<EMI ID=1.1>
L'invention concerne un procédé d'atomisation électrostatique d'une peinture liquide et le revêtement électrostatique d'un article par la mise en oeuvre d'un dispositif rotatif, en particulier un dispositif d'atomisation tournant
une vitesse élevée. Le procédé est conçu de manière à
empêcher la formation d'une mousse sur la pellicule de
peinture appliquée sur l'article, de manière que l'on obtienne
un revêtement de grande qualité. L'invention concerne également
les dispositifs d'atomisation rotatifs du type à disque et à
cloche utilises pour le revêtement électrostatique.
Il existe depuis quelques années une tendance accrue
à l'utilisation de peintures liquides à faible teneur en solvant
et à viscosité relativement élevée afin d'empêcher la pollution
de l'environnement. Cependant, pour atomiser d'une manière satisfaisante une peinture liquide à viscosité relativement élevée à l'aide d'un dispositif rotatif, il est souvent
nécessaire de faire tourner ce dernier à une vitesse extrêmement élevée.
Lors de l'atomisation d'une peinture liquide à l'aide d'un dispositif rotatif, le degré d'atomisation de la peinture
est généralement inversement proportionnel à l'épaisseur de la pellicule de peinture déposée sous la forme d'une mince couche
sur le bord circulaire de décharge délimitant la surface du dispositif rotatif. Par ailleurs, l'épaisseur de la pellicule
est proportionnelle à la quantité de peinture déchargée et inversement proportionnelle au produit de la vitesse de rotation
du dispositif d'atomisation et du rayon du bord circulaire de décharge.
Pour cette raison, lorsqu'on utilise un dispositif d'atomisation rotatif peu volumineux dont le rayon ou celui
du bord circulaire de décharge est réduit afin de diminuer les dimensions et le poids dudit dispositif, il est nécessaire d'accroître suffisamment la vitesse de rotation de ce dernier
lors de l'atomisation d'une peinture liquide, même lorsque la viscosité de celle-ci est relativement faible, pour obtenir une atomisation satisfaisante de cette peinture ou pour réduire l'épaisseur de la pellicule liquide se formant sur le bord circulaire de décharge.
Cependant, lorsque la vitesse de rotation du dispositif d'atomisation dépasse 4000 tours par minute pendant le revêtement électrostatique, un grand nombre de bulles peuvent se former sur la surface de la pellicule de peinture appliquée sur l'article suivant le type de peinture utilisé, le
débit d'application de la .peinture, etc. Les bulles affectent la qualité du revêtement obtenu et un moussage excessif peut abîmer totalement l'article revêtu.
t
L'invention concerne donc un procédé de revêtement électrostatique mettant en oeuvre un dispositif rotatif d'ato-
<EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
surface d'un article, afin de produire un revêtement de grande qualité, quelle que soit la vitesse de rotation du dispositif d'atomisation, le type de peinture utilisé, le débit de décharge de la peinture, etc. L'invention concerne également un dispositif rotatif d'atomisation du type à disque et à cloche, conçu pour empêcher la formation de mousse sur la pellicule de peinture et pour permettre de procéder au revêtement électrostatique d'une manière satisfaisante.
Divers facteurs ont été cités ci-dessus en tant que responsables de la formation de mousse sur les pellicules de peinture. On suppose que les facteurs les plus importants sont l'état physique de la peinture liquide lorsqu'elle est dirigée vers le bord circulaire de décharge, le long de la surface du dispositif d'atomisation tournant rapidement et lorsqu'elle est déchargée au-delà de ce bord et atomisée. A partir de cette supposition et pour déterminer d'une manière claire les facteurs impliqués dans le moussage, on a pris un certain nombre d'images stroboscopiques de l'état de la peinture liquide sur la surface du dispositif rotatif d'atomisation et des conditions dans lesquelles cette peinture est déchargée et atomisée.
On a ainsi découvert que, lorsque l'atomisation électrostatique de la peinture est normalement effectuée par le dispositif rotatif, ladite peinture liquide s'écoule vers le bord circulaire de décharge en présentant une section droite en forme de lame de couteau orientée vers l'extérieur dans une
<EMI ID=4.1> ou dans une direction radiale (dans le cas d'un dispositif du type à disque), formant ainsi un certain nombre de "pointes"
(filets liquides) . En raison .de l'effet du champ électrostatique engendré par l'application d'une haute tension continue entré le bord de décharge et l'article à revêtir, une petite
<EMI ID=5.1>
pointe, se séparant, s'éloignant et prenant la forme d'une
petite gouttelette, atteint l'état d'atomisation.
Cependant, lorsque le dispositif d'atomisation
tourne grande vitesse et qu'un certain nombre de bulles d'air se forment sur'la pellicule de peinture appliquée sur la surface de l'article, l'atomis.ation de la peinture par libération de fines gouttelettes à l'extrémité de chacune d'un grand nombre
de pointes formées le long de la totalité de la périphérie du bord circulaire de décharge ne peut être obtenue. Par contre, on a découvert, comme montré sur la figure 1 des dessins annexés, qu'il se forme une pellicule liquide 3 constituée d'un certain nombre de triangles irréguliers dont la base est de grande largeur et qui font saillie à la périphérie du dispositif rotatif 1 d'atomisation, sur toute la circonférence du bord circulaire
2 de décharge, vers la partie avant évasée et vers l'extérieur. Le bord extérieur 4 de cette pellicule liquide 3 est extrêmement instable et réagit au contact de l'air ambiant en raison dé la grande vitesse de rotation du dispositif d'atomisation..
Pendant que la pellicule 3 est ainsi tournée,
rabattue, déformée et aspirée dans l'air en réagissant'avec ce dernier, elle est soumise au champ électrostatique de sorte que son bord extérieur 4 se déchire et se divise en particules sphériques formant un certain nombre de gouttelettes 5 de peintura qui renferment chacune de faibles quantités d'air. On a découvert que ces gouttelettes 5 de peinture, retenant de . l'air, sont libérées en même temps que les gouttelettes normales 6 de peinture avec lesquelles elles se mélangent.
