DE4011801A1 - METHOD FOR THERMALLY COATING SURFACES WITH A FLUOROPOLYMER - Google Patents
METHOD FOR THERMALLY COATING SURFACES WITH A FLUOROPOLYMERInfo
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Abstract
Description
Polymere, die Fluor enthalten, weisen im Vergleich zu den analogen fluorfreien Polymeren - im wesentlichen bedingt durch die hohe Bindungsenergie zwischen Kohlenstoff und Fluoratom und die höhere Oberflächen energie - eine Reihe von besonderen Eigenschaften auf. Neben guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften sind ihre hervorstechenden Merkmale breiter Temperatur anwendungsbereich zwischen -200 und +260°C, ausge zeichnete Beständigkeit gegen Lösungsmittel, Chemikalien und Oxidationsmittel; sie sind wasser- und ölabweisend, schwer entflammbar bis unbrennbar sowie witterungsbe ständig und haben einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Sie werden daher zur Beschichtung von Apparaten wie z. B. Wärmetauschern, Verdampfern, Behälter, die in Kontakt mit korrosiven Flüssigkeiten Dämpfen und Gasen betrieben werden, eingesetzt.Polymers that contain fluorine show a comparison to the analog fluorine-free polymers - essentially due to the high binding energy between Carbon and fluorine atom and the higher surfaces energy - a number of special properties. In addition to good mechanical and electrical properties are their salient features of wide temperature application range between -200 and + 260 ° C, excl excellent resistance to solvents, chemicals and oxidizing agents; they are water and oil repellent, flame retardant to non-flammable and weatherproof constantly and have a low coefficient of friction. They are therefore used for coating devices such as e.g. B. heat exchangers, evaporators, containers that in Contact with corrosive liquids, vapors and gases operated, used.
Nach dem üblichen Pulverbeschichtungsverfahren wird das gesamte Volumen des zu beschichtenden Substrates auf eine Temperatur, die höher liegt als der Schmelzpunkt des Fluorthermoplasten vorgewärmt. Während des sich an schließenden Auftrages des Fluorthermoplastpulvers durch beispielsweise elektrostatisches Sprühen oder Wirbel sintern auf die erwärmte Substratoberfläche schmilzt ein Teil des Fluorthermoplastpulvers. Eine vollständige Ver schmelzung wird beim anschließenden Erwärmen in einem Ofen bei Temperaturen, die ebenfalls oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Fluorthermoplasten liegen, erreicht. Durch wiederholtes Auftragen und Erwärmen lassen sich so Schichtdicken erreichen, die knapp unterhalb der Abfließgrenze dieses Fluorthermo plasten liegen.According to the usual powder coating process total volume of the substrate to be coated a temperature higher than the melting point of the fluorothermoplastic preheated. During the on closing order of the fluorothermoplastic powder for example electrostatic spraying or vortex sinter melts on the heated substrate surface Part of the fluorothermoplastic powder. A complete ver melting is the result of subsequent heating in one Oven at temperatures that are also above the Melting point of the fluorothermoplastic used lie, reached. By repeated application and In this way, heating can achieve layer thicknesses that just below the discharge limit of this fluorotherm plastic lying.
Bei der Beschichtung großer Apparate bzw. großer Teile mit hohem Substratvolumen müssen den Abmessungen dieser Apparate bzw. Teile entsprechende Öfen bereitgestellt werden, die aufgrund der vollständigen Erwärmung des Volumens für eine hohe Energieleistung ausgelegt sein müssen; ein entsprechender Energieverbrauch findet bei der Erwärmung des Substrates statt. Die Steuerung und Regelung derartiger großer Öfen erfordert einen hohen Aufwand, weil eine homogene Temperaturverteilung für eine gleichmäßige Schichtdicke erforderlich ist, die insbesondere an Kanten oder Vorsprüngen nicht erzielt werden. When coating large equipment or large parts with high substrate volume must match the dimensions of this Apparatus or parts corresponding furnaces provided be due to the complete heating of the Volume be designed for a high energy output have to; a corresponding energy consumption takes place at the heating of the substrate instead. The control and Control of such large furnaces requires a high one Effort because a homogeneous temperature distribution for a uniform layer thickness is required that especially not achieved on edges or projections will.
