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BREVET D'INVENTION.
Société dite : BALL CORPORATION.
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----------------- Procédé et appareil en vue d'appliquer une poudre finement divisée sur une tôle métallique.
(Inventeur : Eduardo Carlos ESCALLON) Convention Internationale-Priorité de deux demandes de brevets déposées aux Etats-Unis d'Amérique, le 30 août 1982 sous Serial No 412.635, le 22 mars 1983 sous Serial No 477.786, toutes deux au nom de l'inventeur.
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Procédé et appareil en vue d'appliquer une poudre finement divisée sur une tôle métallique.
La présente invention concerne un procédé et un appareil fournissant un moyen en vue d'enduire une tôle métallique, en particulier, un feuillard métallique, avec une poudre finement divisée et elle concerne plus particulièrement un nouveau procédé et un nouvel appareil en vue d'acheminer une poudre finement divisée en un état dans lequel elle peut être traitée, pour la transmettre ensuite dans une zone de dépôt, en particulier, dans un dispositif électrostatique de telle sorte qu'elle soit appliquée uniformément sur un feuillard métallique en mouvement,
Sur des feuillards utilisés pour réaliser des récipients métalliques et des extrémités de récipients, par exemple, pour la bière, les boissons non alcoolisées et analogues, on applique un revêtement cohérent d'une matière résineuse ou polymère,
ce revêtement devant être exempt de piqûres, suffisamment flexible pour permettre les déformations extrêmes accompagnant la fabrication des récipients et des extrémités de récipients, tout en étant peu coûteux de telle sorte que la fabrication de ces récipients et de leurs extrémités soit économique.
Pour répondre à ces conditions, il est souhaitable que ces revêtements soient cohérents, flexibles, inertes, très minces et d'une épaisseur uniforme.
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Antérieurement, des revêtements pelliculaires de matièAntérieurement e res résineuses ou polymères ont été réalisés à l'échel- le industrielle sur le métal par de nombreux moyens, notamment par des dispositifs d'enduction à rouleaux et à plaques d'effleurage. Dans ces procédés par voie humide, on a utilisé des supports ou des solvants organiques et inorganiques comme moyens en vue de transporter et d'étaler uniformément les matières résineuses.
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Dans ces procédés, le support de la matière résineuse doit être éliminé, généralement, par application de chaleur. Lorsque la matière résineuse est véhiculée par un solvant hydrocarboné (comme c'est généralement le cas), il est nécessaire de contrôler l'émission du solvant ou support pour respecter les réglementations en vigueur, ce qui exige fréquemment l'utilisa- tion de dispositifs collecteurs spéciaux ou d'incinérateurs pour oxyder ou brûler les matières organiques.
Dans la technique, il a été souhaitable et suggéré d'utiliser directement des résines en poudre sans solvant sur un substrat donné pour former des revêtements. Les techniques actuellement connues sont de différents types. Dans un procédé qui peut sembler êtr étroitement apparenté à la présente invention, on utilise un lit fluidisé. Dans une technique à lit fluidisé, le substrat à enduire est habituellement chauffé à une température juste supérieure au point de fusion de la matière résineuse utilisée pour enduire ce substrat. Ensuite, on plonge le substrat ou on le fait passer, habituellement pendant quelques secondes seulement, à travers le lit fluidisé de particules de cette matière résineuse.
Certaines particules viennent adhérer au substrat immergé et, à la sortie du lit, la chaleur résiduelle fait fondre et nivelle les particules adhérentes en un revêtement résineux lisse et non poreux.
Toutefois, avant la présente invention, on n'a suggéré aucun procédé industriellement satisfaisant en vue de former un très mince revêtement de poudre, c'est-à-dire un revêtement d'une matière résineuse ou polymère d'une épaisseur d'environ 0, 0127 mm et moins.
La raison principale de cette lacune réside dans le fait que, lorsque l'épaisseur du revêtement de poudre doit être très mince, il est difficile de traiter ou de dis-
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tribuer une matière en poudre finement divisée de manière continue pour répondre aux exigences industrielles. Bien que, selon toute apparence, l'enduction d'un substrat au moyen d'une poudre très fine semble être une tentative pertinente, il s'est avéré que cela posait un problème considérable exigeant pas mal d'efforts. Dans le manuel de S. T.
Harris pour l'industrie de l'application de revêtements de poudre, "The Technology of Powder Coatings" (Portculler Press, Londres 1976, page 290), il est stipulé : bien que l'on puisse effectuer un broyage fin pour obtenir de fines poudres, il est difficile d'appliquer ces dernières sur des substrats, car ces fines poudres ne sont pas aisément manipulées et distribuées, par exemple, par fluidisation et, en outre, elles ne sont pas déposées aussi aisément que de plus grosses particules lors d'une application par voie électrostatique. La difficulté de techniques de traitement telles que la fluidisation est encore confirmée par G. L. Mathenson et al. dans un article intitulé"Characteristics of Fluid-Solid Systems", Ind.
Eng. Chem., 41 : 1099 (1949) où il est stipulé que de très petites particules ayant des diamètres inférieurs
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à environ 10 microns donnent lieu à une attraction de cohév si, des particules elles-mêmes au cours de la fluidi- onsation, provoquant ainsi la prise en masse de ces particules au cours de cette fluidisation parfois avec formation de sphères agglomérées ayant des diamètres allant jusqu'à plusieurs millimètres.
Dans un certain nombre de brevets de la technique antérieure, on décrit des techniques particuliè- res en vue d'appliquer un revêtement d'une matière en poudre par voie électrostatique. Toutefois, aucun de ces brevets ne s'est avéré applicable à l'échelle industrielle pour réaliser les revêtements cohérents, flexibles, inertes, très minces et uniformes que l'on
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obtient suivant la présente invention. Un certain nombre de brevets antérieurs ont été dirigés vers l'élaboration de poudres de résines pour l'enduction.
Parmi ces brevets, il y a, par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3. 058. 951, 3. 781. 380, 4.009. 223, 4.009. 224, 4. 072. 795. 4.092. 295, 4. 104. 416, et 4.312. 902. Plusieurs de ces brevets concernent spécifiquement des poudres pour dépôts électrostatiques (par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 4.009. 223,4. 072. 795 et 4. 104. 416).
D'autres brevets concernent des procédés et des appareils d'enduction par voie électrostatique (voir, par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3.336. 903,
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3. 3. 670. 699, 3. 690. 298, 4. 066. 803, 4. 073. 966, 4. 084. 018, 4. 4. 122. 212, 4. 209. 550, 4. 230. 668, 4. 244. 985, 4. 285. 296 et 4. 297. nombre de ces brevets concernent spécifiquement le dépôt électrostatique de poudres de résines (voir, par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 3. 336. 903, 3.670. 699, 3. 690. 298, 4. 084. 108, 4. 101. 687, 4.122. 212 et 4.230. 068).
Plusieurs brevets décrivent l'enduction de la paroi intérieure de récipients métalliques pour boissons au moyen de résines en poudre (voir, par
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exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique n Lque n 4. 068. 039 et 4.109. 027), de même que l'élaboration de résines en poudre pour récipients de produits alimentaires et de boissons. Un procédé en vue d'enduire un substrat non métallique au moyen de particules finement divisées est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4.325. 988.
La présente invention fournit un nouveau procédé et un nouvel appareil en vue d'appliquer, sur une matière métallique, des revêtements cohérents. uniformes et fonctionnels d'une épaisseur inférieure à
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environ 0,0127 mm et aussi faible que 0, 00127 mm.
Ces revêtements sont formés à partir d'une matière polymère ou de résines en poudres, de préférence, des poudres époxy thermodurcissables dont les particules ont une granularité moyenne se situant dans l'intervalle allant de 15 à environ 1 micron, de préférence, une granularité moyenne inférieure à 10 microns. Dans le procédé de la présente invention, on forme de très fines particules à proximité d'une zone d'enduction vers laquelle elles sont acheminées, ces particules étant transportées pratiquement sans être tassées et sans être agglomérées, pour parvenir dans une zone de dépôt et de charge électrostatique avec des efficacités d'enduction se situant spécifiquement entre environ 80 et 90%.
Le procédé et l'appareil de la présente invention permettent non seulement d'obtenir une matière métallique améliorée mais, ce qui est plus important, ils permettent également la fabrication économique de cette matière. De plus, l'invention fournit un nouveau procédé en vue de transporter des matières finement divisées de telle sorte qu'elles s'écoulent librement et qu'elles aient une haute maniabilité afin qu'elles soient amenées à s'écouler à des débits prévisibles et contrôlés dans une zone de dépôt, en particulier, dans un champ électrostatique. Dans des procédés tels que ceux dans lesquels on doit traiter des matières finement divisées, une mauvaise maniabilité constitue une entrave au traitement et/ou à l'application efficace de revêtements uniformes.
Cet aspect est critique pour les raisons décrites ci-après car, comme on le sait, les matières finement divisées deviennent moins maniables lorsque les particules deviennent plus petites.
En règle générale, les matières en particules peuvent se ranger dans deux grandes classes selon
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J. Ui pJ-CLCB dvj. particules susceptibles de cohésion et les matières en particules non susceptibles de cohésion. Alors que les matières susceptibles de cohésion telles que les grains résineux s'écoulent aisément à travers l'ouverture d'une enceinte, les solides susceptibles de cohésion tels que l'argile humide se caractérisent par leur tendance à ne pas se comporter de la sorte. On comprendra que les matières non susceptibles de cohésion ont une tendance naturelle à adhérer eu à se solidariser l'une à l'autre sous une pression modérée et que, en règle générale, elles ne glissent pas l'une sur l'autre avant que la force appliquée n'atteigne une valeur importante.
Contrairement à la plupart des fluides, les solides granulaires résistent à la déformation lorsqu'ils sont soumis à au moins une certaine force de déformation mais, lorsque les forces sont suffisamment importantes, il se produit une défaillarce et un groupe de particules glisse aisément sur un autre, cependant qu'entre les groupes, de part et d'autre de la défaillance, il se produit une importante friction. A cet égard, il y a une analogie étroite entre l'écoulement d'une matière en particules et celui de liquides plastiques non Newtoniens.
Une propriété importante et distinctive d'une matière en particules réside dans le feit que les densités des masses varient suivant le degré de tassement des grains individuels. La densité d'un fluide est une fonction unique de la température et de la pression au même titre que celle de chaque particule solide individuelle ; toutefois, la densité apparente d'une masse de particules ne l'est pas. La densité apparente est à une valeur minimum lorsque la masse de particules est en un état meuble ou non tassé et on peut aisément la porter à une valeur maximum lorsque cette masse est tassée par des vibrations ou
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par damage. 11 va sans dire que la densité apparente est une caractéristique importante intervenant dans le traitement d'une matière en particules.
Il est bien connu qu'un certain nombre de facteurs influencent les propriétés générales d'écoulement de particules finement divisées et ces facteurs englobent la granularité des particules, la géométrie des particules, les forces de cohérence, les forces d'adhérence, la présence de l'humidité, la ségrégation des granularités, la prise d'une charge électrostatique par tribo-électrisation, la densité, la présence d'éléments auxiliaires d'écoulement, la densité de tassement ou d'agglomération et l'aptitude des poudres à se comprimer ou à se tasser lors de la conservation.
Lorsqu'on suit le procédé de la présente invention, il importe de ne pas laisser s'agglomérer les particules finement divisées dès leur formation.
Chaque stade de la manipulation ou du procédé doit être examiné en tenant compte du fait que les propriétés caractéristiques de densité ou de densité apparente d'un courant d'une matière en poudre ne doivent pas être modifiées sensiblement. Le brcyage des matières produit une électricité statique qui pourrait exercer un effet néfaste en provoquant l'agglomération des particules. Comme on peut le comprendre, les particules dont la granularité a été réduite, ont tendance à se réagglomérer. Il est difficile de séparer et de pulvériser des particules agglomérées.