On pense donc que la formation de mousse sur la pellicule de peinture appliquée sur la surface de l'article à
revêtir par voie électrostatique à l'aide d'un dispositif d'atomisation tournant 1 grande vitesse est due principalement au fait qu'un certain nombre de gouttelettes 5 de peinture,- retenant de l'air, sont attirée* vers l'article à revêtir sou.
<EMI ID=6.1>
l'article et retiennent de l'air dans la pellicule de.peinture ainsi formée.
Pour empêcher la formation, au bord extérieur déchiqueté de la pellicule liquide à pointes triangulaires et irrégulières, de gouttelettes de peinture retenant de l'air, on a effectué des essais avec un dispositif rotatif d'atomisation du type à cloche dont la circonférence du bord circulaire de décharge comporte un certain nombre de saillies triangulaires,
<EMI ID=7.1>
apparu que lorsque la peinture a une, viscosité relativement faible et qu'elle est déchargée en petites quantités, chaque . saillie triangulaire supporte une pellicule liquide de forme sensiblement triangulaire. En conséquence, le bord extérieur de chaque pellicule liquide forme une pointe au sommet* de la saillie triangulaire ou le long du bord extérieur de ses deux côtés et l'atomisation de la peinture se produit à la pointé de chaque saillie..
Cependant, lorsque la viscosité -de -la peinture liquide et la quantité de peinture déchargée dépassent certaines valeurs critiques (par exemple un débit de décharge d'environ 200 cm /mn pour une peinture ayant une viscosité de
<EMI ID=8.1> <EMI ID=9.1> peinture ayant une viscosité de 25 secondes, mesurée au viscosi-
<EMI ID=10.1>
pellicules liquides occupent les intervalles compris entre les paires de saillies triangulaires voisines et que le bord extérieur de chaque pellicule liquide est retourné ou déformé
<EMI ID=11.1>
de la formation de gouttelettes de peinture retenant do l'air, ce qui a pour résultat le développement de bulles d'air ou de mousse sur la pellicule de peinture appliquée sur l'article..
. De plus/ il a été confirmé que, du fait que le dispo- <EMI ID=12.1>
comporte un certain nombre de saillies triangulaire" situées sur la totalité de son bord de décharge et formant, un nombre
<EMI ID=13.1> <EMI ID=14.1>
utilise en toute sécurité.
L'invention concerne donc un procédé conçu pour empêcher la formation de pellicules liquides irrégulières telles que celles indiquées ci-dessus, sur le bord circulaire de décharge d'un dispositif d'atomisation tournant à grande vitesse, afin d'éliminer la formation de mousse sur la pellicule de peinture déposée. A cet effet, le procédé perfectionné d'atomisation de peinture liquide selon l'invention met en oeuvre un dispositif rotatif d'atomisation, chargé ,électrostatiquement et dans lequel la peinture liquide, s'écoulant sous la forme d'une mince pellicule continue sur une surface, par exemple sur la surface intérieure d'un atomiseur en forme de cloche ou sur une surface d'un atomiseur en forme de disque, est divisée en un grand nombre de filets étroits séparés-les
uns des autres dans la direction circonférentielle de l'atomiseur rotatif, comme représenté schématiquement sur la figure 2 des dessins annexés et décrits ci-après.
Lorsque la peinture liquide ainsi conduite vers la totalité de la circonférence des bords 2 de décharge en formant un grand nombre de filets étroits et minces atteint ledit bord de décharge, elle ne forme pas une pellicule liquide faisant saillie de ce bord' vers la partie évasée vers l'avant ou vers l'extérieur, comme montré sur la figure 1, mais elle forme des
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du bord 2 de décharge et qui correspondent au filet étroit et mince. L'extrémité de chaque pointe est atomisée et se libère sous la forme d'une petite gouttelette 6 ne retenant pas 1* air.
<EMI ID=16.1>
tiques afin de s'appliquer sur l'article. Il est ainsi possible d'empêcher la formation de mousse sur la pellicule de peinture appliquée sur la surface de l'article.
Selon l'invention, la pellicule, mince et continue formée le long d'une surface du dispositif rotatif d'atomisation peut être divisée en un certain nombre de fileta étroite et minces. 6 de diverses manières. Un moyen très efficace constate à réaliser un certain nombre de rainures peu profondes, par exemple de fines rainures triangulaires 8 comme représente, ..dans la surface sur laquelle :la peintura liquide est dirigea <EMI ID=17.1>
de l'atomiseur du type à cloche ou sur une surface du. disque d'atomisation, de manière que les rainures 8 atteignent le
<EMI ID=18.1>
direction que celle dans laquelle la peinture liquide s'écoule, c'est-à-dire sensiblement dans la direction axiale, que dans le ,
<EMI ID=19.1>
radiale dans le cas d'un disque.
Pour un dispositif rotatif d'atomisation tournante
<EMI ID=20.1>
l'épaisseur de la peinture liquide s'écoulant le long de la . surface dudit dispositif est généralement de l'ordre de plusieurs
<EMI ID=21.1>
lorsque le débit de décharge est compris entre environ 50 et
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
s'écoulant est divisée en minces filets espacés les uns des autres dans la direction circonférentielle par les rainures.
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur <EMI ID=26.1>
- la figure 1 est une vue partielle et schématique en plan montrant la formation de gouttelettes sur le bord circulaire de décharge d'un dispositif rotatif d'atomisation de l'art antérieur ; <EMI ID=27.1> figure 1, mais montrant le bord de décharge du dispositif rotatif d'atomisation selon l'invention
- la figure 3 est une coupe axiale partielle d'une <EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
- la figure 4 est une coupe axiale partielle d'une <EMI ID=30.1> <EMI ID=31.1>
échelle agrandie , du bord de décharge du dispositif représenté <EMI ID=32.1>
- la figure 6 est une coupe axiale partielle, 3 échelle agrandie, du bord d'un disque de décharge et d'atomisation faisant partie d'une variante du dispositif selon l'invention ;
- les figures 7A, 7B, 7C, 8A, 8B, 8C et 8D sont des vues schématiques partielles en plan de variantes du bord de décharge du dispositif d'atomisation selon l'invention : et
- la figure 9 est un graphique montrant le diamètre moyen des gouttelettes de peinture atomisée à l'aide d'un dispositif antérieur et à l'aide du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente en coupe une première forme de réalisation selon l'invention, à savoir un dispositif rotatif d'atomisation du type à cloche.