Da die Permeabilität solcher Beschichtungen insbesondere von deren Schichtdicke abhängig ist, ist man bestrebt, möglichst dicke Schichten aufzutragen, um das Substrat vor dem Angriff durch aggressive Medien zu schützen. Solche dicken Schichten versucht man durch wiederholtes Auftragen und Verschmelzen der Fluorthermoplastpulver zu erzielen. Dieser Vorgang kann jedoch nicht beliebig oft wiederholt werden, da insbesondere bei vertikal im Ofen angeordneten Beschichtungsflächen die Schmelze des Fluorthermoplasten in Folge der Gravitation zu fließen beginnt und abtropft.Because the permeability of such coatings in particular depending on the layer thickness, one tries to Apply layers as thick as possible to the substrate to protect against attack by aggressive media. One tries such thick layers by repeated Apply and fuse the fluorothermoplastic powder to achieve. However, this process cannot be arbitrary often repeated, especially when vertical in Coating surfaces arranged the melt of the furnace Fluorothermoplastics flow as a result of gravity starts and drains.
Der Auftrag des Fluorthermoplastpulvers auf das vorge wärmte Substrat führt neben der thermischen Belastung der die Beschichtung vornehmenden Person auch zu einer schwierigen Handhabung an sich. Hinzu kommt, daß bei Fluorthermoplasten ab einer Erwärmung über der Zer setzungstemperatur toxische Gase entstehen, die zu einer Gesundheitsgefährdung führen können. Es ist daher er heblicher Aufwand vorzusehen, mittels dem eine Beschich tung eines über die Zersetzungstemperatur der Fluor thermoplaste erwärmten Substrates verhindert wird; gleichzeitig muß jedoch auch Sorge dafür getragen wer den, insbesondere bei kleinem Substratvolumen, daß eine zu schnelle Wärmeabfuhr unterhalb der Schmelztemperatur der Fluorthermoplaste ausgeschlossen wird.The application of the fluorothermoplastic powder to the pre warmed substrate leads in addition to thermal stress of the person making the coating also becomes a difficult handling in itself. In addition, at Fluorothermoplastics from heating above the cer toxic gases are generated, which lead to a Can lead to health risks. It is therefore he to provide considerable effort by means of a coating tion of one about the decomposition temperature of the fluorine thermoplastic heated substrate is prevented; at the same time, however, care must be taken for who that, especially with a small substrate volume, that a heat dissipation too quickly below the melting temperature the fluorothermoplastic is excluded.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Be schichtungen von Fluorpolymeren, welche aus der Schmelze verarbeitbar sind, mittels eines einfacheren, kosten günstigeren und weniger Verfahrensschritte aufweisenden Verfahrens herzustellen. Unter Fluorpolymere werden vorzugsweise nicht vernetzte Fluorthermoplaste und PTFE (Polytetra-Fluorethylen) verstanden. The invention is therefore based on the object layers of fluoropolymers, which come from the melt are processable, by means of a simpler, cost cheaper and fewer process steps Manufacturing process. Among fluoropolymers preferably non-cross-linked fluorothermoplastics and PTFE (Polytetra-fluoroethylene) understood.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der ein gangs genannten Art, das durch die gleichzeitige Er wärmung des Substrates und das Aufschmelzen des Fluor polymeren mit einem Laserstrahl bei einer Ermittlung der Oberflächentemperatur entlang des Beschichtungs bereiches und der on-line-Regelung der Oberflächen temperatur in einem Bereich zwischen der Schmelztempe ratur und maximal 100°C über der Schmelztemperatur des Fluorpolymeren, das eine Absorption kleiner 80% bei einer Schichtdicke von 100 µm im Wellenlängenbereich der Laserstrahlen aufweist, gekennzeichnet ist.This problem is solved by a method of a gangs mentioned type, which by the simultaneous Er heating of the substrate and melting of the fluorine polymerize with a laser beam during an investigation the surface temperature along the coating area and the on-line regulation of the surfaces temperature in a range between the melting temperature temperature and a maximum of 100 ° C above the melting temperature of the Fluoropolymers, which have an absorption less than 80% a layer thickness of 100 µm in the wavelength range which has laser beams, is marked.
