия из прорезиненной ткани, и получать обшивки, содержащие такие покрытия.
Изобретение также относится к устройству, способу и обшивке, сочетающим в себе все отличительные признаки, которые были описаны выше или будут описаны далее, или их часть.
Прочие задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут яснее из описания, которое будет приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1А и 1В схематично представлены виды спереди в разрезе устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в положении загрузки и в рабочем положении.
На фиг. 2 представлен вид сбоку устройства в соответствии с изобретением, на котором можно видеть защитный корпус и его дверцу.
На фиг. 3 представлен частичный разрез обшивки в соответствии с настоящим изобретением.
Устройство 1 по фиг. 1А содержит камеру 3, предпочтительно металлическую, в которой сверху вниз расположены: гибкое покрывающее полотно 8, ограничивающее верхнюю часть слоя 4 частиц, образованного из стеклянных микрошариков 5. Этот слой 4 частиц лежит на диффузионной решетке 7, обеспечивающей прохождение газа из расположенного под решеткой 7 пространства, называемого распределителем 6, до слоя 4 частиц для псевдоожижения этого слоя частиц. В распределитель 6 подается газ, предпочтительно воздух под давлением, с помощью системы подачи газа, содержащей насос 25, соединенный с трубопроводом 27, выходящим в распределитель 6.
В соответствии с важным отличительным признаком настоящего изобретения, система подачи газа содержит также насадку 26 для распыления воды под высоким давлением, позволяющая подавать в трубопровод 27 туман из мелких капелек воды. Эти капельки немедленно испаряются и увлажняют воздух, поданный насосом 25. Таким образом, в распределитель 6 и слой 4 частиц подается влажный воздух. В зависимости от расхода воздуха, поданного насосом 25, и от количества воды, распыленной насадкой 26, относительная влажность воздуха, поданного в распределитель, может регулироваться и составлять, например, от 70% до 100%.
3
3
Расход воздуха насоса 25 также может регулироваться: например, от полного расхода, составляющего приблизительно 10 м в минуту, до сниженного расхода, составляющего приблизительно 2 м в минуту, или даже до нулевого расхода. При подаче в слой 4 частиц влажного воздуха при полном расходе, этот слой частиц ведет себя как жидкость, предпочтительно как «пульповая» жидкость с вязкостью приблизительно от 2 до 10 Па⋅с. При подаче в слой 4 частиц влажного воздуха при сниженном расходе или при полном отсутствии подачи слой частиц застывает и сохраняет форму, которую он принял в жидком состоянии, как показано на фиг. 1В.
Над полотном 8, покрывающей слой 4 частиц, устройство содержит прижимной элемент 10, в этом случае гидроцилиндр, предназначенный для прижатия основы 11 к слою частиц. Основа 11 образует, например, спинку или подушку сиденья, подлежащие покрытию гибким покрытием из ткани, кожи или искусственной кожи и т.п.
В камере 3 устройства 1 имеется также по меньшей мере один излучатель 12 электромагнитных волн 13. В примере, представленном на фиг. 1, излучатель 12 содержит генератор волн, например магнетрон 14, с которым соединены один или несколько волноводов 15, проводящих электромагнитные волны на одну или несколько антенн 16, например, рупорного типа. Антенны 16 расположены в распределителе 6 и ориентированы таким образом, чтобы электромагнитные волны были ориентированы в направлении прижимного элемента 10, и более конкретно таким образом, чтобы электромагнитные волны 13 распространялись в телесном угле 17, вершиной которого является каждая из антенн, а величина такова, что он перекрывает основу 11. Частота излученных таким образом электромагнитных волн 13 составляет от 1 ГГц до 300 ГГц, в спектре, как правило, называемом микроволновым, а более конкретно в диапазоне от 2 до 10 ГГц, подходящем для нагрева молекул воды, а их мощность составляет от 800 Вт до 4 КВт в зависимости от конкретного использования устройства (подлежащие склеиванию материалы, размеры основы и т.д.).