Ce dispositif comprend un manchon 12 monté sur l'extrémité avant d'un arbre 11 du dispositif (non représenté) pouvant tourner à grande vitesse, c'est-àdire d'environ 10 000 à 16 000 tours par minute sous la commande d'un moteur, par exemple du type pneumatique. Un disque 13 est fixé coaxialement à l'extrémité avant du manchon et un cylindre
14 part coaxialement vers l'arrière de la circonférence du disque 13. Les pièces décrites ci-dessus forment un moyeu 16 <EMI ID=33.1>
d'atomisation de peinture, du type à cloche, présente une cavité 17 de section circulaire, ouverte vers l'avant et délimitée par un bord circulaire 18 de décharge effilé vers l'avant. Cet élément 20 d'atomisation est emmanché coaxialement sur le cylindre 14 du moyeu 16 et y est fixé par une vis 19 de blocage. La peinture liquide, provenant d'une source convenable d'alimentation (non représentée) et arrivant par un conduit 21 dans l'intervalle compris entre le manchon 12 du moyeu 16 et le cylindre 14, est dirigée, sous l'effet de la rotation à grande vitesse du dispositif, vers l'extrémité arrière de la cavité
17 en passant dans plusieurs trous 22 réalisés à l'extrémité avant du cylindre 14 et elle s'écoule sous la forme d'une mince pellicule, dont l'épaisseur est d'environ 0,1 mm, le long de la paroi circonférentielle 23 de la cavité.
Un certain nombre de rainures 8 sont réalisées le long
<EMI ID=34.1>
<EMI ID=35.1>
0,3 mm, de sorte que les rainures atteignent le bord 18 de décharge. Ces rainures 8 peuvent être réalisées à l'aide d'un outil de moletage.
Les rainures 8 divisent la pellicule de peinture, comme indiqué précédemment, de manière que cette peinture, lorsqu'elle atteint le bord 18 de décharge, soit atomisée sous l'effet du champ électrostatique produit par une haute tension continue, par exemple une tension d'environ 80 à 120 KV, appliquée entre le bord 18 de décharge et un article à revêtir
(non représenté). La peinture est ainsi déposée électrostatiquement sur la surface de l'article.
Lorsque le dispositif rotatif d'atomisation décrit ci-dessus, comportant un bord circulaire de décharge d'un diamètre de 7,3 cm et tournant à une vitesse élevée, par exemple de 16 000 tours/mn, utilise une peinture liquide à haute viscosité, par exemple une viscosité de 30 secondes mesurée au viscosimëtre Zahn muni d'une coupelle n[deg.] 2, et utilise également un débit de décharge de la peinture compris entre environ 150 et 500 cm /mn, aucune mousse ne se forme sur la pellicule de peinture déposée et un revêtement de grande qualité est ainsi obtenu.
Pour déterminer l'effet des rainures 8 sur les courants d'obscurité, les essais consistant à mesurer ces courants ont été effectuée sur le dispositif rotatif d'atomisation du type à cloche selon l'invention et sur des dispositifs de l'art antérieur. Le dispositif selon l'invention utilisé pour ces essais est analogue à celui montré sur la figure 3 et présente un grand nombre de rainures avant une longueur d'envi-
<EMI ID=36.1>
Le dispositif de l'art antérieur également utilisé pour ces essais a la même forme et les mêmes dimensions que celles du dispositif montré sur la figure 3, mais ne présente pas de rainures 8.
Lorsque la peinture liquide est atomisée en petites gouttelettes et pulvérisée sur un article, la qualité de la pellicule ou du revêtement de peinture formé sur cet article dépend largement des diamètres maximal et moyen des gouttelettes <EMI ID=37.1>
gouttelettes est grand, la qualité dé la pellicule appliquée '
<EMI ID=38.1>
maximal des particules et la qualité de la pellicule de peinture:
<EMI ID=39.1>
Pour former une pellicule de peinture d'excellente qualité, il est nécessaire que les diamètres maximal et moyen des gouttelettes de peinture atomisée soient faibles. Cependant, lorsqu'une peinture atomisée contient une grande quantité de gouttelettes de diamètre extrêmement petit, le résultat
obtenu n'est pas particulièrement bon, car le solvant s'évapore rapidement de ces gouttelettes lorsqu'elles se dirigent vers l'article à revêtir. Par conséquent, la solidification sensible de la résine et du pigment entraine une diminution de la qualité de la pellicule de peinture. Il est donc souhaitable que le diamètre maximal des gouttelettes de peinture atomisée soit réglé à une petite valeur, par exemple une valeur comprise dans la plage de 100 à 2.00 micromètres indiquée ci-dessus, et que les diamètres de la plupart des gouttelettes soient réglés
à des valeurs analogues.
Dans les dispositifs rotatifs classiques d'atomisation utilisés pour les revêtements électrostatiques, les diamètres des gouttelettes de peinture atomisée peuvent
varier sur une grande plage suivant divers facteurs tels que le type de résine utilisé , le type de solvant, le type de pigment, la viscosité présentée par la peinture au moment de l'utilisation, la résistance électrique et le débit de décharge de cette peinture, le diamètre et la vitesse de rotation du dispositif d'atomisation et la valeur de la tension continue appliquée <EMI ID=40.1>
Dans le cas de peinture à l'eau et de peinture à forte teneur en solides et à faible teneur en substances volatiles, dont l'utilisation s'est accrue au cours des.
<EMI ID=41.1>
de l'environnement, il est souvent difficile, voire impossible, d'obtenir des gouttelettes ayant les diamètres souhaités.
Même dans le cas de peintures ^synthétiques classiques de divers types, utilisées dans de nombreux domaines industriels, il est parfois impossible d'obtenir des gouttelettes ayant les diamètres souhaités.
