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Verfahren zur Erzeugung haftfester Kunststoffüberzüge
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<tb>
<tb> ;Harz <SEP> I <SEP> Harz <SEP> II
<tb> 1. <SEP> Polyvinylchlorid/Polyvinylacetat <SEP> Epoxyharz <SEP> * <SEP>
<tb> (Mischpolymerisat)
<tb> 2. <SEP> Epoxyharz <SEP> Carbamidharz <SEP> oder
<tb> "Vers <SEP> amid" <SEP> -Harz <SEP>
<tb> 3. <SEP> Polyesterharz/Carbamidharz <SEP> Polyvinylchlorid <SEP> oder
<tb> (Mischung) <SEP> Polyvinylidenchlorid
<tb> 4. <SEP> Polyacrylatharz <SEP> Polyacrylatharz
<tb> ..) <SEP> dient <SEP> gleichzeitig <SEP> als <SEP> Haftverbesserer
<tb>
Während man beim bisherigen Beschichten mit verschiedenen Materialien, d. h. beim Arbeiten mit Grundierung, Zwischengrund und Decklack,. mit der Gefahr der Schichtentrennung rechnen musste, wird erfindungsgemäss kontinuierlich von einer Schicht in die andere übergegangen :
die einzelnen Lagendes erfindungsgemässen Überzuges"verfilzen"ineinander und eine Schichtentrennung findet nicht statt. Allerdings kann man mit Zwischensintern zwischen den einzelnen Lagen zu sich trennenden Schichten gelangen, sofern dies für besondere Zwecke erwünscht sein sollte.
Aus Lagen mit verschiedenen Mengenverhältnissen der Harze I und II aufgebaute Pulverschichten lassen sich mit nahezu jeder beliebigen bekannten Aufstäubvorrichtung, gegebenenfalls nach Vornahme entsprechender Änderungen an der Vorrichtung selbst oder im Betrieb derselben herstellen. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn die Pulverpartikel elektrisch aufgeladen und in einem elektrostatischen Feld zu dem zu beschichtenden Werkstück transportiert und dort abgelagert werden, d. h. wenn elektrostatische Beschichtungsverfahren zur Anwendung kommen.
Zur Ablagerung einer bestimmten Menge, z. B. 100 g Pulver ist in jeder elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung eine gewisse Zeit erforderlich. Diese Zeit ist bekanntlich unter anderem auch von der an der Zerstäubungsvorrichtung angelegten Spannung abhängig. In einer gegebenen Beschichtungsvorrichtung kann somit für jedes Pulver eine Spannung, die charakteristische Spannung, bestimmt werden, bei welcher die Aufstäubgeschwindigkeit am grössten ist.
Um diesen Effekt für die Herstellung der vorstehend beschriebenen Überzugsschichten auszunutzen, wird erfindungsgemäss aus den verschiedenen, zur Erzeugung der Überzugs-Kombinationsschicht zu verwendenden Harzpulvern ein homogenes Gemisch hergestellt und das Gemisch in einer elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung an sich bekannter Bauart zerstäubt, wobei in Reihenfolge des gewünschten Schichtenaufbaues in zeitlicher Folge an die Zerstäubungsvorrichtung im wesentlichen die den verschiedenen Pulvern des Gemisches entsprechenden charakteristischen Spannungen angelegt werden.
Beim Zerstäuben des Pulvergemisches wird demnach an der Zerstäubungsvorrichtung die Spannung variiert, u. zw. derart, dass zunächst bei einer Spannung aufgestäubt wird, die der charakteristischen Spannung des Pulvers der Grundschicht entspricht. In der Pulverwolke haben dann die Pulverpartikel der Grundschicht grössere Geschwindigkeit als z. B. die Pulverpartikel der Deckschicht, so dass auf das Werkstück eine Schicht aufgetragen wird, die im wesentlichen aus dem Pulver der Grundschicht besteht, aber natürlich auch Partikel des Deckschichtpulvers enthält.
Dann geht man von diesem Spannungswert sprunghaft oder mehr oder weniger kontinuierlich auf den für das Pulver der Deckschicht charakteristischen Spannungswert über. Während des Überganges von einem Spannungswert auf den andern ändert sich die Geschwindigkeitsverteilung der Partikel in der Pulverwolke.
Die Partikel des Grundschichtpulvers werden langsamer, die des Deckschichtpulvers schneller. Dementsprechend wird am Werkstück eine Zwischenschicht entstehen, die aus beiden Pulvern besteht, wobei der Anteil des zweiten Pulvers mit grösser werdender Spannungsänderung zunimmt.
Schliesslich wird bei der charakteristischen Spannung des Deckschichtpulvers zerstäubt, so dass die Partikel des Deckschichtpulvers schneller sind als die des Grundschichtpulvers und auf dem Werkstück eine dritte Teilschicht aufgestäubt wird, die im wesentlichen aus dem Deckschichtpulver besteht.