Sollte eine Erwärmung auf maximal 100°C über die Schmelztemperatur des Fluorpolymeren oder sogar noch darüber erfolgen, so ist auf eine sehr kurzzeitige Temperaturbelastung zu achten. Vorzugsweise ist eine Erwärmung bis zu 80°C über die Schmelztemperatur des jeweiligen Fluorpolymeren vorzusehen.Should heating to a maximum of 100 ° C above the Melting temperature of the fluoropolymer or even more done about it is on a very short-term Attention to temperature load. Preferably one is Heating up to 80 ° C above the melting temperature of the to provide respective fluoropolymers.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.Further advantageous developments of the invention are in given the subordinate claims.
Vorteilhaft können erfindungsgemäß alle bekannten Fluor polymere Verwendung finden, die im Welllängenbereich von 10,6 µm (CO2-Laser) oder 1,06 µm (Festkörperlaser) eine Absorption kleiner 80% bei einer Schichtdicke von 100 µm der Laserstrahlen besitzen. Vorzugsweise sind dies Fluorthermoplaste und PTFE. Durch die Absorption kleiner 80% wird vorteilhaft das Substrat erwärmt und gleichzeitig das Fluorpolymere aufgeschmolzen.According to the invention, all known fluoropolymers can advantageously be used which have an absorption of less than 80% with a layer thickness of 100 μm of the laser beams in the wavelength range of 10.6 μm (CO 2 laser) or 1.06 μm (solid-state laser). These are preferably fluorothermoplastics and PTFE. By absorption of less than 80%, the substrate is advantageously heated and the fluoropolymer is melted at the same time.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete, aus der Schmelze verarbeitbare Fluorpolymere besitzen üblicherweise bei der Verarbeitungstemperatur eine Schmelzviskosität von < 1 × 106 Pa × s. Solche aus der Schmelze verarbeitbare Fluorpolymere können z. B. Homopolymere sein, wie Polyvinylidenfluorid, Polyvinyl fluorid oder vorzugsweise Polychlortrifluorethylen. Ebenso können dies Copolymere sein, vorzugsweise solche, die neben copolymerisierten Einheiten des Tetrafluor ethylens oder Chlortrifluorethylens noch mindestens ein weiteres ethylenisch ungesättigtes Comonomeres in aus reichender Menge enthalten, um die Verarbeitbarkeit aus der Schmelze zu gewährleisten. Solche Copolymere sind insbesondere ausgewählt aus folgenden Gruppen:Fluoropolymers that can be processed from the melt and are used in the process according to the invention usually have a melt viscosity of <1 × 10 6 Pa × s at the processing temperature. Such melt-processable fluoropolymers can e.g. B. be homopolymers, such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride or preferably polychlorotrifluoroethylene. Likewise, these can be copolymers, preferably those which, in addition to copolymerized units of tetrafluoroethylene or chlorotrifluoroethylene, also contain at least one further ethylenically unsaturated comonomer in sufficient quantities in order to ensure processability from the melt. Such copolymers are selected in particular from the following groups:
- a) Copolymere des Tetrafluorethylens mit höheren Per fluorolefinen, insbesondere mit Hexafluorpropylen; Copolymere des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl vinylethern der Formel CF2 = CF-ORf worin Rf ein perfluorierter Alkylrest ist, vorzugsweise mit Per fluorpropylvinylether; Copolymere des Tetrafluor ethylens, die sowohl Hexafluorpropylen als auch einen Perfluoralkylvinylether enthalten, insbesondere Perfluorpropylvinylether.a) copolymers of tetrafluoroethylene with higher per fluoroolefins, especially with hexafluoropropylene; Copolymers of tetrafluoroethylene with perfluoroalkyl vinyl ethers of the formula CF 2 = CF-OR f where Rf is a perfluorinated alkyl radical, preferably with per fluoropropyl vinyl ether; Copolymers of tetrafluoroethylene which contain both hexafluoropropylene and a perfluoroalkyl vinyl ether, in particular perfluoropropyl vinyl ether.