Les diamètres des gouttelettes de peinture liquide. atomisée par un dispositif rotatif utilisé pour un revêtement électrostatique dépendent du nombre et de l'épaisseur des pointes (filets liquides) formées au bord de décharge du dispositif d'atomisation. Le diamètre des gouttelettes de peinture-est grand lorsque le nombre de pointes est faible et que ces pointes sont épaisses, et le diamètre des gouttelettes est faible lorsque le nombre des pointes est grand et que leur épaisseur est faible. En général, l'épaisseur des pointes dépend de l'épaisseur présentée par la pellicule de peinture au bord de décharge selon la relation suivante :
<EMI ID=42.1>
Pour obtenir aisément les diamètres maximal et moyen souhaités des particules de peinture, il est apparu que le
<EMI ID=43.1>
ou ' . ' ' ' ' . bord avant arrondi/ effilé classique, doit avoir un bord avant ou de décharge dont la largeur, considérée perpendiculairement à la surface sur laquelle la peinture s'écoule, est faible et uniforme. Plusieurs rainures dont la profondeur est faible et
<EMI ID=44.1>
la surface périphérique intérieure sur laquelle la peinture s'écoule. En utilisant une telle forme de réalisation et ses variantes dont certaines sont représentées sur les figures 4, <EMI ID=45.1>
rotatif d'atomisation est sensiblement accrue par rapport
à celle des dispositifs rotatifs classiques. Par. conséquent, la circonférence de la pellicule de peinture arrivant à l'extrémité de décharge du dispositif d'atomisation est sensiblement augmentée et son épaisseur est donc considérablement réduite..!! en résulte un accroissement du nombre de pointes formées et une diminution du diamètre dé ces pointes. Aussi, des gouttelettes de peinture atomisée ayant un diamètre maximal faible et des diamètres variant sur, une plage étroite se forment d'une manière stable sur toute la circonférence de l'extrémité circulaire et il en résulte une amélioration de la qualité de la pellicule de peinture déposée sur l'article.
Des mesures du courant d'obscurité ont été effectuées
<EMI ID=46.1>
en forme de plaque et d'une électrode en forme d'aiguillé de '
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
la tension continue V appliquée au dispositif alors que la quantité de peinture déchargée est nulle (le courant d'obscurité étant alors plus grand que celui obtenu pendant la décharge de
<EMI ID=49.1>
Les résultats obtenus- sont donnés dans le' tableau suivant. Il en résulte une confirmation que l'accroissement du,
<EMI ID=50.1>
extrêmement faible et ne fait donc apparaître aucun danger.
<EMI ID=51.1>
courant d'obscurité
<EMI ID=52.1>
La figure 4 est une élévation, avec coupe partielle, d'un petit dispositif rotatif d'atomisation réalisé selon. 1*' invention. Ce. dispositif comprend un moyeu 36 qui comporte <EMI ID=53.1>
élément rotatif de commande (non représenté) , par exemple un moteur pneumatique pouvant tourner à grande vitesse, par
<EMI ID=54.1>
par minute. Un disque 33 est fixé coaxialement sur l'extrémité avant dû manchon 32 et un cylindre 34 fait saillie coaxialement de la périphérie du disque 33. Le moyeu 36 formé par ces éléments est fixé sur l'arbre 31 à l'aide d'un écrou 35. Une cloche 39 d'atomisation de peinture, ayant un faible diamètre et.une
<EMI ID=55.1>
mité avant est ouverte et délimitée par un bord circulaire 38 de- décharge. Cette cloché . 39 est fixée au moyeu 36 par emmanchement coaxial de l'extrémité arrière de ladite cloche 39 sur
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
<EMI ID=58.1>
<EMI ID=59.1>
<EMI ID=60.1> la grande vitesse de rotation de l'arbre 31, cette peinture pénètre dans l'extrémité arrière delà cavité 37 de la cloche
39 en passant dans plusieurs trous 43 réalisés dans la paroi du cylindre 34 et elle se dirige, le long de la surface intérieure 44 de la cavité 37, vers l'extrémité 38 de décharge en formant une mince pellicule dont l'épaisseur est en général inférieure à environ 0,1 mm. La pellicule de peinture ainsi dirigée vers l'extrémité. 38 de décharge est atomisée par le champ électrostatique créé entre cette extrémité 38 et un article (non représenté) à revêtir sous l'application d'une haute tension continue, par exemple comprise entre 80 et lOOkV, entre la cloche 39 et ledit article à l'aide d'une source
<EMI ID=61.1>
sentie) . La peinture atomisée ainsi obtenue se dépose électrostatiquement sur la surface de l'article.
Le bord circulaire 38 de décharge présente une surface
<EMI ID=62.1>
perpendiculairement à la périphérie ou à l'extrémité avant de la surface intérieure 44 délimitant la cavité 37, est uniforme, comme montré sur la figure 5. La partie avant de la surface
<EMI ID=63.1>
direction d'écoulement de la peinture liquide le long de la surface intérieure 44 et ces rainures 46 sont rapprochées les unes des autres et sensiblement équidistantes. Leurs extrémités extérieures s'ouvrent à la surface extrême 45 de décharge. Les rainures 46 peuvent avoir, en plan, une forme allongée. Il
est cependant préférable que leur forme soit telle que leur largeur et leur profondeur croissent progressivement de leur extrémité intérieure vers leur .extrémité extérieure. Par exemple, les rainures peuvent avoir la forme d'un V allongé
(figure 7A), d'un U allongé (figure 78) ou d'un V allongé dont l'axe est courbé ou en forme d'arc de cercle (figure 7C).
Les rainures 46 peuvent avoir différents profils en section
<EMI ID=64.1>
<EMI ID=65.1>
<EMI ID=66.1>
<EMI ID=67.1>
soit préférable que leur profondeur augmente progressivement de leur extrémité intérieure,. vers' leur extrémité extérieure, <EMI ID=68.1> échelle agrandie montrant la partie périphérique d'un disque.
47 de décharge et d'atomisation de peinture, réalisé selon l'invention. Dans ce. dispositif, l'extrémité circulaire de décharge est également réalisée de manière qu'elle présente une surface extrême étroite 45 dont la largeur/ mesurée perpendiculairement à la surface intérieure 48 du disque 47 ou à la surface sur laquelle une peinture liquide s'écoule vers l'extrémité de décharge soit uniforme. La partie périphérique de la'surface intérieure 48 présente plusieurs rainures 46 orientées sensiblement.radialement, rapprochées les unes des
<EMI ID=69.1>
extérieure s'ouvre à la surface extrême 45.