Устройство 1 оборудовано корпусом 18, изготовленным из проводящего материала и закрывающего внутреннее пространство устройства таким образом, чтобы удерживать электромагнитные волны внутри устройства и обеспечивать защиту персонала, обслуживающего устройства или перемещающегося вокруг него. Корпус 18 может состоять из колпака из металлических листов, закрывающегося на камере 3, также металлической, причем весь комплект заземлен, образуя клетку Фарадея, или, как можно видеть на фиг. 2, корпус 18 может быть выполнен из проводящей сетки 28 с размером ячеек, позволяющим блокировать используемые электромагнитные волны, например, с ячейками размером приблизительно в 1 миллиметр для диапазона частот от 2 до 10 кГц. Дверца 19 из такой же сетки, установленная с возможностью скольжения (например, подъемная дверца, или «гильотина»), обеспечивает оператору доступ внутрь устройства для размещения различных подлежащих скреплению элементов на полотнище 8 слоя 4 частиц и/или на прижимном элементе 10. Пазы дверцы 19 выполнены таким образом (например, с использованием системы направляющих «четвертьволновых» отражательных перегородок), чтобы препятствовать утечке электромагнитных волн, когда дверца закрыта. Предохранительные задвижки и аварийные выключатели также установлены на дверце 19 и/или на корпусе 18 таким образом, чтоб прерывать всякое излучение электромагнитных волн, если дверца не закрыта должным образом. Если кабели и трубопроводы, такие как трубопровод 27, должны проходить через камеру 3 или корпус 18, для исключения утечек волн могут использоваться переходники 29.
Один или несколько смесителей 31 волн также могут быть установлены внутри корпуса 18 таким образом, чтобы улучшать распределение электромагнитных волн 13 внутри корпуса 18.
В примере, представленном на фиг. 2, излучатель электромагнитных волны просто имеет вид одного магнетрона 14, расположенного в центре камеры и содержащего одну антенну 16, направленную к основе, установленной на прижимном элементе. Другие варианты осуществления излучателя или излучателей электромагнитных волн могут быть предусмотрены в зависимости от желаемых характеристик устройства, например, использование множества магнетронов средней мощности (от 500 Вт до 1 кВт) или одного магнетрона высокой мощности (от 1 кВт до 4 кВт), подключенного к нескольким, например, четырем антеннам, расположенным в четырех углах распределителя 6, и т.д.
На фиг. 1А, 1В и 3 представлен способ склеивания, позволяющий получить простую обшивку (не показана) или сложную обшивку 30, представленную на фиг. 3. В этом способе оператор открывает дверцу 19 устройства 1 и размещает на полотнище 8 слоя 4 частиц первое покрытие 2, например, отрезок ткани, а более конкретно, прорезиненной ткани или кожи, как показано на фиг. 1А. На этом этапе система подачи влажного газа устройства работает со сниженным расходом, и влажный воздух проходит через слой частиц, затем проходит вокруг покрытия 2 и увлажняет его открытую поверхность. Покрытие 2 может быть предварительно покрыто клеевым слоем 20 на вспомогательном посту подготовки, или же клеевой слой наносится при загрузке устройства, например, в виде сухой пленки, предварительно вырезанной по размеру покрытия 2. Потока влажного воздуха, распространяющегося во внутреннем рабочем пространстве устройства, достаточно для увлажнения клеевого слоя 20.
В способе в соответствии с самым простым вариантом осуществления изобретения, в котором изготавливают простую обшивку с одним покрытием, оператор затем устанавливает основу 11, состоящую из фасонной пластины 22, к которой предварительно приклеен слой 21 пеноматериала над покрытием 2 и на которую нанесен клеевой слой 20. Альтернативно, оператор может установить основу 11 на конце прижимного элемента 10. С помощью пульта управления (не показан) устанавливается полный расход потока влажного газа и опускается прижимной элемент 10 для прижатия основы 11 к покрытию 2, покрытому клеевым слоем 20. Следует заметить, что во время этого опускания увлажняется также наружная поверхность слоя 21 пеноматериала. Основа 11, покрытие 2 и расположенный между ними клеевой слой 20 вдавливаются в слой 4 частиц, находящийся в жидком состоянии, так что покрытие 2 сочетается с формой основы 11, как показано на фиг. 1В. Тогда изменяют подачу газа, так чтобы перейти к пониженному расходу, или, альтернативно, отрезают поток газа для отверждения слоя 4 частиц. Предпочтительно, увеличивается усилие, приложенное прижимным элементом 10, так чтобы способствовать прижатию слоя 21 пеноматериала к покрытию 2 и клеевому слою 20.
