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CN1090664C - 保护表面免受焊接溅出物和金属火花的方法 - Google Patents

保护表面免受焊接溅出物和金属火花的方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种在焊接或打磨操作期间使用薄的保护片(如纸片)保护表面免受熔融金属溅出物或金属火花的方法。可以在所述片材上整体施涂压敏粘合剂，以用于将片材可取下地粘附在表面上。

Description

保护表面免受焊接溅出物和金属火花的方法
                      发明的背景
本发明涉及保护表面免受焊接溅出物和金属火花。
汽车修理车间内的修理通常包括如磨料打磨和焊接这些方法。由这些方法产生(如由磨料打磨操作中的摩擦或由在焊炬或焊弧尖端附近的金属之迅速加热而造成的微爆)的金属火花能具有约2500-3500℃的初始温度。如金属焊条惰性气体焊接(MIG)或金属丝焊接这些焊接方法会产生焊接溅出物(如金属丝碎屑和熔融金属球)。金属火花和焊接溅出物都会对其接触的表面造成显著的损坏，这些表面如车内装饰、车玻璃或车油漆，这使得保护措施成为必需。然而，在所涉及表面是大体垂直的表面(如车玻璃和车门)的情况下，要得到有效、易应用的保护是尤为困难的。
                           发明的概述
本发明第一方面的特点是一种在焊接或打磨操作期间保护表面免受熔融金属溅出物或金属火花的方法，它包括以下步骤：
在表面上可取下地粘附薄的保护片，该保护片具有相背的两个表面(a pair ofopposed faces)，在其中的一面上整体施涂压敏粘合剂以用于将保护片可取下地粘附在表面上；
在所述表面的附近进行焊接或打磨操作；
焊接或打磨操作结束时从所述表面上取下保护片。
在较佳的实施方案中，保护片可取下地粘附在大体垂直的表面上，如其表面矢量沿重力方向之分量的大小大于表面矢量大小之约10％的表面，其中“表面矢量”指位于由表面之主要面所决定的平面内的矢量。保护片的厚度较好的是不大于约500微米。
用于保护片的较好的材料包括纸。特别好的纸片包括密度至少约为0.20克/厘米3(g/cm3)的纸片。较好的压敏粘合剂包括微球粘合剂(microsphere adhesives)(如Silver的美国专利3,691,140和Baker等的美国专利4,166,152中所记述的类型，两者均参考结合于本发明中)。可以是片材的整个面整体施涂压敏粘合剂，或者可以只是片材面的一部分施涂粘合剂。
本发明的第二方面的特点是一种在焊接或打磨操作期间保护表面免受熔融金属溅出物或金属火花的方法，它包括以下步骤：
在表面和熔融金属或金属火花源之间放置薄的保护纸片(paper sheet)；
在所述表面的附近进行焊接或打磨操作。
较好的纸片厚度不大于约500微米。
本发明提供了一种保护如汽车的挡风玻璃、门和车内装饰免受焊接和打磨期间所遇到的焊接溅出物和金属火花的简单有效的方法。虽然保护片薄，但是它们提供了对于焊接溅出物和金属火花出人意料的良好保护。另外，不必用阻燃剂处理片材以得到有效保护。
从以下本发明的较佳实施方案之描述和权利要求中可以看出本发明的其它特点和优点。
                   较佳实施方案的描述
本发明的特点是使用薄的保护片来保护表面免受焊接溅出物和打磨火花。本发明尤其可用于保护大体垂直的表面，如车窗和车内装饰。用于此目的之合适片材较好的厚度是不大于约500微米；更好的是厚度在约70至约400微米范围内的片材。它们可以以如卷状、堆叠片材或者折叠片材的形式提供，选择特别的形状是基于易于分发。
有多种材料可用于保护片，它们的例子包括纸、纸片、塑料膜(如聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚乙烯、聚氟乙烯或乙酸纤维素)，以及织造和无纺的织物片材(如棉织的帆布)。特别好的是纸，因为它的成本较低且易于处理。特别好的是密度大于约0.20克/厘米3的纸片。本发明的发明人发现，当纸片的密度超过约0.20克/厘米3时，该纸在与基材紧密接触时，一旦遇到焊接溅出物，—是趋于焦化而不是燃烧，因为支持燃烧的氧气不足。
合适的纸片是从市场上购得的，包括从各种来源购得的牛皮纸，这些来源包括Mosinee of Appleton，WI，James River Corp.of Parchment，MI和ResearchProducts Corp.ofMadison，WI。如果需要，可以在纸片中加入一种或多种阻燃剂成分。合适的防燃/抗燃纸的例子是购自以上所列之来源的纸。
在欲保护的表面和焊接溅出物与打磨火花的来源(如焊炬或磨机)之间放置保护片。例如，如果欲保护的表面是车窗和车门，片材可以悬挂在该表面前，恰如挂帘子那样。该片材也可以直接粘附在表面上，在这种情况下较好的是在该片材的一面上涂覆压敏粘合剂以将该片材粘附在表面上。该粘合剂可以以连续涂层形式施涂覆盖整个片材面，或者以沿片材的一边或多边的连续条状施涂，或者以不连续涂层的形式(如一系列点状或菱形)施涂。