Les exemples suivants portent sur des dispositifs rotatifs d'atomisation réalisés selon l'invention et donnent des -valeurs numériques pour la largeur b de la surface extrême
45 du bord circulaire de décharge, pour la profondeur d de
<EMI ID=70.1>
extrême 45, pour le pas P ou la distance comprise entre les
<EMI ID=71.1> <EMI ID=72.1>
<EMI ID=73.1>
<EMI ID=74.1>
<EMI ID=75.1> .[1 Largeur b de la surface de l'extrémité
<EMI ID=76.1>
Dans les exemples précédents, l'épaisseur de la pellicule de peinture se dirigeant,vers l'extrémité de décharge, le long de la surface intérieure de l'élément de décharge et d'atomisation, est généralement de plusieurs dizaines de micromètres, mais ne dépasse pas 100 micromètres.
Des essais ont été effectués avec une cloche rotative
39 d'atomisation, analogue à celle représentée sur la figure
4, ayant un diamètre d'environ 7,3 cm, et une extrémité 38
de décharge et une surface extrême 45 d'une largeur b de 1,0 mm. Les.rainures 46 présentent, en plan et en section droite, le profil montré sur les figures 7A et 8A et ont une profondeur
<EMI ID=77.1>
entre 1 et 5 mm. Une tension continue de 90 kV est appliquée entre l'extrémité 38 de décharge et l'article à revêtir et la cloche 39 est mise en rotation à une vitesse variant entre
7 000 et 18 000 tours par minute. Les résultats montrent que, lorsque divers types de peinture ayant des viscosités
<EMI ID=78.1>
viscosimètre Zahn muni d'une coupelle n[deg.] 2, sont soumises à
<EMI ID=79.1>
minute, on obtient de petites gouttelettes de peinture atomisée ayant un diamètre maximal inférieur à 200 micromètres et des diamètres variant sur une plage étroite ou sensiblement égaux.
La courbe 1 de la figure 9* montre la répartition des diamètres des gouttelettes de peinture atomisée obtenues 3 l'aide de la cloche 39 indiquée ci-dessus et tournant à 16 000 tours par minute et avec une peinture ayant une viscosité, à 20[deg.]C, de 25 secondes, déterminée au viscosimète Zahn muni d'une coupelle
<EMI ID=80.1>
<EMI ID=81.1>
viron 100 micromètres et que les diamètres des gouttelettes peuvent varier d'environ.20 micromètres.
<EMI ID=82.1>
La courbe II indique un diamètre moyen de gouttelettes d'environ 150 micromètres et une variation des diamètres des gouttelettes d'environ 60 micromètres. Cette courbe représente la répartition des diamètres de gouttelettes de peinture atomisée obtenues dans les mêmes conditions que celles indiquées ci-dessus, mais avec une cloche rotative classique d'atomisation ayant le même diamètre que celui de la cloche mentionnée précédemment, mais dont le bord annulaire de décharge est en forme de couteau et dont la surface périphérique intérieure ne présente pas de rainures. En comparant les courbes I et II, il
<EMI ID=83.1>
supérieurs à ceux obtenus avec les dispositifs rotatifs classiques d'a tomisation de l'art antérie ur.
'Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé d'atomisation d'une peinture liquide à l'aide d'un dispositif rotatif d'atomisation pour revêtir électrostatiquement un article d'une pellicule homogène et lisse de peinture liquide, un champ électrostatique étant établi entre le bord périphérique du dispositif rotatif et l'article à revêtit et la pein'ture liquide s'écoulant vers le bord du dispositif sous la forme d'une pellicule mince et continue, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à réduire sensiblement l'épaisseur de la pellicule de peinture lorsqu'elle atteint le bord périphérique en faisant écouler cette pellicule sur plusieurs rainures espacées radialement, orientées sensiblement dans la direction d'écoulement de la peinture et aboutissant au bord de décharge, et à atomiser la pellicule de peinture liquida lorsqu'elle est projetée au-delà dudit bord périphérique.
<EMI ID = 1.1>
The invention relates to a method for electrostatic atomization of a liquid paint and the electrostatic coating of an article by the use of a rotary device, in particular a rotary atomization device.
high speed. The process is designed to
prevent foaming on the film
paint applied to the article, so as to obtain
a high quality coating. The invention also relates to
disc type and rotary type atomizing devices
bell used for electrostatic coating.
There has been an increased trend in recent years
the use of low-solvent liquid paints
and relatively high viscosity to prevent pollution
of the environment. However, to satisfactorily atomize a relatively high viscosity liquid paint using a rotary device, it is often
necessary to rotate the latter at an extremely high speed.
When atomizing a liquid paint using a rotary device, the degree of atomization of the paint
is generally inversely proportional to the thickness of the paint film deposited in the form of a thin layer
on the circular discharge edge delimiting the surface of the rotary device. In addition, the thickness of the film
is proportional to the quantity of paint discharged and inversely proportional to the product of the speed of rotation
of the atomization device and the radius of the circular discharge edge.
For this reason, when using a small rotary atomizing device whose radius or that
of the circular discharge edge is reduced in order to reduce the dimensions and the weight of said device, it is necessary to sufficiently increase the speed of rotation of the latter
during the atomization of a liquid paint, even when the viscosity of the latter is relatively low, to obtain a satisfactory atomization of this paint or to reduce the thickness of the liquid film forming on the circular discharge edge.
However, when the speed of rotation of the atomization device exceeds 4000 revolutions per minute during the electrostatic coating, a large number of bubbles may form on the surface of the paint film applied to the article depending on the type of paint used, the
application rate of paint, etc. The bubbles affect the quality of the coating obtained and excessive foaming can completely damage the coated article.
t
The invention therefore relates to an electrostatic coating process using a rotary atomizing device.
<EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
surface of an article, in order to produce a high quality coating, regardless of the speed of rotation of the atomizing device, the type of paint used, the rate of discharge of the paint, etc. The invention also relates to a rotary atomizing device of the disc and bell type, designed to prevent the formation of foam on the paint film and to enable electrostatic coating to be carried out in a satisfactory manner.
Various factors have been cited above as responsible for the formation of foam on paint films. It is assumed that the most important factors are the physical state of the liquid paint when it is directed towards the circular discharge edge, along the surface of the atomizing device rotating rapidly and when it is discharged beyond of this edge and atomized. From this assumption, and to clearly determine the factors involved in foaming, a number of stroboscopic images of the state of the liquid paint on the surface of the rotating atomizer and the conditions were taken. in which this paint is discharged and atomized.