En outre, on rencontre un écoulement s'accompagnant de phénomènes de cohésion principalement avec de très fines particules ; en particulier, lorsque les particules ont une granularité sensiblement inférieure à 10 microns, l'attraction entre ces particules devient importante, donnant ainsi lieu à
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leur agglomération. Cette agglomération des particules est souvent répartie de manière désordonnée dans toute la masse, donnant ainsi une masse dans laquelle la répartition des particules peut sembler uniforme, mais dans laquelle, en fait, un grand nombre de particules agglomérées sont disséminées de manière désordonnée. De ce fait, une agglomération de ce type exerce certains effets sur les caractéristiques générales d'écoulement de la masse.
On peut former une masse de particules amenées à l'état non comprimé ou"décompacté", ou pratiquement décompacté en redistribuant la masse pour obtenir un degré prédéterminé de tassement uniforme, ou exprimé autrement, un certain degré de caractère duveteux. En fait, ceci tend à éliminer de la masse les agglomérations de particules. En décompactant la masse de particules, on améliore les caractéristiques d'écoulement de la matière en particules, si bien que l'on peut obtenir un écoulement plus uniforme de particules. Il est de loin plus avantageux d'obtenir simplement une masse de particules pratiquement non comprimées, cette masse étant relativement exempte de sièges d'agglomération.
Ainsi qu'on le décrira ci-après plus en détail, ce décompactage peut se faire par exemple, dans un lit fluidisé on dans un broyeur à projection dans un courant fluide. D'autres chercheurs ont quelque peu négligé de se préoccuper du maintien d'une matière en particules en un état uniforme au cours de son traitement, et l'on pense qu'il contribue sensiblement à aboutir aux résultats obtenus par la présente invntion, résultats qui, jusqu'à présent, n'ont pu être obtenus lors de la formation de pellicules ou de revêtements uniformes très minces à partir de poudres finement divisées.
Suivant la présente invention, on prévoit des particules d'une résine près de la zone d'enduction.
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Les particules de résine sont décomprimées et elles sont soumises à l'énergie intense libérée par l'expansion d'un gaz comprimé, acquérant ainsi une force vive suffisante pour broyer ou réduire d'une autre manière les particules à une très fine granularité. L'énergie du gaz en expansion est ensuite diffusée pour assurer un écoulement modéré, pratiquement sans turbulence, cet écoulement étant suffisant pour transporter les particules finement divisées. Les particules elles-mêmes ont un rapport surface/masse suffisant pour être déplacées par le courant gazeux modéré à l'encontre de l'effet de la gravité et, d'une manière générale, vers le haut dans une zone de dépôt.
Ces rapports surface/masse peuvent être, par exemple, de 300 à plus de 1.000 (gramme-centimètres)-1. Dans la zone d'enduction, les particules de la poudre forment un nuage calme et, de préférence, un feuillard métallique à enduire est déplacé à travers ce nuage en étant exposé à une énergie électrique pour créer un champ électrique d'une intensité suffisante pour charger et déposer les particules de la poudre. En fait, les particules chargées se déplacent en réponse au champ électrique et elles viennent se déposer sur la surface du feuillard métallique.
Etant donné que la matière résineuse ou polymère des particules a une très haute résistivité, on pense qu'à l'exception de la partie de la surface qui entre directement en contact avec la matière ou le feuillard, les particules déposées conservent une charge électrostatique dans les parties qui sont éloignées de la surface. La charge électrostatique maintenue sur les particules déposées repousse et offre une résistance
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au dépôt d'autres particules de même charge sur le feuillard au voisinage des particules déjà déposées, tendant ainsi à assurer une répartition plus uniforme de particules discrètes sur toute la surface du feuillard.
Grâce à la charge retenue par les particules et à la faible granularité des particules déposées, celles-ci viennent adhérer fermement à la surface du feuillard.
L'appareil de l'invention comprend un premier moyen formant une chambre de dépôt. Le feuillard à enduire est déplacé par un deuxième moyen à travers la zone de dépôt. De préférence, ce deuxième moyen déplace horizontalement le feuillard à travers la chambre de dépôt, les surfaces à enduire étant situées dans un plan vertical généralement adjacent à la ligne centrale de la chambre de dépôt. La source de matière en poudre ou troisième moyen est situé près de l'extrémité de la chambre de dépôt par laquelle pénètre le feuillard.
Ce troisième moyen amène la pou d r e non comprimée à la source précitée et il broie, érode ou réduit d'une autre manière les particules de la poudre pour les amener à une très fine granularité avant de les acheminer à la chambre de dépôt. Ce troisième moyen peut avoir différentes formes pour constituer une source de matière en poudre très fine. mais il est conçu, de préférence, de telle sorte que les particules soient soumises à l'énergie libérée par un gaz comprimé en vue de réduire les particules et de les acheminer à la zone de dépôt sous l'influence du courant diffus et modéré de ce gaz.
Ce troisième moyen achemine les particules avec leur haut rapport surface/masse à la zone de dépôt, tout en les maintenant séparées et exemptes d'agglomérations. Un quatrième moyen assure la répartition uniforme des particules dans un nuage calme et s'écoulant modérément dans la chambre de dépôt et ce,
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sans aucune agglomération. Un cinquième moyen situé dans la zone d'enduction charge électriquement et dépose les particules sur la matière. Ce cinquième moyen peut comporter des électrodes isolées électriquement de, mais supportées à l'intérieur de la chambre de dépôt, de préférence de part et d'autre du feuillard métal lique. Ces électrodes sont raccordées à une source de haute tension suffisante pour charger et déposer les particules sur la matière.
Suivant la présente invention, la matière sur laquelle doivent être formées les pellicules co- hérentes, est déplacée à travers la chambre de dépôt, par exemple, à des vitesses allant jusqu'à 61 m/minute.
La matière en poudre qui a été formée dans la source adjacente, est distribuée dans la chambre de dépôt en un nuage très calme. Une haute tension est appliquée aux électrodes situées à l'intérieur de la chambre de dépôt et conçues, de préférence, de telle sorte qu'un potentiel moyen généralement supérieur à 20.000 volts existe entre ces électrodes et le feuillard afin que les densités de courant régnant dans la zone de dépôt dépassent 163 micro-ampères par m2. La formation de cette puissance électrique dans la zone d'enduction a pour effet de charger et de déposer les particules sur le feuillard.
Suivant la présente invention, jusqu'à 80-90% des particules introduites dans la chambre de dépôt peuvent être déposées sur un feuillard tel qu'un feuillard métallique lors du passage de ce dernier à travers cette chambre. La poudre subsistant éventuellement peut être recueillie et réutilisée. Grâce à la présente invention, on peut former des pellicules cohérentes uniformes et ultra-minces sur les deux faces d'un feuillard métallique.
Ce feuillard métallique est particulièrement conçu pour la fabrication de
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récipients métalliques pour boissons et, après son enduction, ce feuillard peut résister aux déformations importantes intervenant au cours de la fabrication de récipients métalliques et ce, sans que la cohérence de la pellicule ou du revêtement soit rompue et sans conférer un goût désagréable à la boisson contenue dans le récipient.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective de l'extérieur d'une installation spécifique illustrant la mise en oeuvre de la présente invention ; la figure 2 est une vue en élévation latérale d'un moyen formant la zone d'enduction de la présente invention ; la figure 3 est une vue en bout de l'appareil illustré en figure 1 ; la figure 4 est une vue en perspective, avec arrachement partiel du moyen formant la zone d'enduction,
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ainsi que du moyen de charge de de la figure 2. la figure 5 est une vue en coupe transversale partielle d'une source de particules ultra-fines suivant la présente invention ;
la figure 6 est une vue en perspective, en coupe partielle d'une autre source de particules ultrafines suivant la présente invention ; la figure 7 est un graphique du courant de la zone d'enduction vis-à-vis du gradient du champ électrostatique régnant à l'intérieur de cette zone d'enduction ; la figure 8 est un graphique du poids du revêtement vis-à-vis de la vitesse d'un feuillard à
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travers la zone d'enduction ; la figure 9 est un autre graphique du poids du revêtement vis-à-vis de la vitesse d'un feuillard à travers la zone d'enduction ; la figure 10 est un graphique représentant l'accumulation de la matière d'enduction sur une matière première pour la fabrication de boites en fonction de la distance de parcours à l'intérieur de la zone d'enduction ;
la figure 11 est une photomicrographie de la matière métallique comportant des particules ultrafines déposées (résine époxy) suivant la présente invention, l'agrandissement étant d'environ 500 fois la figure 12 est une photomicrographie d'une matière métallique comportant une pellicule cohérente durcie de résine époxy (agrandissement d'environ 500 fois) ; la figure 13 est une vue en coupe transversale par le dessus illustrant le moyen formant la chambre de dépôt pour des rythmes de fabrication plus élevés ; et la figure 14 est une vue partiellement élaguée de ce moyen formant la chambre de dépôt, cette figure montrant le moyen permettant d'enlever les agglomérations éventuelles du feuillard.
La figure 1 représente un système d'enduc- tion afin d'illustrer la mise en oeuvre de la présente invention. Le système d'alimentation de poudre de la présente invention est en partie exclu de la figure 1 afin de simplifier cette vue illustrant la mise en oeuvre de l'invention. Comme représenté en figure 1, une structure 10 définit une chambre de dépôt 12 (représentée en figure 4). Des particules finement divisées d'une matière d'enduction sont introduites dans la chambre de dépôt via la partie du système de
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distribution de poudre qui est illustrée dans les figures 1 et 4.
La structure 10 et sa chambre de dépôt 12 constituent le moyen utilisé pour former une zone d'enduction dans laquelle les particules finement divisées, par exemple, des particules d'une granularité inférieure à 10 microns, sont déposées sur un feuillard métallique mobile 11.
Avant son enduction, le feuillard métallique 11 est généralement scus forme d'un rouleau (lla).
Pour enduire le métal du feuillard 11, on fait défiler ce dernier entre la fente d'entrée 14 et la fente de sortie 16 de la chambre de dépôt 12, comme représenté en figure 4. Dans l'appareil illustré en figure 1, pour définir la zone d'enduction à l'intérieur de la structure 10, on prévoit deux chambres de dépôt qui sont chacune analogues à la chambre de dépôt 12 illustrée en figure 4. La structure de la zone d'enduction a été avantageusement conçue en modules de façon à pouvoir éventuellement allonger la zone d'enduction.
On a trouvé qu'il était commode de prévoir une structure modulaire formant une chambre de dépôt ayant une longueur de 1,21 m le long du parcours de déplacement du feuillard.
Comme représenté en figure 4, la zone d'enduction située à 11 intérieur de la chambre de dépôt 12 comporte une série d'électrodes 18 disposées de part et d'autre du feuillard 11. Les électrodes illustrées sont de fins fils métalliques supportés entre des isolateurs 20. Les électrodes 18 sont raccordées à une source de haute tension 80 pour fournir à la zone d'enduction une haute tension et un courant, et créer un champ électrique vers le feuillard métallique 11. Un côté de la sortie de l'alimentation en haute tension et le feuillard métallique 11 sont raccordés à la terre.
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En quittant le moyen 10 formant la zone d'enduction le feuillard 11 défile à travers un four 60 et une section de refroidissement 70 pour venir ensuite s'enrouler sur un dispositif d'entraînement 100. Ce dispositif d'entraînement 100 constitue le moyen permettant de déplacer le feuillard métallique 11 à travers l'appareil.
Une commande électrique 90 pour l'appareil comporte des boutons-poussoirs (par exemple, 92) pour actionner des contacteurs électriques pour l'alimen-
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tation en haute tension 80, le système de distribution de poudre 30, le four 60, la section de refroidissement 70 et le moyen 100 entraînant le feuillard, ainsi que d'autres éléments de l'appareil. Lorsque l'appareil comporte plus d'un module formant une zone d'enduction, il peut être équipé d'une alimentation séparée en haute tension pour chaque zone d'enduction, encore que ce ne soit pas là une caractéristique indispensable. La commande peut également comporter un dispositif de mesure 94 indiquant la tension de sortie de l'alimentation en haute tension, ainsi qu'un dispositif de mesure 96 indiquant la température régnant à l'inté- rieur du four 60.
D'autres dispositifs de mesure, commandes et raccordements entre les différentes commandes connus de l'homme de métier spécialisé dans la technique des commandes industrielles, peuvent être prévus.