- b) Copolymere des Tetrafluorethylens mit Ethylen, wobei solche Copolymere bevorzugt mindestens ein weiteres copolymerisierbares Monomeres enthalten, häufig auch deren zwei oder mehr. Solche Comonomere sind vorzugs weise ausgewählt aus der Gruppe der perfluorierten Olefine, wobei Hexafluorpropylen bevorzugt ist; aus der Gruppe der Perfluoralkylvinylether der oben an gegebenen Formel, wobei Perfluorpropylvinylether be vorzugt ist; aus der Gruppe der fluorhaltigen Ole fine, bevorzugt 3,3,3-Trifluor-2-trifluormethylpro pylen; aus der Gruppe der Vinylester sowie aus der Gruppe Vinylidenfluorid und Trifluorchlorethylen. Solche Copolymere vom Typ Tetrafluorethylen/Ethylen, gegebenenfalls mit weiteren Monomeren, bestehend aus höchstens 60 Mol-% Tetrafluorethylen, 60 bis 40 Mol-% Ethylen und 0 bis 10 Mol-% des Anteils an den ge nannten dritten und gegebenenfalls vierten Monomeren.b) copolymers of tetrafluoroethylene with ethylene, where such copolymers preferably at least one other contain copolymerizable monomer, often also their two or more. Such comonomers are preferred wisely selected from the group of perfluorinated Olefins, with hexafluoropropylene being preferred; out the group of the perfluoroalkyl vinyl ethers of the above given formula, wherein perfluoropropyl vinyl ether be is preferred; from the group of fluorine-containing oils fine, preferably 3,3,3-trifluoro-2-trifluoromethylpro pylene; from the group of vinyl esters and from the Vinylidene fluoride and trifluorochloroethylene group. Such copolymers of the tetrafluoroethylene / ethylene type, optionally with further monomers consisting of at most 60 mol% tetrafluoroethylene, 60 to 40 mol% Ethylene and 0 to 10 mol% of the proportion of the ge called third and optionally fourth monomers.
- c) Copolymere des Tetrafluorethylens mit Vinyliden fluorid, wobei solche Copolymere vorzugsweise noch mindestens ein weiteres ethylenisch ungesättigtes, vorzugsweise fluorhaltiges, Comonomeres enthalten; insbesondere kommen dafür Hexafluorpropylen oder ein Perfluoralkylvinylether in Betracht, gegebenenfalls auch die Kombination von beiden; im thermoplastischen Copolymeren dieses Typs ist das Tetrafluorethylen in Anteilen von 50 bis 80, im Falle der Ter- und Quater polymeren von 50 bis 65 Mol-%, das Vinylidenfluorid in Anteilen von mehr als 20 Mol-% enthalten; eine bevorzugte Kombination ist Tetrafluorethylen/Viny lidenfluorid/Hexafluorpropylen.c) copolymers of tetrafluoroethylene with vinylidene fluoride, such copolymers preferably still at least one other ethylenically unsaturated, preferably contain fluorine-containing comonomers; in particular, hexafluoropropylene or Perfluoroalkyl vinyl ether, if appropriate also the combination of the two; in thermoplastic Copolymers of this type is tetrafluoroethylene in Proportions from 50 to 80, in the case of the ter and quaters polymers from 50 to 65 mol%, the vinylidene fluoride contained in proportions of more than 20 mol%; a preferred combination is tetrafluoroethylene / viny lidenefluoride / hexafluoropropylene.