Durch Variation der an der Zerstäubungsvorrichtung angelegten Spannung kann man demnach mit einer einzigen Vorrichtung mehrschichtige Überzüge mit verschiedenen Konzentrationen der einzelnen Pulverkomponenten erhalten.
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Eine bevorzugte Anwendung dieses einfachen Verfahrens ergibt sich bei dem sogenannten "PulverFilmgiessen". Vorrichtungen zum Pulver-Filmgiessen bestehen im wesentlichen aus zwei prismatischen, langgestreckten Behältern, die mit der Spitze nach unten parallel zueinander so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Kante, die "Überlaufkante" haben. Diese Überlaufkante ist üblicherweise abgerundet. Der erste Behälter, in den das Beschichtungspulver eingetragen wird, ist als Pulver-Homogeni-
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das sich ähnlich wie eine Flüssigkeit verhält. Das aufgewirbelte Pulver strömt über die Überlaufkante in den zweiten Behälter, der an seiner unteren Kante einen Längsspalt aufweist.
Der zu beschichtende Kör- perwird unter dem Spalt hinwegbewegt, so dass das aus dem Spalt ausströmende, einen Schleier bildende
Pulver auf seiner Oberfläche einen Überzug erzeugt.
Zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es nun lediglich erforderlich, den Giessbehälter mit Elektroden zu versehen, oder dessen Wandungen als Elektroden auszubilden. In das Homogenisier- gerät, d. h. in den ersten Behälter, wird das Pulvergemisch eingetragen, die Elektroden des Giessbehäl- ters werden an variable Spannung gelegt und das auf Erdpotential liegende Werkstück wird unter dem
Giessbehälter hin-und herbewegt, so dass sich bei jedem Durchgang eine Schicht bildet, deren Zusam- mensetzung durch die an die Elektroden des Giessbehälters angelegte Spannung bestimmt ist.
Es gibt nun Harzpulver, die eine sehr ausgeprägte charakteristische Spannung im positiven Spannungsbereich aufweisen. Bei andern gibt es eine ausgeprägte negative charakteristische Spannung. Wieder andere haben einen positiven und einen negativen Spannungswert als Charakteristikum. Bei jedem gegebenen Pulvergemisch wird die Möglichkeit gegeben sein, die Betriebsspannungen derart zu wählen, dass ein möglichst grosser Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Partikeln des einen Pulvers und denen des andern Pulvers zustande kommt, wenn für das eine ein positiver Spannungswert und für das andere ein negativer Spannungswert gewählt wird. Man verzichtet hiebei bewusst gegebenenfalls auf optimale Beschichtungszeiten, gewinnt aber Vorteile, die die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf das an sich gut bekannte Pulverversprühen aus Zerstäuberdüsen ermöglicht.
Beim elektrostatischen Pulverspritzen wird das Pulver mittels eines Luftstromes aus einem Zerstäuberkopf, z. B. einer Düse, zerstäubt. Zwischen Zerstäuberkopf und Werkstück wird ein Gleichspannungsfeld aufrecht erhalten, so dass das Pulver im elektrostatischen Feld auf das Werkstück niedergeschlagen wird. Im allgemeinen werden nur sehr dünne Pulverschichten erhalten, da Sättigungserscheinungen in dem Sinne auftreten, dass die Beschichtungsgeschwindigkeit ständig zurückgeht um schliesslich null zu werden. Ursache hiefür ist das Potentialfeld, das die aufgeladenen, sich am Werkstück nur sehr langsam entladenden Pulverteilchen erzeugen. Man wirkt diesem Gegenfeld entgegen, indem man beim Eintreten der Sättigung, zumindest aber nach einer endlichen Abscheidungsperiode miteiner bestimmten Spannung auf entgegengesetzte Polarität umpolt.
Durch ein wechselweises Umspulen der am Sprühorgan angelegten Spannung erhält man am Werkstück positiv und negativ geladene Schichten, deren Ladungen sich zum grossen Teil kompensieren. Auf diese Weise lassen sich sehr dicke Schichten herstellen. Wird nun, wie vorstehend dargelegt, dem Pulver der Grundschicht z. B. eine positive Spannung und dem Pulver der Deckschicht eine negative Spannung zugeordnet, wobei die Spannungswerte so gewählt sind, dass sich mindestens ein, merklicher Unterschied in der Geschwindigkeit der Pulverkomponenten ergibt, so wird zwischen den einzelnen am Werkstück abgelagerten Teilschichten neben der mechanischen und chemischen Vernetzung noch eine elektrische erhalten, was sich insbesondere, wie erwähnt, besonders vorteilhaft auf die Dicke des erhaltenen Überzuges auswirkt.
