CN107890974A - 用于粉末涂覆方法中的借助辐射加热聚合物粉末的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于粉末涂覆方法中的借助辐射加热聚合物粉末的装置，包括辐射源（1）、外壳（2）和屏幕（4）。辐射源（1）的最大辐射功率发生在0.78‑2.5μm的波长范围内。屏幕（4）在0.78‑2.5μm的波长范围内具有至少0.8的吸收率。

Description

用于粉末涂覆方法中的借助辐射加热聚合物粉末的装置
本发明涉及用于粉末涂覆方法中的借助辐射加热聚合物粉末的装置、加热粉末的方法和该装置的用途。
用于粉末涂覆的粉末颗粒通常由直径在1至140μm之间的干燥粒状颗粒组成。在化学方面，这些通常基于环氧树脂或聚酯树脂。此外，含有环氧树脂和聚酯树脂两者作为粘合剂的混合体系被广泛使用。同样经常使用的还有基于热塑性聚合物的粉末颗粒。
现有技术是粉末颗粒的静电涂敷。在静电粉末涂覆中，第一步是产生带电荷的粉末云。类似电荷的颗粒被输送到工件表面。它们沉淀在工件表面上，静电粘附到该表面并形成粉末涂层。可以通过电晕充电/电离或摩擦实现带电。粉末颗粒的熔融和/或交联通常通过烘箱中的对流加热来实现。对流加热有时需要相当长的时间，因此粒子的电荷下降，因而粘合力降低。在这种情况下，颗粒可以在任何熔融或交联之前就直接脱落。在这种情况下，涂层质量明显下降。粉末颗粒也可以通过电磁辐射加热。这具有的优点是熔融/交联可快得多。然而，一个问题是许多未染色的聚合物在可见光和近红外（IR-A）波长范围（0.78-1.4μm）中的电磁辐射吸收率非常差，或者吸收率高度依赖于聚合物颗粒的着色。在未染色的聚合物颗粒的情况下，由于吸收率差，辐射能的很大一部分未被利用。在着色聚合物的情况下，辐射量总是必须与聚合物的特定颜色相匹配。当前现有技术的另一个缺点是粉末颗粒可能与热表面接触以及与之相关联的高粉尘爆炸风险。
因此，为了加热聚合物粉末颗粒，有利的辐射源是在（2.5-10μm）的波长范围内释放其大部分辐射的辐射源。 辐射加热器，如陶瓷辐射源，满足这一要求，但是在温度调节方面非常迟钝。 因此，对于许多应用来说，都要求辐射源的辐射最大值发生在2.5至10微米的波长范围内并且可以对辐射强度快速调节。
因此，要解决的问题是提供适合于加热聚合物粉末颗粒但不具有现有技术缺点的装置。更具体地说，该装置应该具有在2.5-10μm的波长范围内的辐射最大值，并且能够迅速改变辐射强度并因此实现快速的温度变化。
因此，已经发现了本文一开始所说明的类型的装置，其包括辐射源、外壳和屏幕。该装置的辐射源的最大辐射功率发生在0.78-2.5μm的波长范围内。 关于辐射源的术语“在波长范围内”或“在整个波长范围内”应被理解为辐射源在所指定波长范围内的至少一个波长处具有最大辐射功率。 屏幕在0.78-2.5μm的波长范围内具有至少0.8的吸收率。在屏幕方面，术语“在波长范围内”或“在整个波长范围内”被理解为屏幕在所指定的波长范围内的所有波长处都至少具有所规定的吸收率。屏幕优选地与外壳内的辐射源成直角地对准。 关于待加热的聚合物粉末颗粒，屏幕优选平行地对准。
已经令人惊奇地发现，具有根据本发明的装置的形式的装置可以作为辐射加热器，其可以产生高效加热聚合物粉末颗粒所需的辐射，并且同时可以在强度和温度方面快速调节。颗粒不被辐射源直接加热，而是被屏幕加热。 屏幕吸收辐射源的辐射能量，并在不同的波长范围内释放能量。 因此，根据本发明的装置的辐射最大值优选地处于大于2.5μm且小于4.8μm的波长处，优选在3.1μm和4.2μm之间的波长处。
合适的辐射源是诸如卤素灯或NIR激光器（NIR =近红外）的IR-A辐射源（波长0.78至1.4μm）。
在0.78-2.5μm的整个波长范围上，屏幕具有至少0.8，优选至少0.9，更优选至少0.95的吸收率。 屏幕的厚度优选不大于1mm。 厚度优选为不大于0.5mm，更优选为不大于0.3mm，最优选为不大于0.1mm。
屏幕应该优选具有低的热容量。因此，屏幕对辐射源的辐射强度的变化相对较快地反应。 这使得装置的温度能够快速变化
屏幕的合适材料的示例选自氧化金属如钢板、铝、铜或银片、石墨、硅、表面处理和/或着色的陶瓷、矿物纤维和彩色玻璃，优选经阳极氧化处理并着色的、特别是着黑色的铝。所提及的材料的组合也是可行的。
辐射源被外壳包围，外壳的面向辐射源的表面优选在0.78-2.5μm的波长范围内具有小于0.4的低吸收率，更优选小于0.3。外壳在屏幕的方向上具有至少一个开口。外壳的合适材料的示例是金属，优选具有抛光表面（根据DIN EN ISO 4287的Rz最大为2μm），金属化陶瓷和具有低吸收率的陶瓷（在0.78-2.5μm的波长范围内小于0.4）。与外壳有关的术语“在波长范围内”或“在整个波长范围内”被理解为外壳在所规定的波长范围中的全部波长上具有比具体说明的吸收率更低的吸收率。
在优选实施例中，根据本发明的装置还包括防护板。在这种情况下，屏幕布置在辐射源和防护板之间。 防护板防止加热的屏幕与聚合物粉末颗粒的直接接触。防护板可以是透明的。防护板在2.5-4.8μm的波长范围内的透射率优选为至少0.9。防护板可以选自例如硫族化物玻璃和蓝宝石玻璃。关于防护板的术语“在波长范围内”或“在整个波长范围内”应被理解为防护板在规定的波长范围内的所有波长处至少具有指定的透射率。
利用根据本发明的多个装置的组合，也可以加热更大的区域。如果这些设备被不同地调节，则可以将要加热的表面上的温度分布与技术要求相匹配。 在另一替代实施例中，多个辐射源与一个屏幕组合以便加热更大的区域。