为了防止粘合剂的粘连(blocking)，在保护片未涂覆的一面上可以施涂低粘合力背面涂胶(low adhesion backsize，LAB)的涂层。合适的LAB涂料的例子包括丙烯酸酯类(如美国专利2,607,711和3,011,988中揭示的，于此参考结合于本发明中)、硅氧烷类(如美国专利4,313,988和4,728,571中揭示的，于此参考结合于本发明中)、硅氧烷-脲嵌段共聚物(如美国专利5,290,615中所揭示的，于此参考结合于本发明中)，以及碳氟化合物(如美国专利3,318,852中所揭示的，于此参考结合于本发明中)。
压敏粘合剂以及在保护片上的涂覆重量和覆盖程度，应选择得在焊接和/或打磨操作完成后易于从粘附保护片的表面上取下保护片。粘合剂可以以水基组合物、溶剂基组合物或100％固态组合物的形式施涂在片材上。
虽然可以使用各种常规的压敏粘合剂(如丙烯酸酯粘合剂)，但是特别好的粘合剂包括微球粘合剂，如在Silver的美国专利3,691,140和Baker等的美国专利4,166,152中概述的类型。这些粘合剂是不熔、溶剂可分散、溶剂不溶、具有固有粘性、弹性的聚合物或共聚物球体，它们的直径为约1至约250微米的数量级。它们是使用高于临界胶束浓度的用量的乳化剂在水悬浮聚合方法中制得的。这些微球能够使得纸之类的材料和各种基材粘合，又能使得无需撕扯可以轻易取下所粘合的材料，还可以无需施涂另外的粘合剂再一次粘合材料。
现在用以下实施例来说明本发明。
                     实施例试验方法
用以下方法来测量片材的密度以及评定各种保护片暴露于焊接火花和打磨火花下的性能。
片材密度
称重三块具有相同表面积的片材以测量平均片材重量值。用Testing Machines，Inc.of Amityville，NY的型号为#49-62-01TMI的数字式测微计测量每块片材的厚度，该侧微计配有直径为5厘米的砧台以提供足以向片材施加1.44KPa力的自重负荷。然后从三次测量中得到平均值。平均片材重量值除以平均片材体积(用平均片材厚度乘以片材的平均表面积来确定)，确定平均片材密度。
焊接火花
尺寸为4英寸×8英寸(10厘米×20厘米)的玻璃试样用4英寸×4英寸(10厘米×10厘米)的欲试验片材样品部分覆盖；暴露的玻璃面用作比较。在片材是含压敏粘合剂的片材的情况下，片材用压敏粘合剂粘附在试样上。在片材是不含压敏粘合剂的片材的情况下，片材的一边用一片2.5厘米宽的3M Co.ofSt.Paul，MN的No.233商标为ScotchTM的汽车修整掩蔽胶带(Automotive RefinishingMasking Tape)粘贴在玻璃试样的中央。
被部分覆盖的试样水平地放置在美国专利4,849,272(于此参考结合于本发明中)所述类型的焊接垫(welding blanket)上，且放置在0.5米长的90°角钢以下15厘米处。用金属焊条惰性气体(MIG)供焊丝焊炬(DAN-MIG 140(195-TTE)焊机)在角钢上熔融焊丝，并调节到产生最大的焊接火花。焊丝(wire)是Type SI-4405Autobody MIG碳钢焊丝AWS-A5.18，ASME-SFA5.18，其直径为760微米。焊炬的设置如下：焊丝速度(wire speed)为4，焊接功率为5，以及手工装填设置。用火花喷射试样15秒钟；火花速度的数量级为5米/秒。然后，比较暴露的玻璃面和保护片的表面以及在保护片下面的用玻璃清洁剂(3M Co.ofSt.Paul，MN的3M玻璃清洁剂#051135-08968)清洁后的玻璃面。每块保护片所得结果见表I，其中用到以下代号：
＂1＂指在片材表面上发现由熔融金属火花掠过而造成的焦化斑点和焦化痕迹，但是既没有发现片材的针孔或穿透，也没有发现对下面玻璃面有任何损坏。
＂2＂指发现片材的剧烈焦化/热解化和/或片材的部分穿透，导致下面玻璃上有污迹。然而，这些污迹可以用可购得的玻璃清洁剂(3M Co.of St.Paul，MN的3M玻璃清洁剂#051135-08968)除去。在清洁之后，没有发现对玻璃面的损坏。
＂3＂指发生了片材的穿透，导致下面的玻璃面中形成凹坑。
打磨火花
如以上用于焊接火花的试验方法中所述制备样品。玻璃试样放置在垂直地离0.5米长的90°角钢15厘米处。购自Sioux Tools Inc.ofSioux City，IA的Sioux便携式电动高速H.D.磨机(类型#1267)配有直径为18厘米的磨轮衬垫(购自3M Co ofSt.Paul，MN的3M商标涂料切除磨轮衬垫组件(Paint Buster Disc Pad Assembly)#051 144-05634)和18厘米的磨轮(购自3M Co of St.Paul，MN的3M包覆的磨料磨轮(Coated Abrasive Grinding Disc)，Grade 24 Green Corps纤维盘(Fibre Disc)，#051144-01923)。用强力(5000转/分钟(rpm))的打磨用具打磨角钢的末端，从而产生强烈的高速打磨火花流，它们直接水平地飞溅到垂直放置的试样上。
试样暴露在打磨火花下15秒钟；火花速度在约50米/秒的数量级。然后，比较暴露的玻璃面和保护片的表面以及在保护片下面的玻璃面。每块保护片所得结果见表I，其中用到以下代号：
＂1＂指片材上没有由金属火花带来的可见的穿透，在片材表面上没有形成金属碎屑。在一些实施例中，发现表面由于轻微焦化而呈淡灰色。对下面的玻璃没有损坏。
＂2＂指片材表面显示明显的斑点焦化。片材上没有由金属火花带来的可见的穿透，在片材表面上没有形成金属碎屑。此外，对下面的玻璃没有损坏。
＂3＂指片材被极度焦化所穿透，或者由于打磨火花产生针孔。没有形成铁屑，对下面的玻璃没有损坏。