Diese elektrische Vernetzung kann auf die verschiedenste Weise verstärkt werden. Im Prinzip wird diese Verstärkung darin bestehen, dass während des Zerstäubens des Pulvergemisches bei einer charakteristischen Spannung gleichzeitig ein Teil des Pulvergemisches mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen wird. Zu diesem Zweck kann z. B. in einem Bereich der Pulverwolke eine Koronaentladung mit verschiedenen Polaritäten erzeugt werden, es kann in einen Bereich der pulverwolke ein Ionen entgegengesetzter Polarität aufweisender Luftstrom eingeblasen werden, oder es können auch radioaktive Einstrahlungen verwendet werden.
Wesentlich jedoch ist, dass die charakteristischen Spannungen vorherrschend bleiben. Im allgemeinen werden diese zusätzlichen Massnahmen nur in äusserst schwierigen Fällen angewendet werden müssen.
Beispiel l: Es wird eine Pulverschleier-Giessvorrichtung verwendet, bestehend a) aus einem Pulverhomogenisiergerät in Form einer langgestreckten Rinne, in die von unten Pressluft zum Aufwirbeln des Pulvers eingeführt werden kann, b) einem Pulverüberlauf, durch den das aufgewirbelte Pulver in c) eine rinnenförmige, unten offene Elektrode gelangt.
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In den Homogenisator führt man ein Pulvergemisch ein, das zu 50 Gew.-% aus einem Epoxyharz (Komponente 1) und zu 50 Gew. aus Polyvinylchlorid (Komponente 2) besteht. Nach Aufwirbelung durch Pressluft von etwa 1 atü und Anlegen einer ersten Gleichspannung von-50 kV gegen Erde wird unter der Elektrode ein Stahlblech mit den Abmessungen 1000 x 2000 x 2 mm durchgezogen, welches geerdet ist. Nach dem ersten Durchgang hat sich auf dem Blech eine 0, 24 mm dicke Schicht eines Harzgemisches abgeschieden, das zu 80 Gew.-% aus Komponente 1 und zu 20 Gew.-) aus Komponente 2 besteht.
Man legt nun eine Gleichspannung von-20 kV an die rinnenförmige Elektrode an und bewegt das Blech unter der Elektrode hindurch, während die Pulverzufuhr in Tätigkeit ist. Die nun erzeugte Deckschicht hat eine Dicke von 1, 2 mm und eine Zusammensetzung von 15 Gel.-% an Komponente 1 und 85 Grew.-% an Komponente 2.
Das Blech wird nun in einem Ofen 5 bis 10 min lang auf 2200C erhitzt. Nach dem Abkühlen erhält man einen dichten, haftfesten Überzug, der eine Dicke von 0, 3 mm aufweist.
Beispiel 2 : Man verfährt wie in Beispiel 1, bringt aber mit einer angelegten Gleichspannung von +50 kV eine zusätzliche Zwischenschicht mit einer Dicke von 0, 8 mm auf, die aus 95 Gew.-% der Komponente 1 und 5 Gew. -0/0 der Komponente 2 besteht.
Nach Wärmebehandlung und Abkühlung wie in Beispiel 1 erhält man auf dem Blech einen dichten, gleichmässigen und haftfesten Überzug mit einer Dicke von insgesamt 0, 5 mm.
Beispiel 3 : Dieses Beispiel veranschaulicht die Überwindung der sogenannten "Sättigung", die bisher durch Aufbau eines elektrostatischen Gegenfeldes beim elektrostatischen Pulversprühverfahren auftrat. In das elektrostatische Pulversprühgerät wird eine Pulvermischung von 95 Gew. -0/0 Epoxydharz und 5 Gew. -0/0 Polyvinylchlorid eingefüllt. Der Stator wird in Drehung versetzt und die Sprühpistole auf die Wicklung gerichtet. Nach einer Einwirkungszeit von 15 min auf den sich drehenden Stator ist eine Schichtdicke von 1, 2 mm erreicht. Anschliessend wird der Motor in einen Autoklav eingeführt und w äh- rend 10 h einer Wärmeeinwirkung von 1200C ausgesetzt. Das Pulvergemisch schmilzt auf und polymerisiert. Dadurch wird eine Isolationsschicht von 0, 3 mm erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung haftfester Kunststoffüberzüge durch Aufstäuben von Harzpulver mittels an sich bekannter Aufstäubvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Pulvergemisch aus mindestens einem auf dem Material der Unterlage haftfähigen, mindestens bifunktionellen Harz (I), beispielsweise einem Epoxyharz, und mindestens einem chemisch beständigen, zur Reaktion mit dem erstgenannten Harz befähigten und zur vorwiegenden Bildung der Oberfläche des Überzuges bestimmten Harz (11), beispielsweise Polyvinylchlorid, in der Weise aufbringt, dass zunächst auf der zu beschichtenden Unterlage ein am Harz bzw. den Harzen I hochkonzentriertes Pulvergemisch gebildet, darauf Pulvergemische mit abnehmender Konzentration an Harz 1 und schliesslich ein am Harz bzw.
den Harzen 11 hochkonzentriertes Pulvergemisch aufgebracht wird, und die so aufgebaute Pulverschicht durch Wärmeeinwirkung haftfest verankert.