После того, как этот пакет деталей зафиксирован таким образом, оператор закрывает дверцу 19 устройства, вследствие чего приводится в действие излучатель электромагнитных волн. Электромагнитные волны 13 проходят через слой 4 частиц, покрытие 2 и клеевой слой 20, которые они нагревают за счет движения молекул воды, присутствующих в клеевом слое или на нем. Достаточно излучения в течение нескольких десятков секунд, чтобы клей достиг точки плавления и приклеил покрытие 2 к слою 21 пеноматериала. После этого периода, который может быть запрограммирован с помощью таймера, излучение электромагнитных волн прекращается, и клей очень быстро охлаждается. В действительности было установлено, что хотя слой частиц увлажняется, нагревается он слабо, что связано с его массой, и он вносит вклад в охлаждение клеевого слоя, после того, как прекращается его нагрев электромагнитными волнами. Было показано, что этот феномен позволяет сократить время цикла склеивания по сравнению с использованием псевдоожиженного горячим воздухом слоя, в котором требуется значительное время ожидания и охлаждения, пока клей не придет в состояние, позволяющее с ним работать.
После того как клей охладится достаточно для того, чтобы с ним можно было работать, а это происходит почти мгновенно, оператор открывает дверцу 19, что приводит к подъему прижимного элемента и выгрузке основы с нанесенным покрытием. Как вариант, прижимной элемент 10 может оставаться внизу, пока оператор осуществляет некоторые дополнительные операции, например, загибание свободных краев покрытия к центру основы, их затягивание с помощью затягивающего шнура, перемещающегося в подрубленном крае, предварительно выполненном по периметру покрытия, и закрепление путем склеивания или скрепления скобкой двух свободных концов шнура. По окончании этих дополнительных операций прижимной элемент 10 поднимается, и основа с нанесенным покрытием может быть выгружена.
Авторы изобретения обнаружили, что в отличие от устройств с горячим воздухом, где клей активируется за счет циркуляции воздуха в разных слоях и вызываемой этим проводимости, в устройстве в соответствии с изобретением электромагнитные волны не останавливаются непроницаемым покрытием и проходят через всю толщину стопки разных слоев. Таким образом, оказалось, что способ позволяет осуществлять многослойные склеивания в ходе одной операции, даже если один из слоев непроницаем для воздуха.
Способ может также использоваться для изготовления сложной обшивки 30 по фиг. 3. В этом случае на этапе загрузки устройства оператор помещает на слой частиц покрытие 2, которое будет наружной стороной обшивки, клеевой слой 20, как вариант, огнеупорный войлок 23 (или любой другой слой гибкого материала, позволяющий обеспечить техническую функцию, например, слой непроницаемой пленки), второй клеевой слой 20', слой 21 пеноматериала, третий клеевой слой 20'', затем фасонную пластину 22, образующую каркас обшивки. Разные слои складываются таким образом друг на друга, затем прижимной элемент опускается, прикладывая давление к пластине 22. Также, как и в предыдущем случае, поток влажного газа уменьшается или прерывается для отверждения слоя частиц, дверца 19 закрывается, и активируется излучение электромагнитных волн. Поскольку электромагнитные волны 13 не останавливаются разными слоями обшивки, все клеевые слои 20, 20', 20'' активируются одновременно. Также как и при описанном выше простом склеивании, прекращение излучения волн приводит к практически мгновенному охлаждению набора слоев, и с полученной таким образом обшивкой 30 можно почти сразу работать. Теперь достаточно открыть дверцу 19, поднять прижимной элемент и выгрузить обшивку, изготовленную за одну операцию.
Ясно, что это описание дано только в качестве иллюстративного примера, специалист в данной области техники сможет привнести многочисленные модификации без отклонения от сущности настоящего изобретения, как, например, организовать устройство 1 таким образом, чтобы гидроцилиндр находился снаружи от камеры 18, если только соответствующий переходник, препятствующий утечке волн, расположен вокруг штока цилиндра.