- d) Copolymere von Tetrafluorethylen mit Chlortrifluor ethylen, wobei sowohl Tetrafluorethylen als auch Chlortrifluorethylen der überwiegende Bestandteil sein kann.d) copolymers of tetrafluoroethylene with chlorotrifluor ethylene, with both tetrafluoroethylene and Chlorotrifluoroethylene is the predominant ingredient can be.
- e) Copolymere des Chlortrifluorethylens mit ethylenisch ungesättigten fluorhaltigen Monomeren, wie insbe sondere Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und Vinylidenfluorid.e) Copolymers of chlorotrifluoroethylene with ethylenic unsaturated fluorine-containing monomers, such as esp special hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene and Vinylidene fluoride.
- f) Copolymere des Chlortrifluorethylens mit Ethylen, wobei auch diese Copolymeren vorzugsweise mindestens ein weiteres, häufig auch zwei oder drei weitere ethylenisch ungesättigte Comonomere enthalten können, welche aus den gleichen Gruppen ausgewählt werden können, wie dies oben für Copolymere des Typs Tetra fluorethylen/Ethylen angegeben ist.f) copolymers of chlorotrifluoroethylene with ethylene, these copolymers also preferably at least another, often two or three more may contain ethylenically unsaturated comonomers, which are selected from the same groups can, as described above for copolymers of the Tetra type fluoroethylene / ethylene is specified.
Bezüglich der Herstellung von Copolymeren der oben ge nannten Art wird beispielsweise auf die folgenden US- Patentschriften verwiesen: 29 46 763, 31 32 123, 31 32 124, 40 29 868, 42 62 101, 36 24 250, 38 59 262, 38 17 951, 39 60 825, 38 47 881, 41 23 602, 24 68 054, 32 35 537, 25 13 312, 26 62 072, 30 53 818, 27 38 343, 27 52 332; ferner auf die euro päischen Patentschriften 2809 und 50 437 und die bel gische Patentschrift 8 44 965.Regarding the production of copolymers of the above ge mentioned type is, for example, in the following US Patents referenced: 29 46 763, 31 32 123, 31 32 124, 40 29 868, 42 62 101, 36 24 250, 38 59 262, 38 17 951, 39 60 825, 38 47 881, 41 23 602, 24 68 054, 32 35 537, 25 13 312, 26 62 072, 30 53 818, 27 38 343, 27 52 332; also on the euro European patent specifications 2809 and 50 437 and the bel gische patent specification 8 44 965.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können aber auch solche Fluorpolymere Verwendung finden, die wegen ihrer hohen Schmelzviskosität nicht aus der Schmelze verarbeitbar sind. Unter diesem Begriff versteht man in erster Linie das Homopolymere, nämlich das Polytetra fluorethylen selbst, daneben aber auch die sogenannten "modifizierten" Tetrafluorethylen-Polymeren, d. h. solche Polymerisate des Tetrafluorethylens, die ein fluoriertes oder bevorzugt perfluoriertes Comonomeres in einer so geringen Menge - meist ≦= 1 Gew-% - ent halten, so daß der Charakter des Polymeren als "aus der Schmelze nicht verarbeitbar" nicht entscheidend verändert wird. Solche Comonomere sind beispielsweise Chlortrifluorethylen. Hexafluorisobutylen, 1-Perfluor buten, insbesondere aber Perfluoralkylperfluorvinylether mit einem Perfluoralkylrest von 1 bis 5 C-Atomen und Hexafluorpropylen. Soweit in dieser Beschreibung die Abkürzung PTFE gebraucht wird, bezieht sie sich auf alle diese Arten des Polytetrafluorethylens. Within the scope of the method according to the invention, however also find such fluoropolymers because of their high melt viscosity does not come from the melt are processable. This term is used in primarily the homopolymer, namely the polytetra fluorethylene itself, but also the so-called "modified" tetrafluoroethylene polymers, i.e. H. such polymers of tetrafluoroethylene, the one fluorinated or preferably perfluorinated comonomer in such a small amount - mostly ≦ = 1% by weight - ent hold so that the character of the polymer as "from the melt cannot be processed "not decisive is changed. Examples of such comonomers are Chlorotrifluoroethylene. Hexafluoroisobutylene, 1-perfluoro butene, but especially perfluoroalkyl perfluorovinyl ether with a perfluoroalkyl radical of 1 to 5 carbon atoms and Hexafluoropropylene. As far as in this description Abbreviation PTFE is used, it refers to all of these types of polytetrafluoroethylene.