Lors du fonctionnement de l'appareil illustré en figure 1, le feuillard métallique est déplacé à travers la zone d'enduction par le moyen d'entraînement 100. Des particules d'une matière de revêtement sont acheminées aux chambres de dépôt 12 par des systèmes de distribution de poudre 30. Une haute tension et un courant s o n t acheminés aux électrodes 18 à l'intérieur de la chambre de dépôt et un champ élec-
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trique est créé entre les électrodes 18 et le feuillard métallique 11. En raison de la forme des électrodes, de la valeur de la tension et de la faible distan- c e entre les électrodes et le feuillard métallique, les particules de la matière d'enduction se chargent et se déposent sur le feuillard métallique.
A mesure que le feuillard métallique enduit se déplace à travers le four 60, les particules fondent sur 1 e métal sous forme d'une pellicule cohérente très mince. Le métal enduit est ensuite refroidi dans la section de refroidissement 70 et il est rebobiné par le moyen 100 entratnant le feuillard. On donnera ciaprès une description plus détaillée des aspects inventifs de l'invention.
Les figures 2-4 illustrent l'appareil d'enduction d'une manière plus détaillée. La structure 10 formant la zone d'enduction (comme représenté dans les figures 2 et 3) est réalisée, de préférence, en acier et elle est raccordée à la terre. Cette structure 10 peut être supportée par plusieurs tubes métalliques 10a qui peuvent être mis à la masse vis-à-vis de l'alimentation en haute tension. Comme représenté en figure 2, la structure 10 peut comporter des panneaux latéraux amovibles 22 qui peuvent être abaissés à partir de leur position illustrée par des mécanismes 24 comportant des cylindres hydrauliques ou pneumatiques.
Pour ouvrir les panneaux latéraux 22, les cylindres hydrauliques ou pneumatiques des mécanismes 24 peuvent être actionnés à partir de la commande électrique 90 (figure 1).
Les panneaux 22 peuvent comporter des fenêtres en une matière plastique claire telle que la matière"LEXAN" de "General Electric" afin de pouvoir observer l'intérieur de la chambre de dépôt 12.
Comme représenté en figure 3, le feuillard métallique 11 se déplace à travers la chambre de dépôt
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12, ses surfaces à enduire voyageant dans un plan vertical. Le feuillard 11 est supporté et guidé à travers les chambres de dépôt par plusieurs supports 26 qui sont réalisés, de préférence, en une matière thermoplastique autolubrifiante, rigide et résistant à l'usure, par exemple, le polypropylène, le nylon ou analogues. Dans les guides 26 du feuillard, sont
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pratiquées des rainures 26a dans lesquelles le feuillard est, introduit et voyage au cours du fonctionnement de l'appareil.
Lorsque le feuillard métallique 11 est entraîné à des vitesses supérieures à travers la chambre de dépôt 12, il peut se créer un mouvement rotatif stationnaire de l'air de part et d'autre du feuillard 11 près des ouvertures d'entrée et de sortie de la chambre de dépôt. Ce mouvement vertical de l'air altère la qualité du dépôt des particules. Lorsqu'un feuillard enduit doit être fabriqué à ces vitesses supérieures (par exemple, de plus d'environ 30 < 48 mètres/minute), il est préférable que le moyen formant la chambre de dépôt 12 comporte, près de ses ouvertures d'entrée et de sortie, des parois en bout s'incurvant vers tinté- rieur.
La figure 13 est une coupe transversale, par exemple, d'un moyen formant une chambre de dépôt analogue à celle de la figure 4, cette coupe étant prise sur un plan passant horizontalement dans la partie centrale de ce moyen pour illustrer une transition de ce type à parois en bout. Ces parois en bout 50, 51 s'incurvent vers l'intérieur à partir des parties 50a, 51a perpendiculairement au feuillard pour se terminer près des ouvertures d'entrée et de sortie par des parties 50b, 51b se rapprochant parallèlement au feuillard.
De préférence, les parois peuvent décrire une courbe elliptique à l'intérieur de la chambre de dépôt des
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deux côtés des ouvertures d'entrée et de sortie. Cette transition courbe près des ouvertures d'entrée et de sortie empêche les écoulements d'air rotatifs stationnaires, qui sont préjudiciables. Afin d'empêcher plus aisément ltécoulement d'air préjudiciable à l'intérieur de la chambre de dépôt, une terminaison radiale 51c est prévue aux extrémités des parois incurvées vers l'intérieur près de ltouverture de sortie. Cette terminaison radiale peut être formée en roulant l'extrémité de la paroi pour former une terminaison généralement cylindrique.
Les assemblages électrodes/isolateurs 18, 20 sont disposés dans des plans verticaux de part et d'autre du feuillard métallique 11 comme représenté en figure 3. Un champ électrique est formé entre les électrodes 18 et le feuillard métallique 11 transversalement au parcours sur lequel ce dernier se déplace à l'intérieur de la chambre de dépôt 12 lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes 18 à partir de l'alimentation en haute tension 80 et via le câble haute tension 82. Comme représenté en figure 4, la tension venant du câble haute tension 82 est acheminée à l'alimentation en haute tension via l'isolateur 28 assurant les raccordements aux électrodes 18.
Comme représenté en figure 4, les électrodes 18 sont constituées d'un fil d'acier de petit diamètre (ayant, par exemple, un diamètre de l'ordre de 0, 254 mm), ce fil étant suspendu entre deux isolateurs 20, comme décrit ci-dessus. Lorsqu'elles sont raccordées à des tensions de plus de 20.000 volts, les électrodes constituées d'un fil de petit diamètre ionisent l'atmosphère régnant dans la chambre de dépôt près des fils métalliques, créant ainsi un flux d'i o n s traversant la chambre de dépôt et allant jusqu'à la tôle métallique raccordée à la masse. Le champ électrique
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et l'ionisation créés par les électrodes 18 entraînent un dépôt d'une matière en particules introduite dans la chambre de dépôt.
On peut faire varier la distance comprise entre le plan central vertical de la chambre de dépôt le long duquel se déplace le feuillard métallique 11, et les plans verticaux situés de part et d'autre du feuillard métallique et dans lesquels sont situées les électrodes 18, mais, de préférence, cette distance se situe dans l'intervalle allant de 76, 2 à 304, 8 mm. Les électrodes 18 situées de part et d'autre du feuillard métallique 11 peuvent éventuellement recevoir des tensions différentes par une alimentation supplémentaire en haute tension 80a et un câble haute tension supplémentaire 82a. Il est toutefois entendu qu'un contrôle indépendant des électrodes de part et d'autre du feuillard métallique est généralement superflu.
Les figures 2 et 3 illustrent plus complètement le moyen 30 situé près de la zone d'enduction pour acheminer la matière en particules à la chambre de dépôt. Ce moyen comprend des trémies 32 assurant l'alimentation de particules non tassées d'une résine, ainsi qu'un broyeur à projection en courant fluide ou microniseur 34 en vue de réduire les particules de résine en particules finement divisées d'une granula- rité moyenne inférieure à 10 microns et afin de les transmettre au moyen 40 les introduisant sous forme d'un nuage de très fines particules réparti uniformément et s'écoulant doucement.
Comme représenté dans les figures 1-4, les particules formées par le système 30 sont dirigées vers le haut au moyen de conduits 40 à section transversale croissante communiquant avec la partie d'entrée de la chambre de dépôt, de préférence, à une distance d'environ 152, 4 mm de la fente d'entrée 14.
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Antérieurement, on a rencontré des difficultés considérables en utilisant des alimentations de matières en poudre avançant à travers différentes enceintes telles que des entonnoirs, des trémies et d'autres dispositifs, en particulier, des enceintes comportant des parois convergentes avec une ouverture associée pour distribuer la matière en poudre. Ces matières en poudre ont tendance à former des agglomérats au-dessus et à l'intérieur des dispositifs de distribution, en particulier, lorsqu'elles quittent l'ouverture de sortie, si bien que l'écoulement de ces matières est limité ou empêché.
Afin d'atteindre des débits prévisibles et contrôlés via une ouverture ou le long d'un parcours, la simple utilisation de dispositifs vibrants qui délogent très souvent les agglomérats empêchant l'écoulement, ne résout pas le problème, en particulier lorsqu'on a affaire à des matières en poudre très fine, car celles-ci ont tendance à s'agglutiner et à s'agglomérer aisément en essayant de sortir par une ouverture. Dès lors, lorsque des débits continus sont nécessaires, en particulier, de faibles débits à travers des orifices réduits pour distribuer une matière, l'effet d'agglomération est renforcé.
Un simple accroissement de l'énergie vibratoire a pour effet de réduire le refoulement, c'est-àdire qu'une énergie vibratoire supplémentaire n'apporte aucune amélioration à l'écoulement, mais amène simplement la matière à se tasser en une masse solide.
Il est particulièrement difficile d'assurer l'alimentation de matières en poudre ayant de hautes densités apparentes, par exemple, au dessus d'environ 0,56 kg/dm3, en raison des variations survenant dans la densité apparente, si bien qu'il est difficile de doser de telles matières avec précision. Comme on l'a indiqué précédemment, on a évité ce problème en utili-
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sant et en maintenant une matière en particules pratiquement non tassée. En conséquence, suivant l'invention, il est nécessaire de former un courant de particules ou d'une matière en poudre en un état non tassé ce qui, à son tour, assure la distribution d'un débit de masse essentiellement uniforme ou constant.
En adoptant la présente invention, on assure la distribution d'une matière en poudre en un état pratiquement nos tassé et à un débit de masse pratiquement constant.
La figure 5 illustre de manière plus détaillée le système de distribution de poudre de la présente invention qui est représenté dans les figures 1, -4. Le moyen illustré en figure 5 peut assurer un écoulement de particules de résine non tassées et il peut diviser finement ces particules pour les amener à une granularité moyenne inférieure à 10 microns.
Au fond d'une trémie 32a, est prévue une partie en forme d'entonnoir 32b. Cette partie 32b comporte une paroi intérieure tronconique 32c et une paroi extérieure tronconique 32d formant une chambre de tranquillisation 32e qui est reliée à une source d'air comprimé via des raccords 32f. La paroi tronconique intérieure 32c est réalisée en une matière perméable à l'air, permettant ainsi un écoulement d'air relativement uniforme avec fluidisation et suppression du tassement des particules de poudre près de la sortie 32g de la trémie 32. Les particules non comprimées 33 s'écoulent alors librement hors de l'ouverture 32g pour pénétrer dans une goulotte 36 qui est animée de vibrations au moyen d'un vibrateur ou d'un dispositif d'alimentation vibrant 39.
Sous l'effet des vibrations de la goulotte 36, les particules non comprimées 33 se dirigent vers un assemblage d'injecteur 38 comportant un entonnoir 38a et une buse d'injection 38b qui est reliée à une
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source d'air comprimé. La poudre est entraînée par le courant d'air comprimé à travers un conduit 38c de l'assemblage d'injecteur 38, ainsi que dans une chambre centrale 34a du broyeur à projection en courant fluide ou du microniseur 34.
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Bien que cela ne soit pas nécessaire, il est parfois avantageux d'éliminer les particules ultra-fines ou fins produits des matières résineuses de qualité industrielle. En raison de leur gra- nularité, les fins produits, c'est-à-dire les particules qui ont une granularité moyenne bien inférieure à 5 microns, peuvent être aisément éliminés directement de l'aérateur 32 en plaçant un conduit secondaire comme représenté dans les dessins, un logement en L 32h communiquant directement avec la chambre de dépôt 12 et permettant, aux fins produits, d'être entraînés par des dispositifs auxiliaires 41 dirigeant l'air et situés à l'intérieur du conduit secondaire.
On connaît des appareils en vue de former des particules finement divisées (c'est-à-dire des particules ayant une granularité moyenne inférieure à 10 microns). Un appareil de ce type peut être un broyeur à projection en courant fluide ou un microniseur du type vendu par"Sturtevant-Mill Company", Boston, Massachusetts, E. U. A. Le fonctionnement de ces broyeurs à projection en courant fluide est bien connu dans l'industrie chimique et une application d'un microniseur dans une opération d'enduction est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4. 325. 988. Les très fines particules de la présente invention sont formées à partir de particules de résine dans le broyeur 34 situé près de la chambre de dépôt.