外壳和屏幕优选是热隔离的。如果包括防护板，则优选的是，外壳、屏幕和防护板彼此热隔离。
借助Varian生产的Cary 5000 UV-vis / NIR分光光度计确定吸收率和透射率符合DIN EN ISO 13468-2：2006-07。测量在标准条件（23°C / 50％）下进行的。
可以通过本发明的装置处理的合适聚合物的实例是聚酰胺如尼龙-6、尼龙-11或尼龙-12，共聚酰胺如尼龙-4,6、尼龙-6,6、尼龙- 6,13、尼龙-10,6、尼龙-10,10、尼龙-10,12、尼龙12,12、尼龙-10,13、尼龙-12 / 10,12、聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚酯、和聚芳醚酮（PEAK）如聚醚醚酮。
图1以示例的方式示出了根据本发明的装置。该装置包括在0.78-2.5μm的波长范围内具有最大辐射功率的辐射源（1）。 辐射源由外壳（2）包围，外壳的内表面（面向辐射源的表面）具有低吸收率。 在外壳（2）的一侧上有开口，该开口内有具有高吸收率的屏幕（4）。屏幕（4）和外壳（2）优选地通过绝缘体（3）热隔离。优选地，根据本发明的装置具有透明防护板（6），以避免屏幕和粉末颗粒之间的直接接触。 板（6）和屏幕（4）优选通过绝缘体（5）热隔离。
可以一直加热粉末颗粒直到熔合。
本发明同样提供加热聚合物粉末颗粒的方法，其中使用根据本发明的装置。 这涉及将聚合物粉末暴露于来自该装置的辐射。粉末颗粒优选以至少2K/s，优选至少10K/s，更优选至少20K/s的加热速率加热。 温度的变化用Optris生产的高温计（optris CTfastLT）测量。
本发明进一步提供了根据本发明的装置用于加热聚合物粉末颗粒的用途，优选是在粉末涂覆方法中。
示例
示例中描述的装置用于加热粉末。对于实验，使用具有表1所列特征的未着色尼龙-12粉末。实验在标准气候条件（23℃/ 50％）下进行。 辐射源的额定功率为500W。在所有示例中，将厚度为0.5mm的平坦粉末层施加到抛光钢板上。 辐射加热器位于粉末表面上方20mm的距离处。 粉末、金属板和辐射加热器在标准气候条件下调节2小时，然后开始测量。 在示例中，打开辐射加热器并测量粉末开始熔化时所经过的时间。
示例1：无屏幕的卤素辐射源（非本发明）
包括作为辐射源的卤素灯、外壳和防护板的卤素辐射源在0.78-2.5μm的波长范围内具有最大的辐射功率。
实施例2：陶瓷辐射源（非本发明）
陶瓷辐射源在IR-C波长范围（3-1000μm）中具有最大的辐射功率。
实施例3：带屏幕的卤素辐射源（本发明）
来自示例1的卤素辐射源具有厚度为0.5mm、在0.78-2.5μm波长范围中的吸收率大于0.88的氧化钢板制成的屏幕。
示例4：带屏幕的卤素辐射源（本发明）
来自示例1的卤素辐射源具有厚度为0.3mm、在0.78-2.5μm波长范围中的吸收率大于0.95的经阳极氧化处理且着黑色的铝板制成的屏幕。
表1：所使用的尼龙-12的粉末特征
表2：实验结果
。
根据本发明的示例3和4的设备需要更短的时间来熔化粉末。在诸如静电涂覆或微型涂覆的应用中，或者例如在ISO / ASTM 52900中规定的基于粉末的方法中，可以实现方法的显着加速并因此实现生产率。此外，需要更少量的能量来熔化粉末。 因此，根据本发明的装置能实现更厚的粉末层或多层的加热或熔化。

Claims (11)

1.一种用于加热聚合物粉末颗粒的装置，包括辐射源（1）、外壳（2）和屏幕（4），其特征在于，所述辐射源（1）在0.78-2.5μm的波长范围内具有其最大辐射功率并且所述屏幕（4）在0.78-2.5μm的波长范围内具有至少0.8的吸收率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳（2）的面向所述辐射源的表面在0.78-2.5μm的波长范围内具有小于0.4的吸收率。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述屏幕（4）布置在所述辐射源（1）和防护板（6）之间。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述防护板（6）在2.5μm-10μm的波长范围内具有至少0.9的透射率。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的装置，其特征在于，外壳（2）、屏幕（4）和防护板（6）被热隔离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述屏幕（4）由经阳极氧化处理并着色的铝组成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述屏幕（4）具有不大于1mm的厚度。
8.一种通过根据权利要求1至7中任一项所述的装置加热聚合物粉末颗粒的方法，其特征在于，所述聚合物粉末颗粒暴露给来自所述装置的辐射。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于所述聚合物粉末颗粒以至少2K/s的加热速率被加热。
10.权利要求1至7所述的装置的用于加热聚合物粉末颗粒的用途。
11.根据权利要求10所述的用途是在粉末涂覆方法中的用途。
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