＂4＂指发生片材的焦化、穿孔和/或烧坏。在下面的玻璃面上形成凹坑。
实施例1
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee 107#天然的卷管用牛皮纸(Natural Tube Winding Kraft paper)，Spec.0635-D(107#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为260微米。平均片材密度为0.67克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为11。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例2
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee98#天然的机器修整转制用牛皮纸(Natural Machine Finish Converting Kraft paper)，Spec.M-2713(98#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为230微米。平均片材密度为0.67克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为15-25。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例3
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee81.5#天然的卷管用牛皮纸(Natural Tube Winding Kraft paper)，Spec.0789-B(81.5#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为190微米。平均片材密度为0.71克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为90-150。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例4
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee40#机器修整转制用牛皮纸(Machine Finish Converting Kraft paper)，Spec.2519-A(40#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为90微米。平均片材密度为0.71克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为28。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例5
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee109#天然的部分抗燃牛皮纸(Natural Partial Flame Resistant Kraft paper)，Spec.2377(109#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为300微米。平均片材密度为0.59克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为12。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例6
样品是购目Mosinee of Appleton，WI的Mosinee100#CW白色的漂白抗燃牛皮纸(White Bleached Flame Resistant Kraft paper)，Spec.2459(100#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为270微米。平均片材密度为0.61克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为22。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例7
样品是购自Mosinee ofAppleton，WI的Mosinee80#天然的实用抗燃牛皮纸(Natural Utility Flame Resistant Kraft paper)，Spec.2027-A(80#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为205微米。平均片材密度为0.65克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为15-25。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例8