La source de particules finement divisées qui est illustrée en figure 5, comprend un broyeur de
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ce type à projection en courant fluide. Dans un système de ce type, les particules d'une matière d'enduction ayant par exemple, des granularités se situant dans l'intervalle allant de 25 à 40 microns et fournies par l'alimentation de poudre 32 sont réduites en particules d'une granularité (diamètre) se situant entre 10 et environ 1 micron. Un gaz tel que l'air comprimé est introduit dans la chambre 34a du broyeur en plusieurs points 34b.
L'énergie du gaz comprimé est libérée pour former des jets d'air à grande vitesse imprimant une haute énergie aux particules de résine, si bien que les particules se brisent mutuellement par des chocs violents de cisaillement de façon bien connue lors du fonctionnement des broyeurs à projection en courant fluide. La force centrifuge maintient les particules surdimensionnées dans la zone de broyage périphérique et les très fines particules broyées s'écoulent vers le centre de la chambre de broyage où est prévue une ouverture 34c permettant leur évacuation. Ces particules sont retirées du broyeur 34 par un gaz s'écoulant vers l'extérieur.
Un passage 40a est formé par une paroi intérieure conique 40b perméable à l'air. La paroi extérieure 40c et la paroi intérieure 40b forment ensemble une chambre de tranquillisation 40d qui est reliée à une source de gaz comprimé via un raccord 40e, le gaz comprimé s'écoulant uniformément à travers la paroi intérieure 40b.
Suivant l'invention, un moyen 40 formant un passage de diffusion 40a (ou quatrième moyen) est mis en communication avec le moyen 30 assurant l'alimentation des particules divisées très finement de la matière d'enduction. En outre, le moyen 40 diffuse la force v i v e du gaz comprimé et il assure un écoulement doux et pratiquement calme des particules et du gaz vers la
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chambre de dépôt 12. L'écoulement doux du gaz maintient les particules finement divisées séparées les unesdes autres dans un nuage uniforme et calme. Ce nuage de particules finement divisées est introduit dans la chambre de dépôt 12.
La figure 6 illustre une autre méthode et un autre appareil en vue d'obtenir des particules finement divisées. Cet appareil comprend une structure à lit fluidisé 42 comportant des parois 42a définissant un récipient 42b, un fond 42c perméable à l'air et une chambre de tranquillisation 42d. Cette structure à lit fluide 42 contient et fournit le moyen permettant de d é c o m p r i mer les particules de résine. Dès lors, la poudre devant être transformée en particules finement divisées est placée sur le fond 42c (perméable à l'air) du récipient. La chambre de tranquillisation 42d située en dessous du fond 42c perméable à l'air est mise sous pression pour assurer un écoulement uniforme vers l'extérieur à travers la base perméable à l'air et ce, dans une mesure suffisante pour soulever la poudre à l'encontre de la force de la gravité.
Ce fond perméable à l'air peut être constituée par exemple, d'un tissu à mailles de 20 microns et à monofilaments de nylon nO 237, ce tissu étant fabriqué par "Newark Wire Cloth Co.", Newark, N. J. E. U. A. Le lit fluidisé 42 comporte également une deuxième chambre de tranquillisation 42e située au centre de la chambre de tranquillisation qui est reliée à une source de pression plus élevée. La partie de paroi 44 forme un réservoir situé au-dessus et dans le prolongement du récipient à lit fluidisé 42. Ce réservoir comporte des parois intérieures 44a et des surfaces centrales en matière abrasive s'étendant au centre du réservoir.
Lorsque la deuxième chambre de tranquillisation 42e située au centre et à l'intérieur du récipient à lit
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fluidisé 42 est mise sous pression, il se forme, comme représenté en figure 6, un panache 47 qui dirige les particules de résine vers le haut et les amène en contact avec les surfaces centrales et les parois intérieures 44a du réservoir où elles subissent un broyage et une abrasion. Les particules finement divisées ainsi formées sont entraînées vers le haut avec le gaz s'écoulant à travers le passage 40, ces particules étant ensuite amenées dans la chambre de dépôt et la zone d'enduction.
Etant donné que des particules de poudre peuvent s'accumuler sur les parois intérieures et les surfaces 44a du réservoir du récipient à lit fluide, ces parois sont conçues pour former une chambre de tranquillisation 44b qui peut être reliée à une source de gaz sous haute pression via un raccord 44c. Une mise sous pression périodique de ces chambres de tranquillisation dégage les particules de poudre accumulées sur les surfaces intérieures du réservoir, si bien que ces particules accumulées ne gênent plus la formation de particules finement divisées à partir des particules de résine plus grosses. Parmi les matières pouvant être utilisées pour former les surfaces
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intérieures abrasives, on ,, on ment'écifiquement un tissu tissé sur la surface extérieure duquel est déposée de la grenaille de carbure.
Ces tissus tissés peuvent être obtenus en mailles de dimensions diverses et ils sont efficaces pour assurer l'abrasion des particules de résine à un degré suffisant en vue d'obte- nir des particules d'une granularité se situant dans l'intervalle allant de 15 à environ 1 micron.
Au-dessus de la partie 44 du réservoir, une quantité d'air supplémentaire peut être introduite à l'intérieur du système via une série de tubes perforés 46 qui sont reliés à une source de gaz comprimé.
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A l'intérieur de la chambre de dépôt, les particules sont déposées sur le substrat conducteur à partir du nuage calme et sous l'effet du champ électrique engendré par les électrodes. Le champ électrique est établi à l'intérieur de la chambre de dépôt par plusieurs électrodes constituées, de préférence, d'un fil métallique ayant un diamètre de l'ordre de 0, 000254 mm, ce fil étant réparti uniformément à l'intérieur de la chambre de dépôt de part et d'autre du plan central de celle-ci.
A titre d'exemple, le système d'électrodes peut comporter plusieurs fils espacés de 152, 4 mm et ayant une longueur de l'ordre de 457 mm. Les électrodes s'étendent spécifiquement dans des plans verticaux qui sont espacés d'une distance de 76, 2 à 152,4 mm du plan central dans lequel voyage généralement la tôle métallique. Dès lors, dans une chambre d'enduction de 3,648 mètres, on peut utiliser 24 électrodes de chaque côté de la tôle métallique. Une source de haute tension capable de fournir des tensions de 20. 000 à 60. 000 volts et des courants de 1 à 4 milliampères complète le cinquième moyen. A l'intérieur de la chambre de dépôt, on peut créer des gradients moyens de tension de 1. 181 à 5. 905 volts par cm et des densités de courant de 217 à 543 micro-ampères par m2.
Cette énergie électrique est consommée en assurant une ionisation, un vent électrique, la charge et le dépôt de particules ultra-fines à des vitesses d'environ 87 g/m2/minute sur des tôles se déplaçant à des vitesses aussi rapides que 18,4 m2/minute.
La figure 7 est un graphique du courant électrique traversant la zone d'enduction en fonction de l'alimentation en haute tension pour deux écartements différents entre les électrodes et le feuillard métallique. Lors de ltopération, l'appareil est réglé
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pour fournir des courants de plus de 1 milliampère, de préférence, de plus de 2 milliampères, dans la zone d'enduction.
Les figures 8 et 9 illustrent la relation existant entre le poids du revêtement et la vitesse du feuillard. Comme représenté dans les figures 8 et 9, dans ce procédé, les poids des revêtements sont relativement indépendants de la vitesse du rouleau de feuillard, tandis que l'on obtient une pellicule relativement uniforme et cohérente même si la vitesse à laquelle le rouleau de feuillard est distribué à travers la chambre, varie d'a u t a n t q u e 50%.
Etant donné que les particules de poudre peuvent être rechargées dans le champ électrique intense et qu'elles peuvent s'accumuler sur le système d'électrodes, on a trouvé qu'avec certaines poudres, il était souhaitable de former plusieurs jets d'air qui sont périodiquement produits et dirigés vers les électrodes afin de les débarrasser de la poudre qui sty est accumulée. Un système de ce type peut comporter un passage tubulaire à travers un côté duquel sont forées tangentiellement plusieurs ouvertures formant des jets qui sont dirigés vers les électrodes à partir de chaque extrémité.
Il se forme parfois des particules agglomérées qui viennent se déposer avant de quitter la chambre de dépôt. Une cause possible de ces agglomérations peut être la présence, dans la chambre de dépôt, de particules chargées d'électricité négative et positive, par exemple, des ions d'air des deux charges. En raison de la granularité et du poids de ces particules agglomérées et probablement en raison de la charge électrique globale réduite, le rapport charge/masse a tendance à être relativement faible et l'adhérence
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de ces agglomérations au feuillard est inférieure à celle des particules ultra-fines non agglomérées se déposant dans d'autres conditions.
Si elles sont durcies, les agglomérations des particules de la matière d'enduction forment, dans le revêtement, des surépaisseurs localisées et donnent au revêtement une plus forte tendance à s'endommager lors d'une déformation du feuillard en cours de fabrication. Afin d'éviter l'incorporation d'agglomérations occasionnelles de particules de la matière d'enduction dans la pellicule, on prévoit des moyens en vue de balayer le feuillard enduit avec des jets d'air à faible vitesse.
Comme représenté en figure 14, ce moyen peut comporter un collecteur d'air comprimé 60 dans lequel sont pratiquées plusieurs petites ouvertures 61 analogues à des ajutages et dirigées vers la surface du feuillard. Ce collecteur peut être réalisé à partir d'une corduite tubulaire ayant, par exemple, un diamètre extérieur d'environ 6,35 à 12,7 mm. Cette conduite tubulaire peut être fermée à chaque extrémité et elle peut comporter un raccord de tuyau 62 permettant sa mise sous pression via un tuyau 63 à partir d'une source d'air comprimé (non représentée).
Ces ouvertures peuvent être pratiquées en forant simplement, dans la conduite, plusieurs trous de petit diamètre qui sont équidistants de quelques millimètres (par exemple, 3,175 à 19,05 mm) et qui sont généralement situés le long d'une ligne.
Ce collecteur qui a une longueur de 355 mm et qui fonctionne à une pression intérieure d'air de 0,35 à 0,7 kg/cm2, peut éliminer efficacement les grosses agglomérations du feuillard. Ces collecteurs qui sont disposés de part et d'autre du feuillard, sont situés, de préférence, à 11 intérieur de la partie
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centrale de l'avant-dernière chambre de dépôt du système. Dans les zones où les agglomérations sont éliminées, le feuillard est exposé à un dépôt complémentaire de fines particules non agglomérées. De préférence, les jets d'air sont dirigés dans le sens du mouvement du feuillard.
Comme représenté en figure 1, la zone d'enduction peut comporter un système modulaire de chambres de dépôt 12 assemblées bout à bout afin de former une zone d'enduction allongée. On a trouvé qu'il était préférable d'utiliser une zone d'enduction d'une longueur de 3, 6 mètres, étant donné que le dépôt est pratiquement achevé sur cette longueur, comme représenté en figure 10. Le système modulaire de chambres d'en- duction facilite l'installation du système de la présente invention et il permet de traiter des poudres ayant des caractéristiques d'enduction variables.
Le fond de l'appareil 10 peut former une goulotte 50 s'étendant vers le bas et destinée à recueillir la matière en poudre qui n'est pas déposée.
Lors de la mise en service de ce système, les particules de poudre qui ne se sont pas déposées sur le feuillard sont finalement déviées vers le fond de l'appareil où elles peuvent être recueillies. La poudre recueillie peut être recyclée et réutilisée, améliorant ainsi l'efficacité globale de l'appareil d'enduction un substrat à plus : 1. e 95 %.
On peut utiliser une large gamme de matières pour les résines er. particules devant être déposées sur des substrats. Ces matières englobent les substances organiques telles que les résines époxy et les polyesters, de même que des substances inorganiques telles que les résines de silicone et les polymères de bore. En particulier, les matières polymères organiques non toxiques, naturelles et synthétiques,
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sont préférées. Les polymères de résines peuvent généralement être groupés dans deux grandes classes : (I) les matières thermoplastiques et (II) les matières plastiques thermodurcissables ou thermodurcies.