It has thus been discovered that, when the electrostatic atomization of the paint is normally carried out by the rotary device, said liquid paint flows towards the circular discharge edge having a straight section in the shape of a knife blade oriented towards the outside. in
<EMI ID = 4.1> or in a radial direction (in the case of a disc type device), thus forming a number of "spikes"
(liquid fillets). Due to the effect of the electrostatic field generated by the application of a continuous high voltage between the discharge edge and the article to be coated, a small
<EMI ID = 5.1>
point, separating, moving away and taking the form of a
small droplet, reaches atomization state.
However, when the atomizing device
rotates at high speed and a certain number of air bubbles form on the film of paint applied to the surface of the article, the atomization of the paint by the release of fine droplets at the end of each of many
spikes formed along the entire periphery of the circular discharge edge cannot be obtained. On the other hand, it has been discovered, as shown in FIG. 1 of the accompanying drawings, that a liquid film 3 is formed which consists of a number of irregular triangles whose base is very wide and which protrude at the periphery of the rotary atomizing device 1, over the entire circumference of the circular edge
2 discharge, towards the flared front part and towards the outside. The outer edge 4 of this liquid film 3 is extremely unstable and reacts to contact with ambient air due to the high speed of rotation of the atomization device.
While film 3 is thus turned,
folded down, deformed and sucked into the air by reacting with the latter, it is subjected to the electrostatic field so that its outer edge 4 tears and divides into spherical particles forming a number of droplets 5 of paint which each contain small amounts of air. It has been discovered that these paint droplets 5, retaining from. air, are released at the same time as the normal paint droplets 6 with which they mix.
It is therefore believed that the formation of foam on the paint film applied to the surface of the article to be
coating electrostatically using a high speed rotating atomizing device 1 is mainly due to the fact that a certain number of paint droplets 5, retaining air, are attracted * to the article to be put on penny.
<EMI ID = 6.1>
the article and retain air in the film of paint thus formed.
To prevent the formation, at the shredded outer edge of the liquid film with triangular and irregular points, of paint droplets retaining air, tests were carried out with a rotary bell-type atomization device whose circumference of the edge discharge circular has a number of triangular projections,
<EMI ID = 7.1>
appeared that when the paint has a relatively low viscosity and is discharged in small quantities, each. triangular projection supports a liquid film of substantially triangular shape. Consequently, the outer edge of each liquid film forms a point at the top * of the triangular projection or along the outer edge of its two sides and the atomization of the paint occurs at the point of each projection.
However, when the viscosity of the liquid paint and the quantity of paint discharged exceed certain critical values (for example a discharge rate of approximately 200 cm / min for a paint having a viscosity of
<EMI ID = 8.1> <EMI ID = 9.1> paint with a viscosity of 25 seconds, measured at viscosity
<EMI ID = 10.1>
liquid films occupy the intervals between the pairs of neighboring triangular projections and the outer edge of each liquid film is inverted or deformed
<EMI ID = 11.1>
the formation of air-retaining paint droplets, which results in the development of air bubbles or foam on the paint film applied to the article.
. In addition / it has been confirmed that, due to the fact that the <EMI ID = 12.1>
has a number of triangular protrusions "located over its entire discharge edge and forming a number
<EMI ID = 13.1> <EMI ID = 14.1>
uses safely.
The invention therefore relates to a method designed to prevent the formation of irregular liquid films such as those indicated above, on the circular discharge edge of an atomizing device rotating at high speed, in order to eliminate the formation of foam. on the deposited paint film. To this end, the improved process for atomizing liquid paint according to the invention uses a rotary atomizing device, charged, electrostatically and in which the liquid paint, flowing in the form of a thin continuous film on a surface, for example on the inner surface of a bell-shaped atomizer or on a surface of a disc-shaped atomizer, is divided into a large number of separate narrow threads
from each other in the circumferential direction of the rotary atomizer, as shown schematically in Figure 2 of the accompanying drawings and described below.
When the liquid paint thus conducted towards the entire circumference of the discharge edges 2 by forming a large number of narrow and thin threads reaches said discharge edge, it does not form a liquid film projecting from this edge towards the flared part forward or outward, as shown in Figure 1, but it forms
<EMI ID = 15.1>
of the discharge edge 2 and which correspond to the narrow and thin thread. The end of each point is atomized and is released in the form of a small droplet 6 which does not retain air.
<EMI ID = 16.1>
ticks to apply on the item. It is thus possible to prevent the formation of foam on the paint film applied to the surface of the article.
According to the invention, the thin, continuous film formed along a surface of the rotary atomizing device can be divided into a number of narrow and thin fileta. 6 in various ways. A very effective means is to make a certain number of shallow grooves, for example fine triangular grooves 8 as shown, .. in the surface on which: the liquid paint is directed <EMI ID = 17.1>
of the bell-type atomizer or on a surface of the. atomizing disc, so that the grooves 8 reach the
<EMI ID = 18.1>
direction than that in which the liquid paint flows, i.e. substantially in the axial direction, than in the,
<EMI ID = 19.1>
radial in the case of a disc.
For a rotary atomizing device
<EMI ID = 20.1>
the thickness of the liquid paint flowing along the. surface of said device is generally of the order of several
<EMI ID = 21.1>
when the discharge rate is between about 50 and
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
flowing is divided into thin threads spaced from each other in the circumferential direction by the grooves.
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and on <EMI ID = 26.1>
- Figure 1 is a partial and schematic plan view showing the formation of droplets on the circular discharge edge of a rotary atomizing device of the prior art; <EMI ID = 27.1> Figure 1, but showing the discharge edge of the rotary atomization device according to the invention
- Figure 3 is a partial axial section of an <EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
- Figure 4 is a partial axial section of a <EMI ID = 30.1> <EMI ID = 31.1>
enlarged scale, from the discharge edge of the device shown <EMI ID = 32.1>
- Figure 6 is a partial axial section, 3 enlarged scale, of the edge of a discharge and atomization disc forming part of a variant of the device according to the invention;
FIGS. 7A, 7B, 7C, 8A, 8B, 8C and 8D are partial schematic plan views of variants of the discharge edge of the atomization device according to the invention: and
- Figure 9 is a graph showing the average diameter of the spray paint droplets using a prior device and using the device according to the invention. Figure 3 shows in section a first embodiment according to the invention, namely a rotary atomization device of the bell type.