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee40#天然的实用抗燃牛皮纸(Natural Utility Flame Resistant Kraft paper)，Spec.1564-F(40#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为110微米。平均片材密度为0.59克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为10-25。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例9
样品是购自Mosinee of Appleton，WI的Mosinee41#天然的实用抗燃牛皮纸(Natural Utility Flame Resistant Kraft paper)，Spec.1970-A(41#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为100微米。平均片材密度为0.70克/厘米3，Gurley孔隙度(由制造商提供)为16-30。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例10
样品是购自Pepperell ofPepperell，MA的Pepperell防火花小室衬材抗燃牛皮纸(Spark Guard Boothliner Flame Resistant Kraft paper)，(54#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为175微米。平均片材密度为0.64克/厘米3。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例11
样品是购自Research Products Corp.ofMadison，WI的小室地板牛皮纸(BoothFloor Kraft paper)，货号#3041的片材。测得该片材的厚度为210微米。由于可得到的样品数量有限，所以不能确定平均片材密度。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例12
样品是购自James River Corp.of Parchment，MI的55#抗燃牛皮纸(FlameResistant Kraft Kraft paper)(03965)(55#/3000ft2)的片材。测得该片材的厚度为120微米。平均片材密度为0.77克/厘米3。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例13
样品是购自Fire & Thermal Protection，Inc.of Carmel，CA的经Pyrofas 7202处理的30#牛皮纸的片材。测得该片材的厚度为130微米。由于可得到的样品数量有限，所以不能确定平均片材密度。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例14
样品是一片购自3MCo.ofSt.Paul，MN的Post-ItTM商标包裹胶带(Cover Up Tape)。测得该片材的厚度为95微米(包括粘合剂)。平均片材密度为0.85克/厘米3。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
实施例15
样品是一片购自3M Co.ofSt.Paul，MN的Safe ReleaseTM掩蔽胶带(MaskingTape)#2075。测得该片材的厚度为115微米(包括粘合剂)。平均片材密度为0.75克/厘米3。如以上试验方法中所述，将片材暴露于焊接火花和打磨火花中。结果见表I。
              表I
    实施例     焊接     打磨
    1     1     1
    2     2     1
    3     3     1
    4     2     1
    5     2     1
6 1 1
    7     2     1
    8     2     1
    9     1     4
    10     1     1
    11     1     1
    12     1     1
    13     1     4
14 1 1
    15     1     1
其它的实施方案在以下权利要求中。

Claims (5)

1.一种在焊接或打磨操作期间保护表面免受熔融金属溅出物或金属火花的方法，它包括以下步骤：
在所述表面上可取下地粘附薄的保护片，该保护片具有相背的两个表面，在其中的一面上整体施涂压敏粘合剂以用于将所述片材可取下地粘附在所述表面上；
在所述表面的附近进行焊接或打磨操作；
所述焊接或打磨操作结束时从所述表面上取下所述保护片。
2.如权利要求1所述的方法，该方法包括在所述表面上可取下地粘附厚度不大于约500微米的保护片。
3.如权利要求1所述的方法，该方法包括在所述片材的所述面上整体施涂含有微球粘合剂的压敏粘合剂。
4.一种在焊接或打磨操作期间保护表面免受熔融金属溅出物或金属火花的方法，它包括以下步骤：
在所述表面和熔融金属或金属火花源之间放置薄的保护纸片；
在所述表面的附近进行焊接或打磨操作。
5.如权利要求4所述的方法，该方法包括在所述表面和熔融金属或金属火花源之间放置薄的保护纸片，该保护纸片的厚度不大于约500微米。
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