Parmi les polymères du groupe I que l'on peut aisément utiliser, il y a : Polyoléfines Polyéthylène, polypro- pylène.
Polymères de styrène Polystyrène, copolymère de styrène/acrylonitrile.
Polymères acryliques Méthacrylate de polymé- thyle, copolymère de métha- crylate de méthyle/styrène.
Polymères de vinyle et Chlorure de polyvinyl, de vinylidène copolymère de chlorure de vinyle/acétate de vinyle, copolymère de chlorure de vinyle/chlorure de vinyli- dène.
Polyfluorocarbones Polytétrafluoréthylène, copolymère fluoré d'éthylè- ne/propylène, polychloro- trifluoréthylène.
Polymères à chaînes Nylons, polyesters linéaihétéro res, polycarbonates, poly- formaldéhyde.
Polymères naturels et Acétate, nitrate et acétopolymères naturels modifiés butyrate de cellulose, éthyl- cellulose.
Parmi les polymères du groupe II, il y a : Résines phénoliques Matières plastiques de phénol/fo, rmaldéhyde crésol/ formaldéhyde.
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Amino-résines Matières plastiques d'urée/ formaldéhyde et de mélamine/ formaldéhyde.
Résines de polyesters Résines de polyesters insa- turés, matières alkydes.
Résines époxy Résines époxy modifiées.
Résines d'uréthanes Compositions flexibles et rigides de formation de mousse d'uréthane.
Résines naturelles Compositions de Shellac.
Les matières polymères préférées pour les matières premières métalliques, en particulier, pour les matières premières métalliques de récipients pour boissons, sont les résines époxy. Les résines époxy ou les poly-époxydes sont des polymères obtenus essentiellement en condensant un composé polyhydrique avec une épihalogénohydrine telle que l'épichlorhydrine, par exemple, en condensant un alcool polyhydrique ou un phénol dihydrique, par exemple, le bis- (4-hydroxy-
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phényl)"-diméthyl-méthane ou le diphénylol-propane avec l'épichlorhydrine dans des conditions alcalines.
Ces produits de condensation peuvent être préparés conformément à des procédés bien connus dans la technique du type décrit, par exemple, dans les brevets des EtatsUnis d'Amérique nO 2. 592. 560, 2.582. 985 et 2.694. 694.
Ces résines époxy sont vendues sous différents noms, notamment "Epoin", "Araldite" et "Cardolite".
Des indications relatives aux résines"Epon"sont données dans le tableau ci-après, ces résines correspondant généralement à celles formées par la réaction de l'épichlorhydrine avec le bis- (4'*hydroxyphényl)-22- propane :
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<tb>
<tb> Numéro <SEP> de <SEP> Equivalent <SEP> Estérifica-Point <SEP> de
<tb> résine"Epon"époxyde <SEP> tion <SEP> appro-fusion
<tb> ximative <SEP> (oc)
<tb> 1001 <SEP> 450-525 <SEP> 130 <SEP> 64-76
<tb> 1004 <SEP> 905-985 <SEP> 175 <SEP> 97-103
<tb> 1007 <SEP> 1.660-1.
<SEP> 900 <SEP> 190 <SEP> 127-133
<tb> 1009 <SEP> 2.400-4.000 <SEP> 200 <SEP> 145-155
<tb>
Les résines epoxy contiennent aes groupes époxydes ou des groupes époxydes et hydroxy comme groupes fonctionnels et elles sont généralement exemptes d'autres groupes fonctionnels tels que des groupes basiques et des groupes acides. Il est à noter que, dans la pratique réelle, il est nécessaire de faire réagir ces résines avec un agent durcissant ou un catalyseur dans le but d'en effectuer le durcissement en un état solide utilisable. Ces agents durcissants et ces catalyseurs sont bien connus de l'homme de métier et ils englobent les bases de Lewis, les bases inorganiques, les amines primaires et secondaires, les amides, les anhydrides d'acides carboxyliques, les acides organiques dibasiques, les phénols et les acides de Lewis.
En particulier, parmi des agents durcissants utiles de résines époxy, il y a l'anhydride maléique, l'anhydride chlorendique, l'anhydride trimellitique et le dianhydride pyromellitique. Les complexes de trifluorure de bore et d'amines sont des catalyseurs utiles.
Comme le sait très bien l'homme de métier, les agents durcissants et les catalyseurs peuvent être éventuellement ajoutés séparément ou en combinaison en une quantité se situant habituellement entre environ 0, 5 eut 15% en poids de la résine époxy.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, il est préférable d'appliquer des poudres époxy thermodurcissables au moyen de l'appareil de la présente invention.
Des poudres spécifiques de ce type sont les poudres
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époxy vendues par"Glidden Company"sous les noms commerciaux"PULVALURE 157-C-103 et 157-C-104".
Ces résines époxy forment une pellicule lisse en épaisseurs extrêmement faibles. Le poids spécifique est de l'ordre de 1, 15 + 0, 05 ; de plus, ces poudres sont chimiquement stables et elles peuvent être conservées pendant une période allant jusqu'à 6 mois à 26, 670C. Lorsqu'elles sont appliquées, ces poudres durcissent à des températures de 135 à 2320C et elles forment des pellicules cohérentes en épaisseurs aussi faibles que 0, 00127 mm.
La pellicule obtenue possède les propriétés suivantes : elle donne une valeur directe de 0, 345 m. kg et une valeur inverse de 0, 345 m. kg à l'essai de détermination de la résistance aux chocs suivant Gardner, elle a une dureté crayon 3H, elle a une flexibilité lui permettant de passer l'essai au mandrin de 3, 175 mm, elle subit un fluage de 1, 587 mm seulement lors d'une exposition à une pulvérisation de sel pendant 1.000 heures et elle a une tendance limitée au farinage lors d'une exposition à la lumiere ultraviolette. Tous les essais ont été effectués ; toutes les propriétés mentionnées ci-dessus ont été obtenues lorsqu'on a appliqué une pellicule d'une épaisseur de 0, 00254 mm sur des panneaux d'essai en aluminium laminés à froid.
Lors de la mise en service du système, cette poudre de résine est acheminée au troisième moyen pour former des particules de résines ultra-fines à des débits de 50-70 g/minute. Lorsqu'on utilise l'appareil de la figure 5, on le raccorde, par exemple, à la source d'alimentation d'air comprimé sous une pression de 7 kg/cm2 manométriques. La mise en service de cet appareil forme un courant de particules ultrafines se dirigeant vers la chambre d'enduction à un débit de 50-70 g/minute.
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La matière première métallique pour boîtes qui doit être enduite, défile à travers la chambre d'enduction à raison de 61 m/minute. Les électrodes sont chargées à une tension de 65. 000 volts et, de la source d'alimentation en haute tension, elles reçoivent un courant de 3-5 milliampères créant ainsi, à tinté- rieur de la chambre, un gradient moyen de potentiel de 0, 4 kilovolt/mm et une densité moyenne de courant de champ de 108-163 micro-ampères/m2. Les particules ultra-fines se trouvant dans la chambre sont chargées et déposées avec une densité de 0, 155-2, 48 mg/cm2 de matière première métallique. La matière première obtenue est représentée, par exemple, dans la photomicrographie de la figure 11 avec un agrandissement de plus de 504 fois.
Comme le montre cette photomicrographie, les particules ultra-fines de la résine sont réparties uniformément sur la surface.
Le feuillard passe ensuite à travers un four dans lequel il est chauffé à une température de l'ordre de 2320C. Comme le montre la figure 12, les particules de poudre déposées s'écoulent en une pellicule uniforme et cohérente ayant une épaisseur d'environ 0, 00254 mm.
D'autres formes de réalisation de l'invention peuvent être envisagées dans le cadre des revendications ci-après.
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PATENT.
Said company: BALL CORPORATION.
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----------------- Method and apparatus for applying a finely divided powder to a metal sheet.
(Inventor: Eduardo Carlos ESCALLON) International Convention-Priority of two patent applications filed in the United States of America, on August 30, 1982 under Serial No 412.635, on March 22, 1983 under Serial No 477.786, both in the name of inventor.
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Method and apparatus for applying a finely divided powder to a metal sheet.
The present invention relates to a method and an apparatus providing a means for coating a metal sheet, in particular, a metal strip, with a finely divided powder and it relates more particularly to a new method and a new apparatus for conveying a finely divided powder in a state in which it can be treated, in order to then transmit it to a deposit zone, in particular, in an electrostatic device so that it is applied uniformly to a moving metal strip,
On strips used to make metal containers and container ends, for example, for beer, non-alcoholic drinks and the like, a coherent coating of a resinous or polymeric material is applied,
this coating to be free from pitting, flexible enough to allow the extreme deformations accompanying the manufacture of containers and container ends, while being inexpensive so that the manufacture of these containers and their ends is economical.
To meet these conditions, it is desirable that these coatings are coherent, flexible, inert, very thin and of uniform thickness.
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Previously, film coatings of resinous or polymeric materials have been produced on an industrial scale on metal by numerous means, in particular by coating devices with rollers and touch plates. In these wet processes, organic and inorganic carriers or solvents have been used as the means for uniformly transporting and spreading the resinous materials.
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In these methods, the support of the resinous material must be removed, generally, by application of heat. When the resinous material is conveyed by a hydrocarbon solvent (as is generally the case), it is necessary to control the emission of the solvent or support in order to comply with the regulations in force, which frequently requires the use of devices special collectors or incinerators to oxidize or burn organic matter.
In the art, it has been desirable and suggested to use directly solvent-free powdered resins on a given substrate to form coatings. The techniques currently known are of different types. In a process which may appear to be closely related to the present invention, a fluidized bed is used. In a fluidized bed technique, the substrate to be coated is usually heated to a temperature just above the melting point of the resinous material used to coat this substrate. Then, the substrate is immersed or passed, usually for only a few seconds, through the fluidized bed of particles of this resinous material.
Some particles adhere to the submerged substrate and, on leaving the bed, the residual heat melts and levels the adhering particles into a smooth, non-porous resinous coating.
Before the present invention, however, no industrially satisfactory method has been suggested for forming a very thin powder coating, i.e. a coating of a resinous or polymeric material with a thickness of about 0.0277 mm and less.
The main reason for this shortcoming is that when the thickness of the powder coating has to be very thin, it is difficult to process or distribute.
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tribute a finely divided powder material continuously to meet industrial requirements. Although it appears that coating a substrate with a very fine powder seems to be a relevant attempt, it has been found to be a considerable problem requiring a lot of effort. In the manual of S. T.
Harris for the powder coating industry, "The Technology of Powder Coatings" (Portculler Press, London 1976, page 290), it is stated that although fine grinding can be done to obtain fine powders, it is difficult to apply them on substrates, because these fine powders are not easily handled and distributed, for example, by fluidization and, moreover, they are not deposited as easily as larger particles during '' electrostatic application. The difficulty of treatment techniques such as fluidization is further confirmed by G. L. Mathenson et al. in an article entitled "Characteristics of Fluid-Solid Systems", Ind.
Eng. Chem., 41: 1099 (1949) where it is stated that very small particles with smaller diameters
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at about 10 microns give rise to a cohév attraction if, particles themselves during the fluidization, thus causing the solidification of these particles during this fluidization sometimes with formation of agglomerated spheres having diameters going up to several millimeters.
In a number of prior art patents particular techniques are described for applying a coating of powdered material electrostatically. However, none of these patents has been found to be applicable on an industrial scale for producing the coherent, flexible, inert, very thin and uniform coatings which are
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obtained according to the present invention. A number of prior patents have been directed to the development of resin powders for coating.
Among these patents are, for example, U.S. Patents 3,058,951, 3,781,380, 4,009. 223, 4.009. 224, 4. 072. 795. 4.092. 295, 4. 104. 416, and 4.312. 902. Several of these patents relate specifically to powders for electrostatic deposits (for example, United States patents Nos. 4,009. 223,4. 072,795 and 4,104,416).