This device comprises a sleeve 12 mounted on the front end of a shaft 11 of the device (not shown) which can rotate at high speed, that is to say from about 10,000 to 16,000 revolutions per minute under the control of a motor, for example of the pneumatic type. A disc 13 is fixed coaxially to the front end of the sleeve and a cylinder
14 starts coaxially towards the rear of the circumference of the disc 13. The parts described above form a hub 16 <EMI ID = 33.1>
atomizing paint, of the bell type, has a cavity 17 of circular section, open towards the front and delimited by a circular edge 18 of discharge tapered towards the front. This atomizing element 20 is fitted coaxially on the cylinder 14 of the hub 16 and is fixed there by a locking screw 19. The liquid paint, coming from a suitable source of supply (not shown) and arriving through a conduit 21 in the interval between the sleeve 12 of the hub 16 and the cylinder 14, is directed, under the effect of the rotation at high speed of the device, towards the rear end of the cavity
17 passing through several holes 22 made at the front end of the cylinder 14 and it flows in the form of a thin film, the thickness of which is approximately 0.1 mm, along the circumferential wall 23 of the cavity.
A number of grooves 8 are made along
<EMI ID = 34.1>
<EMI ID = 35.1>
0.3 mm, so that the grooves reach the discharge edge 18. These grooves 8 can be produced using a knurling tool.
The grooves 8 divide the paint film, as indicated above, so that this paint, when it reaches the discharge edge 18, is atomized under the effect of the electrostatic field produced by a high direct voltage, for example a voltage d '' about 80 to 120 KV, applied between the discharge edge 18 and an article to be coated
(not shown). The paint is thus deposited electrostatically on the surface of the article.
When the rotary atomization device described above, comprising a circular discharge edge with a diameter of 7.3 cm and rotating at a high speed, for example of 16,000 rpm, uses a high viscosity liquid paint , for example a viscosity of 30 seconds measured with a Zahn viscometer fitted with a cup n [deg.] 2, and also uses a paint discharge rate of between approximately 150 and 500 cm / min, no foam forms on the deposited paint film and a high quality coating is thus obtained.
To determine the effect of the grooves 8 on the dark currents, the tests consisting in measuring these currents were carried out on the rotary atomization device of the bell type according to the invention and on devices of the prior art. The device according to the invention used for these tests is similar to that shown in Figure 3 and has a large number of grooves before a length of about
<EMI ID = 36.1>
The prior art device also used for these tests has the same shape and the same dimensions as those of the device shown in FIG. 3, but does not have grooves 8.
When liquid paint is atomized into small droplets and sprayed onto an article, the quality of the film or paint coating formed on this article depends largely on the maximum and average diameter of the droplets <EMI ID = 37.1>
the droplets are large, the quality of the film applied
<EMI ID = 38.1>
maximum of particles and the quality of the paint film:
<EMI ID = 39.1>
To form a film of excellent quality paint, it is necessary that the maximum and average diameters of the spray paint droplets are small. However, when an atomized paint contains a large amount of droplets of extremely small diameter, the result
obtained is not particularly good, because the solvent evaporates quickly from these droplets when they go to the article to be coated. Consequently, the substantial solidification of the resin and of the pigment results in a reduction in the quality of the paint film. It is therefore desirable that the maximum diameter of the spray paint droplets be set to a small value, for example a value in the range of 100 to 2.00 micrometers indicated above, and that the diameters of most droplets be adjusted
to analogous values.
In conventional rotary atomizers used for electrostatic coatings, the diameters of the spray paint droplets can
vary over a wide range depending on various factors such as the type of resin used, the type of solvent, the type of pigment, the viscosity presented by the paint at the time of use, the electrical resistance and the discharge rate of this paint , the diameter and the speed of rotation of the atomization device and the value of the applied DC voltage <EMI ID = 40.1>
In the case of water-based paint and paint with a high solid content and a low content of volatile substances, the use of which has increased over the years.
<EMI ID = 41.1>
from the environment, it is often difficult, if not impossible, to obtain droplets having the desired diameters.
Even in the case of conventional synthetic paints of various types, used in many industrial fields, it is sometimes impossible to obtain droplets having the desired diameters.
The diameters of the droplets of liquid paint. atomized by a rotary device used for an electrostatic coating depend on the number and thickness of the spikes (liquid threads) formed at the discharge edge of the atomizing device. The diameter of the paint droplets is large when the number of points is small and these points are thick, and the diameter of the droplets is small when the number of points is large and their thickness is small. In general, the thickness of the tips depends on the thickness presented by the paint film at the discharge edge according to the following relationship:
<EMI ID = 42.1>
To easily obtain the desired maximum and average diameters of the paint particles, it appeared that the
<EMI ID = 43.1>
or ' . '' ''. conventional rounded / tapered front edge, must have a front or discharge edge whose width, considered perpendicular to the surface on which the paint flows, is small and uniform. Several grooves with shallow depth and
<EMI ID = 44.1>
the interior peripheral surface on which the paint flows. Using such an embodiment and its variants, some of which are shown in Figures 4, <EMI ID = 45.1>
rotary atomization is significantly increased compared
to that of conventional rotary devices. By. Consequently, the circumference of the paint film arriving at the discharge end of the atomizing device is significantly increased and its thickness is therefore considerably reduced. !! this results in an increase in the number of spikes formed and a decrease in the diameter of these spikes. Also, spray paint droplets having a small maximum diameter and diameters varying over, a narrow range are stably formed around the entire circumference of the circular end and this results in an improvement in the quality of the film. paint deposited on the article.
Dark current measurements were made
<EMI ID = 46.1>
plate-shaped and a needle-shaped electrode of '
<EMI ID = 47.1>
<EMI ID = 48.1>
the DC voltage V applied to the device while the quantity of paint discharged is zero (the dark current then being greater than that obtained during the discharge of
<EMI ID = 49.1>
The results obtained are given in the following table. This results in confirmation that the increase in,
<EMI ID = 50.1>
extremely weak and therefore does not present any danger.