In den Diagrammen (Fig. 1 bis 5) ist die Transmission als Funktion der Wellenlänge dargestellt. Bei der be vorzugten Verwendung eines im kontinuierlichen Betrieb arbeitenden CO2-Lasers mit einer Wellenlänge von 10,6 µm (in den Diagrammen mit einer Linie gekennzeichnet) weisen die Fluorpolymere Polytetrafluorethylen, die Copolymere Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen, Tetra fluorethylen/Perfluorpropylvinylether, Tetrafluorethylen/ Hexafluorpropylen, Terpolymer von Tetrafluorethylen/ Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen eine Transmission für die Laserstrahlen um 50% bezogen auf eine Schicht dicke von 100 µm auf.The diagrams ( FIGS. 1 to 5) show the transmission as a function of the wavelength. In the preferred use of a CO 2 laser operating in continuous operation with a wavelength of 10.6 μm (marked with a line in the diagrams), the fluoropolymers have polytetrafluoroethylene, the copolymers tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene, tetra fluorethylene / perfluoropropyl vinyl ether, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene , Terpolymer of tetrafluoroethylene / vinylidene fluoride / hexafluoropropylene a transmission for the laser beams by 50% based on a layer thickness of 100 microns.
Bei der Erwärmung des Substrates mittels eines im konti nuierlichen Betrieb arbeitenden CO2-Lasers, der eine Ausgangsleistung größer/gleich 100 Watt und eine Wellen länge von vorzugsweise 10,6 µm aufweist, wird das in das Substrat eingebrachte Temperaturprofil in der Ebene und Tiefe beschränkt. Während des Beschichtungs verfahrens wird die Oberflächentemperatur entlang des Beschichtungsbereiches ermittelt und durch on-line- Regelung der Oberflächentemperatur in einem Bereich zwischen der Schmelztemperatur und maximal 80°C über der Schmelztemperatur des Fluorpolymeren konstant ge halten. Hierdurch wird eine Erwärmung über der Zer setzungstemperatur des Fluorpolymeren sicher verhindert. Aufgrund der begrenzten Spurbreiten werden beim Be schichten mit den Fluorpolymeren zur Bearbeitung größerer Funktionsflächen transversal überlappende Spuren gezogen. Hierbei kann entweder das Werkstück oder der Laserstrahl entlang der Spur bewegt werden. Die dabei aufgeschmolzenen kleinen Mengen des Fluor polymerenpulvers verringern die Gefährdung bei einer Erwärmung über der Zersetzungstemperatur.When the substrate is heated by means of a CO 2 laser operating in continuous operation and having an output power greater than or equal to 100 watts and a wavelength of preferably 10.6 μm, the temperature profile introduced into the substrate is limited in level and depth . During the coating process, the surface temperature along the coating area is determined and kept constant by on-line control of the surface temperature in a range between the melting temperature and a maximum of 80 ° C. above the melting temperature of the fluoropolymer. This safely prevents heating above the decomposition temperature of the fluoropolymer. Due to the limited track widths, transversely overlapping tracks are drawn when coating with the fluoropolymers to process larger functional areas. Either the workpiece or the laser beam can be moved along the track. The small amounts of fluoropolymer powder melted in the process reduce the risk of heating above the decomposition temperature.