Other patents relate to electrostatic coating processes and apparatus (see, for example, U.S. Patent Nos. 3,336,903,
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3. 3. 670. 699, 3. 690. 298, 4. 066. 803, 4. 073. 966, 4. 084. 018, 4. 4. 122. 212, 4. 209. 550, 4. 230. 668, 4, 244, 985, 4, 285, 296, and 4, 297. Many of these patents relate specifically to the electrostatic deposition of resin powders (see, for example, U.S. Patents No. 3,336 . 903, 3.670. 699, 3. 690. 298, 4. 084. 108, 4. 101. 687, 4.122. 212 and 4.230. 068).
Several patents describe the coating of the inner wall of metal beverage containers with powdered resins (see, for
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for example, United States patents no. 4,068,039 and 4,109. 027), as well as the development of powdered resins for food and drink containers. A process for coating a non-metallic substrate with finely divided particles is described in US Patent No. 4,325. 988.
The present invention provides a new method and apparatus for applying coherent coatings to metallic material. uniform and functional with a thickness less than
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about 0.0127mm and as small as 0.00127mm.
These coatings are formed from polymeric material or powdered resins, preferably thermosetting epoxy powders whose particles have an average granularity ranging from 15 to about 1 micron, preferably a granularity average less than 10 microns. In the process of the present invention, very fine particles are formed near a coating zone to which they are conveyed, these particles being transported practically without being compacted and without being agglomerated, in order to reach a deposit zone and electrostatic charge with coating efficiencies specifically between about 80 and 90%.
The method and apparatus of the present invention not only provide an improved metallic material but, more importantly, they also allow economical manufacture of this material. In addition, the invention provides a new method for transporting finely divided materials so that they flow freely and have a high maneuverability so that they are caused to flow at predictable rates. and controlled in a deposition area, in particular, in an electrostatic field. In methods such as those in which finely divided materials are to be treated, poor handling is an obstacle to the effective treatment and / or application of uniform coatings.
This aspect is critical for the reasons described below because, as is known, finely divided materials become less manageable as the particles become smaller.
As a general rule, particulate matter can fall into two main classes according to
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J. Ui pJ-CLCB dvj. cohesive particles and particulate matter not cohesive. While cohesive materials such as resinous grains flow easily through the opening of an enclosure, cohesive solids such as wet clay are characterized by their tendency not to behave in this way . It will be understood that materials which are not capable of cohesion have a natural tendency to adhere to having to join together under moderate pressure and that, as a general rule, they do not slide over each other before the applied force does not reach a significant value.
Unlike most fluids, granular solids resist deformation when subjected to at least some deformation force, but when the forces are large enough, a failure occurs and a group of particles slides easily over a other, however that between the groups, on both sides of the failure, there is a significant friction. In this respect, there is a close analogy between the flow of a particulate matter and that of non-Newtonian plastic liquids.
An important and distinctive property of particulate matter is that the densities of the masses vary with the degree of packing of the individual grains. The density of a fluid is a unique function of temperature and pressure just like that of each individual solid particle; however, the bulk density of a particle mass is not. The apparent density is at a minimum value when the mass of particles is in a loose or not compacted state and it can easily be brought to a maximum value when this mass is compacted by vibrations or
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by tamping. It goes without saying that the apparent density is an important characteristic involved in the treatment of a particulate material.
It is well known that a number of factors influence the general flow properties of finely divided particles and these factors include particle granularity, particle geometry, coherence forces, adhesion forces, the presence of humidity, segregation of granularities, the taking of an electrostatic charge by tribo-electrification, the density, the presence of auxiliary flow elements, the density of compaction or agglomeration and the ability of the powders to compress or pack during storage.
When following the process of the present invention, it is important not to allow the finely divided particles to agglomerate as soon as they are formed.
Each stage of the handling or process should be considered taking into account that the characteristic density or bulk density properties of a stream of powder material should not be changed significantly. The brycage of the materials produces a static electricity which could exert a harmful effect by causing the agglomeration of the particles. As can be understood, the particles whose granularity has been reduced, tend to re-agglomerate. It is difficult to separate and spray agglomerated particles.
In addition, there is a flow accompanied by cohesion phenomena mainly with very fine particles; in particular, when the particles have a granularity substantially less than 10 microns, the attraction between these particles becomes significant, thus giving rise to
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their agglomeration. This agglomeration of particles is often distributed in a disorderly manner throughout the mass, thus giving a mass in which the distribution of the particles may appear uniform, but in which, in fact, a large number of agglomerated particles are scattered in a disorderly manner. Therefore, an agglomeration of this type has certain effects on the general flow characteristics of the mass.
A mass of particles can be formed brought into the uncompressed or "uncompacted" state, or practically uncompacted by redistributing the mass to obtain a predetermined degree of uniform packing, or otherwise expressed, a certain degree of fluffy character. In fact, this tends to eliminate agglomerations of particles from the mass. By uncompacting the mass of particles, the flow characteristics of the particulate matter are improved, so that a more uniform flow of particles can be obtained. It is far more advantageous to simply obtain a mass of particles which are practically uncompressed, this mass being relatively free of agglomeration seats.
As will be described below in more detail, this decompaction can be done for example, in a fluidized bed or in a projection mill in a fluid stream. Other researchers have somewhat neglected to concern themselves with keeping a particulate matter in a uniform state during its processing, and it is believed that it contributes significantly to achieving the results obtained by the present invention, results which, until now, have not been able to be obtained during the formation of very thin uniform films or coatings from finely divided powders.
According to the present invention, particles of a resin are provided near the coating area.
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The resin particles are decompressed and are subjected to the intense energy released by the expansion of a compressed gas, thereby acquiring a living force sufficient to grind or otherwise reduce the particles to a very fine granularity. The energy of the expanding gas is then diffused to ensure a moderate flow, practically without turbulence, this flow being sufficient to transport the finely divided particles. The particles themselves have a sufficient surface / mass ratio to be displaced by the moderate gas stream against the effect of gravity and, generally, upwards in a deposition zone.
These surface / mass ratios can be, for example, from 300 to more than 1,000 (gram-centimeters) -1. In the coating zone, the particles of the powder form a calm cloud and, preferably, a metal strip to be coated is moved through this cloud while being exposed to electric energy to create an electric field of sufficient intensity to load and deposit the powder particles. In fact, the charged particles move in response to the electric field and they deposit on the surface of the metal strip.
Since the resinous or polymeric material of the particles has a very high resistivity, it is believed that, with the exception of the part of the surface which comes directly into contact with the material or the strip, the deposited particles retain an electrostatic charge in the parts that are far from the surface. The electrostatic charge maintained on the deposited particles repels and offers resistance
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the deposition of other particles of the same charge on the strip in the vicinity of the particles already deposited, thus tending to ensure a more uniform distribution of discrete particles over the entire surface of the strip.
Thanks to the charge retained by the particles and the low granularity of the deposited particles, they adhere firmly to the surface of the strip.
The apparatus of the invention comprises a first means forming a deposition chamber. The strip to be coated is moved by a second means through the deposition area. Preferably, this second means moves the strip horizontally through the deposition chamber, the surfaces to be coated being located in a vertical plane generally adjacent to the central line of the deposition chamber. The source of powdered material or third means is located near the end of the deposition chamber through which the strip enters.
This third means brings the uncompressed louse to the aforementioned source and it grinds, erodes or in some other way reduces the particles of the powder to bring them to a very fine granularity before transporting them to the deposition chamber. This third means can have different forms to constitute a source of very fine powder material. but it is preferably designed so that the particles are subjected to the energy released by a compressed gas in order to reduce the particles and to convey them to the deposition zone under the influence of the diffuse and moderate current of this gas.
This third means routes the particles with their high surface / mass ratio to the deposition zone, while keeping them separate and free of agglomerations. A fourth means ensures the uniform distribution of the particles in a calm cloud and flowing moderately in the deposition chamber and this,
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without any agglomeration. A fifth means located in the coating zone electrically charges and deposits the particles on the material. This fifth means may include electrodes electrically isolated from, but supported inside the deposition chamber, preferably on either side of the metal strip. These electrodes are connected to a high voltage source sufficient to charge and deposit the particles on the material.
According to the present invention, the material on which the coherent films are to be formed, is moved through the deposition chamber, for example, at speeds of up to 61 m / minute.
The powdered material which has been formed in the adjacent source is distributed in the deposition chamber in a very calm cloud. A high voltage is applied to the electrodes located inside the deposition chamber and preferably designed so that an average potential generally greater than 20,000 volts exists between these electrodes and the strip so that the current densities prevail in the deposit area exceed 163 micro-amps per m2. The formation of this electrical power in the coating zone has the effect of charging and depositing the particles on the strip.
According to the present invention, up to 80-90% of the particles introduced into the deposition chamber can be deposited on a strip such as a metal strip during the passage of the latter through this chamber. Any remaining powder can be collected and reused. Thanks to the present invention, uniform and ultra-thin coherent films can be formed on both sides of a metal strip.
This metal strip is particularly designed for the manufacture of
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metal containers for beverages and, after coating, this strip can withstand significant deformations occurring during the manufacture of metal containers, without the consistency of the film or coating being broken and without imparting an unpleasant taste to the beverage contained in the container.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description given below with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of the exterior of a specific installation illustrating the setting implementing the present invention; Figure 2 is a side elevational view of means forming the coating area of the present invention; Figure 3 is an end view of the apparatus illustrated in Figure 1; FIG. 4 is a perspective view, with partial cutaway of the means forming the coating zone,
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as well as the charging means of Figure 2; Figure 5 is a partial cross-sectional view of a source of ultra-fine particles according to the present invention;
Figure 6 is a perspective view, in partial section of another source of ultrafine particles according to the present invention; FIG. 7 is a graph of the current of the coating zone with respect to the gradient of the electrostatic field prevailing inside this coating zone; FIG. 8 is a graph of the weight of the coating with respect to the speed of a strip at
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through the coating area; Figure 9 is another graph of the weight of the coating vis-à-vis the speed of a strip through the coating area; FIG. 10 is a graph showing the accumulation of the coating material on a raw material for the manufacture of boxes as a function of the distance of travel inside the coating zone;
FIG. 11 is a photomicrography of the metallic material comprising deposited ultrafine particles (epoxy resin) according to the present invention, the enlargement being approximately 500 times FIG. 12 is a photomicrography of a metallic material comprising a coherent film cured of epoxy resin (magnification approximately 500 times); Figure 13 is a cross-sectional view from above illustrating the means forming the deposition chamber for higher manufacturing rates; and Figure 14 is a partially pruned view of this means forming the deposition chamber, this figure showing the means for removing any agglomerations from the strip.
FIG. 1 represents a coating system in order to illustrate the implementation of the present invention. The powder supply system of the present invention is partially excluded from FIG. 1 in order to simplify this view illustrating the implementation of the invention. As shown in Figure 1, a structure 10 defines a deposition chamber 12 (shown in Figure 4). Finely divided particles of coating material are introduced into the deposition chamber via the part of the
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distribution of powder which is illustrated in FIGS. 1 and 4.
The structure 10 and its deposition chamber 12 constitute the means used to form a coating zone in which the finely divided particles, for example, particles with a granularity of less than 10 microns, are deposited on a movable metal strip 11.
Before being coated, the metal strip 11 is generally scus in the form of a roll (lla).
To coat the metal of the strip 11, the latter is made to pass between the inlet slot 14 and the outlet slot 16 of the deposition chamber 12, as shown in FIG. 4. In the apparatus illustrated in FIG. 1, to define the coating zone inside the structure 10, two deposition chambers are provided which are each analogous to the deposition chamber 12 illustrated in FIG. 4. The structure of the coating zone has advantageously been designed in modules of so as to be able to possibly extend the coating area.
It has been found that it is convenient to provide a modular structure forming a deposition chamber having a length of 1.21 m along the path of movement of the strip.
As shown in FIG. 4, the coating zone situated inside the deposition chamber 12 comprises a series of electrodes 18 arranged on either side of the strip 11. The electrodes illustrated are fine metal wires supported between insulators 20. The electrodes 18 are connected to a high voltage source 80 to supply the coating area with high voltage and current, and create an electric field towards the metal strip 11. One side of the power outlet in high voltage and the metal strip 11 are connected to earth.