<EMI ID = 51.1>
dark current
<EMI ID = 52.1>
Figure 4 is an elevation, partly in section, of a small rotary atomization device produced according to. 1 * invention. This. device includes a hub 36 which has <EMI ID = 53.1>
rotary control element (not shown), for example a pneumatic motor capable of rotating at high speed, by
<EMI ID = 54.1>
per minute. A disc 33 is fixed coaxially on the front end of the sleeve 32 and a cylinder 34 projects coaxially from the periphery of the disc 33. The hub 36 formed by these elements is fixed to the shaft 31 using a nut 35. A bell 39 for atomizing paint, having a small diameter and a
<EMI ID = 55.1>
front mity is open and delimited by a circular edge 38 discharge. This bell tower. 39 is fixed to the hub 36 by coaxial fitting of the rear end of said bell 39 on
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
<EMI ID = 58.1>
<EMI ID = 59.1>
<EMI ID = 60.1> the high speed of rotation of the shaft 31, this paint penetrates into the rear end of the cavity 37 of the bell
39 passing through several holes 43 made in the wall of the cylinder 34 and it goes, along the interior surface 44 of the cavity 37, towards the discharge end 38 by forming a thin film whose thickness is generally less than about 0.1 mm. The paint film thus directed towards the end. 38 of discharge is atomized by the electrostatic field created between this end 38 and an article (not shown) to be coated under the application of a high direct voltage, for example between 80 and 100 kV, between the bell 39 and said article using a source
<EMI ID = 61.1>
felt). The atomized paint thus obtained is deposited electrostatically on the surface of the article.
The circular discharge edge 38 has a surface
<EMI ID = 62.1>
perpendicular to the periphery or to the front end of the interior surface 44 delimiting the cavity 37, is uniform, as shown in FIG. 5. The front part of the surface
<EMI ID = 63.1>
direction of flow of the liquid paint along the interior surface 44 and these grooves 46 are close to each other and substantially equidistant. Their outer ends open to the extreme discharge surface 45. The grooves 46 may have, in plan, an elongated shape. he
it is however preferable that their shape is such that their width and their depth progressively increase from their inner end to their outer end. For example, the grooves may have the shape of an elongated V
(Figure 7A), an elongated U (Figure 78) or an elongated V whose axis is curved or in the shape of an arc of a circle (Figure 7C).
The grooves 46 may have different profiles in section
<EMI ID = 64.1>
<EMI ID = 65.1>
<EMI ID = 66.1>
<EMI ID = 67.1>
is preferable that their depth gradually increases from their inner end ,. towards their outer end, <EMI ID = 68.1> enlarged scale showing the peripheral part of a disc.
47 of paint discharge and atomization, produced according to the invention. In this. device, the circular discharge end is also made so that it has an extremely narrow surface 45 whose width / measured perpendicular to the internal surface 48 of the disc 47 or to the surface on which a liquid paint flows towards the the discharge end is uniform. The peripheral part of the inner surface 48 has several grooves 46 oriented substantially radially, close to each other
<EMI ID = 69.1>
outer opens to the extreme surface 45.
The following examples relate to rotary atomization devices produced according to the invention and give numerical values for the width b of the extreme surface.
45 of the circular discharge edge, for the depth d of
<EMI ID = 70.1>
extreme 45, for the pitch P or the distance between the
<EMI ID = 71.1> <EMI ID = 72.1>
<EMI ID = 73.1>
<EMI ID = 74.1>
<EMI ID = 75.1>. [1 Width b of the end surface
<EMI ID = 76.1>
In the previous examples, the thickness of the film of paint moving towards the discharge end along the interior surface of the discharge and atomizing element is generally several tens of micrometers, but does not not exceed 100 micrometers.
Tests were carried out with a rotating bell
39 atomization, similar to that shown in the figure
4, having a diameter of about 7.3 cm, and one end 38
discharge and an end surface 45 with a width b of 1.0 mm. Les.rainures 46 have, in plan and in cross section, the profile shown in Figures 7A and 8A and have a depth
<EMI ID = 77.1>
between 1 and 5 mm. A direct voltage of 90 kV is applied between the discharge end 38 and the article to be coated and the bell 39 is rotated at a speed varying between
7,000 and 18,000 revolutions per minute. The results show that when various types of paint having viscosities
<EMI ID = 78.1>
Zahn viscometer fitted with a cup n [deg.] 2, are subjected to
<EMI ID = 79.1>
minute, small droplets of atomized paint are obtained having a maximum diameter of less than 200 micrometers and diameters varying over a narrow or substantially equal range.
Curve 1 in FIG. 9 * shows the distribution of the diameters of the spray paint droplets obtained using the bell 39 indicated above and rotating at 16,000 revolutions per minute and with a paint having a viscosity, at 20 [ deg.] C, 25 seconds, determined using the Zahn viscometer fitted with a cup
<EMI ID = 80.1>
<EMI ID = 81.1>
about 100 micrometers and that the droplet diameters can vary by about 20 micrometers.
<EMI ID = 82.1>
Curve II indicates an average droplet diameter of approximately 150 micrometers and a variation of the droplet diameters of approximately 60 micrometers. This curve represents the distribution of the spray paint droplet diameters obtained under the same conditions as those indicated above, but with a conventional rotary atomization bell having the same diameter as that of the bell mentioned above, but whose annular edge discharge is knife-shaped and the inner peripheral surface has no grooves. By comparing curves I and II, it
<EMI ID = 83.1>
superior to those obtained with conventional rotary devices for atomizing prior art ur.
'It goes without saying that many modifications can be made to the devices described and shown without departing from the scope of the invention.
CLAIMS
1. Method for atomizing a liquid paint using a rotary atomizing device for electrostatically coating an article with a homogeneous and smooth film of liquid paint, an electrostatic field being established between the peripheral edge of the device rotary and the article to be coated and the liquid paint flowing towards the edge of the device in the form of a thin and continuous film, the method being characterized in that it consists in substantially reducing the thickness of the paint film when it reaches the peripheral edge by causing this film to flow over several radially spaced grooves, oriented substantially in the direction of flow of the paint and ending at the discharge edge, and to atomize the paint film liquid when it is projected beyond said peripheral edge.