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Leaving the means 10 forming the coating zone the strip 11 passes through an oven 60 and a cooling section 70 to then come to be wound on a drive device 100. This drive device 100 constitutes the means allowing to move the metal strip 11 through the device.
An electrical control 90 for the device comprises push buttons (for example, 92) for actuating electrical contactors for the power supply.
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high voltage 80, the powder distribution system 30, the oven 60, the cooling section 70 and the means 100 driving the strip, as well as other elements of the device. When the device comprises more than one module forming a coating zone, it can be equipped with a separate high-voltage supply for each coating zone, although this is not an essential characteristic. The control can also include a measuring device 94 indicating the output voltage of the high-voltage power supply, as well as a measuring device 96 indicating the temperature prevailing inside the oven 60.
Other measuring devices, controls and connections between the various controls known to those skilled in the art of the industrial control technique can be provided.
During the operation of the apparatus illustrated in FIG. 1, the metal strip is moved through the coating zone by the drive means 100. Particles of a coating material are conveyed to the deposition chambers 12 by systems powder distribution 30. A high voltage and current are supplied to the electrodes 18 inside the deposition chamber and an electric field
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a stick is created between the electrodes 18 and the metal strip 11. Due to the shape of the electrodes, the value of the voltage and the small distance between the electrodes and the metal strip, the particles of the coating material are loaded and deposited on the metal strip.
As the coated metal strip moves through the furnace 60, the particles melt on the metal in the form of a very thin coherent film. The coated metal is then cooled in the cooling section 70 and is rewound by the means 100 driving the strip. A more detailed description of the inventive aspects of the invention will be given below.
Figures 2-4 illustrate the coating device in more detail. The structure 10 forming the coating zone (as shown in Figures 2 and 3) is preferably made of steel and it is connected to earth. This structure 10 can be supported by several metal tubes 10a which can be grounded with respect to the high voltage supply. As shown in FIG. 2, the structure 10 can comprise removable side panels 22 which can be lowered from their position illustrated by mechanisms 24 comprising hydraulic or pneumatic cylinders.
To open the side panels 22, the hydraulic or pneumatic cylinders of the mechanisms 24 can be actuated from the electrical control 90 (Figure 1).
The panels 22 may include windows made of a clear plastic material such as the "LEXAN" material from "General Electric" in order to be able to observe the interior of the deposition chamber 12.
As shown in FIG. 3, the metal strip 11 moves through the deposition chamber
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12, its surfaces to be coated traveling in a vertical plane. The strip 11 is supported and guided through the deposition chambers by several supports 26 which are preferably made of a self-lubricating, rigid and wear-resistant thermoplastic material, for example, polypropylene, nylon or the like. In the guides 26 of the strip, are
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made of the grooves 26a in which the strip is, introduced and travels during the operation of the device.
When the metal strip 11 is driven at higher speeds through the deposition chamber 12, there may be a stationary rotary movement of the air on either side of the strip 11 near the inlet and outlet openings of the deposit chamber. This vertical movement of the air alters the quality of the particle deposition. When a coated strip is to be manufactured at these higher speeds (for example, more than about 30 <48 meters / minute), it is preferable that the means forming the deposition chamber 12 comprise, near its inlet and outlet openings, end walls curving towards the inside.
Figure 13 is a cross section, for example, of a means forming a deposition chamber similar to that of Figure 4, this section being taken on a plane passing horizontally in the central part of this means to illustrate a transition of this end wall type. These end walls 50, 51 curve inward from the parts 50a, 51a perpendicular to the strip to end near the entry and exit openings by parts 50b, 51b approaching parallel to the strip.
Preferably, the walls can describe an elliptical curve inside the deposit chamber of the
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two sides of the inlet and outlet openings. This curved transition near the inlet and outlet openings prevents harmful stationary rotary air flows. In order to more easily prevent the damaging air flow inside the deposition chamber, a radial termination 51c is provided at the ends of the walls curved inward near the outlet opening. This radial termination can be formed by rolling the end of the wall to form a generally cylindrical termination.
The electrode / insulator assemblies 18, 20 are arranged in vertical planes on either side of the metal strip 11 as shown in FIG. 3. An electric field is formed between the electrodes 18 and the metal strip 11 transversely to the path on which this the latter moves inside the deposition chamber 12 when a voltage is applied to the electrodes 18 from the high voltage supply 80 and via the high voltage cable 82. As shown in FIG. 4, the voltage coming from the high voltage cable 82 is supplied to the high voltage supply via the insulator 28 ensuring the connections to the electrodes 18.
As shown in FIG. 4, the electrodes 18 consist of a small diameter steel wire (having, for example, a diameter of the order of 0.254 mm), this wire being suspended between two insulators 20, as described above. When connected to voltages of more than 20,000 volts, the electrodes made of a small diameter wire ionize the atmosphere prevailing in the deposition chamber near the metal wires, thus creating a flow of i ons passing through the chamber deposit and going to the metal sheet connected to ground. The electric field
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and the ionization created by the electrodes 18 cause a deposit of a particulate material introduced into the deposition chamber.
The distance between the vertical central plane of the deposition chamber along which the metal strip 11 moves, and the vertical planes located on either side of the metal strip and in which the electrodes 18 are located, can be varied. but preferably this distance is in the range of 76.2 to 304.8 mm. The electrodes 18 located on either side of the metal strip 11 can optionally receive different voltages by an additional high voltage supply 80a and an additional high voltage cable 82a. It is understood, however, that independent control of the electrodes on either side of the metal strip is generally unnecessary.
Figures 2 and 3 illustrate more fully the means 30 located near the coating area for conveying the particulate material to the deposition chamber. This means comprises hoppers 32 ensuring the supply of loose packed particles of a resin, as well as a fluid current projection mill or micronizer 34 in order to reduce the resin particles into finely divided particles of a granularity. average less than 10 microns and in order to transmit them by means 40 introducing them in the form of a cloud of very fine particles distributed uniformly and flowing gently.
As shown in Figures 1-4, the particles formed by the system 30 are directed upwards by means of conduits 40 of increasing cross section communicating with the inlet part of the deposition chamber, preferably at a distance d '' about 152.4 mm from the entry slot 14.
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Previously, considerable difficulties have been encountered in using powder feeds advancing through different enclosures such as funnels, hoppers and other devices, in particular enclosures having converging walls with an associated opening for distributing the powder material. These powdered materials tend to form agglomerates above and inside the dispensing devices, in particular, when they leave the outlet opening, so that the flow of these materials is limited or prevented.
In order to achieve predictable and controlled flows via an opening or along a route, the simple use of vibrating devices which very often dislodge agglomerates preventing flow, does not solve the problem, especially when dealing very fine powder materials, as these tend to clump and agglomerate easily when trying to exit through an opening. Therefore, when continuous flow rates are necessary, in particular, low flow rates through reduced orifices to distribute a material, the agglomeration effect is reinforced.
A simple increase in the vibrational energy has the effect of reducing the repression, that is to say that an additional vibratory energy does not bring any improvement to the flow, but simply causes the matter to settle into a solid mass.
It is particularly difficult to supply powdered materials having high bulk densities, for example, above about 0.56 kg / dm3, due to variations in the bulk density, so that It is difficult to dose such materials with precision. As noted earlier, this problem was avoided by using
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health and maintaining a substantially loose packed particulate matter. Consequently, according to the invention, it is necessary to form a stream of particles or of a powdered material in an uncompressed state which, in turn, ensures the distribution of an essentially uniform or constant mass flow.
By adopting the present invention, the distribution of a powdered material is ensured in a practically packed state and at a practically constant mass flow rate.
Figure 5 illustrates in more detail the powder dispensing system of the present invention which is shown in Figures 1, -4. The means illustrated in FIG. 5 can ensure a flow of loose packed resin particles and it can finely divide these particles to bring them to an average granularity of less than 10 microns.
At the bottom of a hopper 32a, there is provided a funnel-shaped part 32b. This part 32b has a frustoconical inner wall 32c and a frustoconical outer wall 32d forming a plenum 32e which is connected to a source of compressed air via connections 32f. The inner frustoconical wall 32c is made of an air permeable material, thus allowing a relatively uniform air flow with fluidization and suppression of the packing of the powder particles near the outlet 32g of the hopper 32. The uncompressed particles 33 then flow freely out of the opening 32g to enter a chute 36 which is driven by vibrations by means of a vibrator or a vibrating feeder 39.
Under the effect of the vibrations of the chute 36, the uncompressed particles 33 go to an injector assembly 38 comprising a funnel 38a and an injection nozzle 38b which is connected to a
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compressed air source. The powder is entrained by the stream of compressed air through a conduit 38c of the injector assembly 38, as well as in a central chamber 34a of the fluid current spray mill or of the micronizer 34.
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Although not necessary, it is sometimes advantageous to remove the ultra-fine or fine particles produced from industrial grade resinous materials. Because of their granularity, the fine products, that is to say the particles which have an average granularity well below 5 microns, can be easily removed directly from the aerator 32 by placing a secondary duct as shown in the drawings, an L-shaped housing 32h communicating directly with the deposition chamber 12 and allowing, for the purposes of the products, to be entrained by auxiliary devices 41 directing the air and located inside the secondary duct.
Apparatuses are known for forming finely divided particles (that is to say particles having an average granularity of less than 10 microns). An apparatus of this type can be a fluid current projection mill or a micronizer of the type sold by "Sturtevant-Mill Company", Boston, Massachusetts, USA. The operation of these fluid current projection mills is well known in the industry. chemical and an application of a micronizer in a coating operation is described in US Patent No. 4,325,998. The very fine particles of the present invention are formed from resin particles in the crusher 34 located near the deposition chamber.
The source of finely divided particles which is illustrated in Figure 5, includes a
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this type with fluid current projection. In a system of this type, the particles of a coating material having, for example, granularities ranging from 25 to 40 microns and supplied by the powder feed 32 are reduced to particles of a granularity (diameter) between 10 and about 1 micron. A gas such as compressed air is introduced into the chamber 34a of the mill at several points 34b.
The energy of the compressed gas is released to form high speed air jets imparting high energy to the resin particles, so that the particles break apart by violent shear shocks in a well known manner during the operation of the mills with fluid current projection. The centrifugal force keeps the oversized particles in the peripheral grinding zone and the very fine crushed particles flow towards the center of the grinding chamber where an opening 34c is provided allowing their evacuation. These particles are removed from the mill 34 by a gas flowing outward.
A passage 40a is formed by a conical interior wall 40b permeable to air. The outer wall 40c and the inner wall 40b together form a plenum 40d which is connected to a source of compressed gas via a connector 40e, the compressed gas flowing uniformly through the inner wall 40b.
According to the invention, a means 40 forming a diffusion passage 40a (or fourth means) is placed in communication with the means 30 ensuring the supply of the very finely divided particles of the coating material. In addition, the means 40 diffuses the force v i v e of the compressed gas and it ensures a smooth and practically calm flow of the particles and of the gas towards the
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deposition chamber 12. The gentle flow of the gas keeps the finely divided particles separated from each other in a uniform and calm cloud. This cloud of finely divided particles is introduced into the deposition chamber 12.
Figure 6 illustrates another method and apparatus for obtaining finely divided particles. This apparatus comprises a fluidized bed structure 42 comprising walls 42a defining a container 42b, a bottom 42c permeable to air and a stilling chamber 42d. This fluid bed structure 42 contains and provides the means for decoupling resin particles. Therefore, the powder to be transformed into finely divided particles is placed on the bottom 42c (breathable) of the container. The still chamber 42d located below the air-permeable bottom 42c is pressurized to provide uniform outward flow through the air-permeable base to an extent sufficient to lift the powder against the force of gravity.
This breathable bottom may consist, for example, of a 20 micron mesh fabric with nylon monofilaments No. 237, this fabric being manufactured by "Newark Wire Cloth Co.", Newark, NJEUA The fluidized bed 42 also includes a second plenum 42e located in the center of the plenum which is connected to a higher pressure source. The wall part 44 forms a reservoir situated above and in the extension of the fluidized bed container 42. This reservoir has internal walls 44a and central surfaces of abrasive material extending in the center of the reservoir.
When the second plenum 42e located in the center and inside the bed container
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fluidized 42 is pressurized, it forms, as shown in FIG. 6, a plume 47 which directs the resin particles upwards and brings them into contact with the central surfaces and the interior walls 44a of the reservoir where they undergo grinding and abrasion. The finely divided particles thus formed are entrained upwards with the gas flowing through the passage 40, these particles then being brought into the deposition chamber and the coating zone.
Since powder particles can accumulate on the interior walls and surfaces 44a of the reservoir of the fluid bed container, these walls are designed to form a still chamber 44b which can be connected to a source of gas under high pressure via a 44c connector. Periodic pressurization of these stillers releases the powder particles accumulated on the interior surfaces of the reservoir, so that these accumulated particles no longer interfere with the formation of finely divided particles from the larger resin particles. Among the materials that can be used to form surfaces
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abrasive insides, on ,, a fabric woven on the outer surface of which is deposited carbide shot.
These woven fabrics can be obtained in meshes of various sizes and they are effective in ensuring the abrasion of the resin particles to a sufficient degree in order to obtain particles of a granularity lying in the range from 15 at about 1 micron.
Above the part 44 of the tank, an additional quantity of air can be introduced inside the system via a series of perforated tubes 46 which are connected to a source of compressed gas.
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Inside the deposition chamber, the particles are deposited on the conductive substrate from the calm cloud and under the effect of the electric field generated by the electrodes. The electric field is established inside the deposition chamber by several electrodes preferably made up of a metal wire having a diameter of the order of 0.000254 mm, this wire being distributed uniformly inside the deposit chamber on either side of the central plane thereof.
For example, the electrode system may comprise several wires spaced 152.4 mm apart and having a length of the order of 457 mm. The electrodes extend specifically in vertical planes which are spaced from a distance of 76.2 to 152.4 mm from the central plane in which the metal sheet generally travels. Therefore, in a coating chamber of 3,648 meters, one can use 24 electrodes on each side of the metal sheet. A high voltage source capable of supplying voltages of 20,000 to 60,000 volts and currents of 1 to 4 milliamps completes the fifth plea. Inside the deposition chamber, medium voltage gradients from 1,181 to 5,905 volts per cm and current densities from 217 to 543 micro-amps per m2 can be created.
This electrical energy is consumed by providing ionization, electric wind, charging and depositing ultra-fine particles at speeds of about 87 g / m2 / minute on sheets moving at speeds as fast as 18.4 m2 / minute.
FIG. 7 is a graph of the electric current passing through the coating zone as a function of the high-voltage supply for two different spacings between the electrodes and the metal strip. The device is set during operation
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to provide currents of more than 1 milliamp, preferably more than 2 milliamps, in the coating area.
Figures 8 and 9 illustrate the relationship between the weight of the coating and the speed of the strip. As shown in FIGS. 8 and 9, in this process, the weights of the coatings are relatively independent of the speed of the strip roll, while a relatively uniform and coherent film is obtained even if the speed at which the strip roll is distributed throughout the room, varies from upto 50%.
Since the powder particles can be recharged in the intense electric field and can accumulate on the electrode system, it has been found that with certain powders it is desirable to form multiple air jets which are periodically produced and directed to the electrodes in order to rid them of the powder which has accumulated. A system of this type can comprise a tubular passage through one side of which are drilled tangentially several openings forming jets which are directed towards the electrodes from each end.
Sometimes agglomerated particles are formed which settle before leaving the deposition chamber. A possible cause of these agglomerations may be the presence, in the deposition chamber, of particles charged with negative and positive electricity, for example, air ions from the two charges. Due to the granularity and the weight of these agglomerated particles and probably due to the reduced overall electric charge, the charge / mass ratio tends to be relatively low and the adhesion
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of these strip agglomerations is lower than that of non-agglomerated ultra-fine particles deposited under other conditions.
If they are hardened, the agglomerations of the particles of the coating material form, in the coating, localized excess thicknesses and give the coating a greater tendency to be damaged during deformation of the strip during manufacture. In order to avoid the incorporation of occasional agglomerations of particles of the coating material in the film, means are provided for sweeping the coated strip with air jets at low speed.
As shown in Figure 14, this means may include a compressed air manifold 60 in which are made several small openings 61 similar to nozzles and directed towards the surface of the strip. This collector can be produced from a tubular cord having, for example, an outside diameter of approximately 6.35 to 12.7 mm. This tubular conduit can be closed at each end and it can include a hose connector 62 allowing it to be pressurized via a hose 63 from a source of compressed air (not shown).
These openings can be made by simply drilling, in the pipe, several holes of small diameter which are equidistant from a few millimeters (for example, 3.175 to 19.05 mm) and which are generally located along a line.
This collector, which has a length of 355 mm and which operates at an internal air pressure of 0.35 to 0.7 kg / cm2, can effectively remove large agglomerations from the strip. These collectors which are arranged on either side of the strip, are preferably located inside the part
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central to the penultimate deposition chamber of the system. In areas where agglomerations are eliminated, the strip is exposed to an additional deposit of fine non-agglomerated particles. Preferably, the air jets are directed in the direction of movement of the strip.
As shown in FIG. 1, the coating zone can comprise a modular system of deposition chambers 12 assembled end to end in order to form an elongated coating zone. It was found that it was preferable to use a coating area with a length of 3, 6 meters, since the deposit is practically completed over this length, as shown in Figure 10. The modular system of chambers The coating facilitates the installation of the system of the present invention and allows the treatment of powders having variable coating characteristics.
The bottom of the device 10 can form a chute 50 extending downward and intended to collect the powdered material which is not deposited.
When this system is put into service, the powder particles which have not settled on the strip are finally deflected towards the bottom of the device where they can be collected. The powder collected can be recycled and reused, thereby improving the overall efficiency of the substrate coating device to more: 1. e 95%.
A wide range of materials can be used for er resins. particles to be deposited on substrates. These materials include organic substances such as epoxy resins and polyesters, as well as inorganic substances such as silicone resins and boron polymers. In particular, non-toxic, natural and synthetic organic polymer materials,
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are preferred. Resin polymers can generally be grouped into two main classes: (I) thermoplastics and (II) thermosetting or thermosetting plastics.
Among the polymers of group I which can be easily used, there are: Polyolefins Polyethylene, polypropylene.
Polymers of styrene Polystyrene, copolymer of styrene / acrylonitrile.
Acrylic polymers Polymethyl methacrylate, methyl methacrylate / styrene copolymer.
Vinyl polymers and polyvinyl chloride, vinylidene vinyl chloride / vinyl acetate copolymer, vinyl chloride / vinylidene chloride copolymer.
Polyfluorocarbons Polytetrafluoroethylene, fluorinated ethylene / propylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene.
Polymers with Nylons chains, linear hetero res, polycarbonates, poly formaldehyde.
Natural polymers and Natural acetate, nitrate and acetopolymers modified cellulose butyrate, ethyl cellulose.
Among the Group II polymers are: Phenolic resins Plastics of phenol / fo, cresol / formaldehyde formaldehyde.
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Amino-resins Plastics of urea / formaldehyde and melamine / formaldehyde.
Polyester resins Unsaturated polyester resins, alkyd materials.
Epoxy resins Modified epoxy resins.
Urethane resins Flexible and rigid compositions for forming urethane foam.
Natural resins Shellac compositions.
The preferred polymeric materials for metallic raw materials, in particular, for metallic raw materials of beverage containers, are epoxy resins. Epoxy resins or poly-epoxides are polymers obtained essentially by condensing a polyhydric compound with an epihalohydrin such as epichlorohydrin, for example, by condensing a polyhydric alcohol or a dihydric phenol, for example, bis- (4-hydroxy -
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phenyl) "- dimethyl-methane or diphenylol-propane with epichlorohydrin under alkaline conditions.
These condensation products can be prepared according to methods well known in the art of the type described, for example, in United States Patent Nos. 2,592,560, 2,582. 985 and 2,694. 694.
These epoxy resins are sold under different names, including "Epoin", "Araldite" and "Cardolite".
Indications relating to "Epon" resins are given in the table below, these resins generally corresponding to those formed by the reaction of epichlorohydrin with bis- (4 '* hydroxyphenyl) -22- propane:
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<tb>
<tb> Number <SEP> from <SEP> Equivalent <SEP> Estérifica-Point <SEP> from
<tb> epoxy epoxy resin <SEP> tion <SEP> appr-fusion
<tb> ximative <SEP> (oc)
<tb> 1001 <SEP> 450-525 <SEP> 130 <SEP> 64-76
<tb> 1004 <SEP> 905-985 <SEP> 175 <SEP> 97-103
<tb> 1007 <SEP> 1.660-1.
<SEP> 900 <SEP> 190 <SEP> 127-133
<tb> 1009 <SEP> 2,400-4,000 <SEP> 200 <SEP> 145-155
<tb>
Epoxy resins contain epoxy groups or epoxy and hydroxy groups as functional groups and are generally free from other functional groups such as basic groups and acid groups. It should be noted that, in actual practice, it is necessary to react these resins with a curing agent or a catalyst in order to effect curing in a usable solid state. These hardening agents and these catalysts are well known to those skilled in the art and they include Lewis bases, inorganic bases, primary and secondary amines, amides, anhydrides of carboxylic acids, organic dibasic acids, phenols. and Lewis acids.
In particular, useful curing agents of epoxy resins include maleic anhydride, chlorendic anhydride, trimellitic anhydride and pyromellitic dianhydride. Boron trifluoride and amine complexes are useful catalysts.
As is well known to those skilled in the art, the curing agents and catalysts can be optionally added separately or in combination in an amount usually between about 0.5 and 15% by weight of the epoxy resin.
As noted above, it is preferable to apply thermosetting epoxy powders using the apparatus of the present invention.
Specific powders of this type are powders
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epoxy sold by "Glidden Company" under the trade names "PULVALURE 157-C-103 and 157-C-104".
These epoxy resins form a smooth film in extremely small thicknesses. The specific weight is of the order of 1.15 + 0.05; in addition, these powders are chemically stable and can be stored for up to 6 months at 26.670C. When applied, these powders harden at temperatures of 135 to 2320C and form coherent films in thicknesses as small as 0.00127mm.
The film obtained has the following properties: it gives a direct value of 0.345 m. kg and an inverse value of 0.345 m. kg in the Gardner impact resistance test, it has a pencil hardness of 3H, it has a flexibility allowing it to pass the mandrel test of 3.175 mm, it undergoes a creep of 1.587 mm only when exposed to a salt spray for 1,000 hours and has a limited tendency to chalking when exposed to ultraviolet light. All tests have been performed; all the properties mentioned above were obtained when a film with a thickness of 0.00254 mm was applied to cold-rolled aluminum test panels.
When the system is put into service, this resin powder is conveyed to the third means to form particles of ultra-fine resins at flow rates of 50-70 g / minute. When the apparatus of FIG. 5 is used, it is connected, for example, to the source of supply of compressed air under a pressure of 7 kg / cm2 manometric. The commissioning of this device forms a stream of ultrafine particles heading towards the coating chamber at a flow rate of 50-70 g / minute.
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The metallic raw material for boxes which must be coated, passes through the coating chamber at the rate of 61 m / minute. The electrodes are charged at a voltage of 65,000 volts and, from the high-voltage power source, they receive a current of 3-5 milliamps thus creating, inside the chamber, an average gradient of potential of 0.4 kilovolt / mm and an average field current density of 108-163 micro-amps / m2. The ultra-fine particles in the chamber are loaded and deposited with a density of 0.155-2.48 mg / cm 2 of metallic raw material. The raw material obtained is represented, for example, in the photomicrography of FIG. 11 with an enlargement of more than 504 times.
As this photomicrograph shows, the ultra-fine particles of the resin are distributed evenly over the surface.
The strip then passes through an oven in which it is heated to a temperature of the order of 2320C. As shown in Figure 12, the deposited powder particles flow into a uniform and coherent film having a thickness of about 0.00254 mm.
Other embodiments of the invention can be envisaged within the scope of the claims below.