Besonders vorteilhaft kann die Beschichtungsstelle pro zessgekoppelt (on-line) mit einem Laserstrahl vorge wärmt werden, wodurch eine Abkühlung des vorzugsweise vor dem Auftreffen auf der Oberfläche des Substrates dem Laserstrahl zugeführten Fluorpolymerpulvers auf der kalten Oberfläche verhindert wird. Die Haftung wird durch diese mit dem Beschichtungsprozess gekoppelte Vorwärmung verbessert.The coating point per can be particularly advantageous Process coupled (on-line) with a laser beam be warmed, thereby cooling the preferably before hitting the surface of the substrate Laser beam supplied fluoropolymer powder on the cold surface is prevented. Liability will through this coupled with the coating process Preheating improved.
Nach einer bevorzugten Ausführungsmethode wird zur Vorwärmung der Brennfleck der Laserstrahlen über eine Optik aufgeweitet (Linien- oder Flächenstrahlfokus), so daß ein Auftreffbereich dieses Brennfleckes entsteht, der in Beschichtungsrichtung vor der Beschichtungsstel le auf die Oberfläche des Substrates auftrifft.According to a preferred execution method, Preheating the focal spot of the laser beams over a Optics widened (line or area beam focus), see above that an impact area of this focal spot arises, in the coating direction before the coating point le strikes the surface of the substrate.
Andere Möglichkeiten der on-line-Vorwärmung bestehen in dem Aufteilen des Laserstrahles in zwei Teilstrahlen, dem Oszillieren des Laserstrahles oder in der Ver wendung eines separaten Lasers für die Vorwärmung.Other options for online preheating are splitting the laser beam into two partial beams, the oscillation of the laser beam or in the ver use of a separate laser for preheating.
Die Schichtdicke solcher Beschichtungen kann durch das eingangs genannte Verfahren erstmalig bis zu beliebiger Größenordnung gesteigert werden, weil auf die beschich tete Oberfläche des Substrates beliebig oft weitere Schichten des Fluorpolymerepulvers aufgetragen und verschmelzt werden können, da lediglich die Bindefläche der darunter liegenden Fluorpolymereschicht erwärmt und das auf sie aufgetragene Fluorpolymerpulver auf geschmolzen wird. Die Permeabilität der Beschichtung kann somit deutlich verringert werden. Gefährliche Korrosionen, wie sie beim Einsatz in Kontakt mit aggressiven Chemikalien aufgrund begrenzter Schicht dicke auftreten, werden vermieden.The layer thickness of such coatings can by initially mentioned procedures up to any Order of magnitude can be increased because of the coating tete surface of the substrate any number of more Layers of fluoropolymer powder applied and can be fused because only the binding surface the underlying fluoropolymer layer is heated and the fluoropolymer powder applied to them is melted. The permeability of the coating can thus be significantly reduced. Dangerous Corrosion as used in contact with aggressive chemicals due to limited layer Thicknesses are avoided.
Eine Verminderung der ungünstigen Auswirkung der Per meation aggressiver Stoffe kann durch die Anordnung einer Zwischenschicht mit größerer Permeabilität zwi schen der Schicht und dem Substrat und/oder zwischen den Schichten erreicht werden, wenn diese Zwischen schicht mit der Umgebung in Verbindung steht oder ex tern be- oder entgast wird. Durch diese Zwischenschich ten wird die Abführung des Permeats und damit eine ge ringere Schichtdicke ermöglicht.A reduction in the unfavorable impact of the Per Meation of aggressive substances can be caused by the arrangement an intermediate layer with greater permeability between between the layer and the substrate and / or between the layers can be reached if this intermediate layer is connected to the environment or ex gassing or degassing. Through this intermediate layer The removal of the permeate and thus a ge allows for a smaller layer thickness.
Fluorpolymere, die bei einer vorgegebenen Wellenlänge der Laserstrahlung von beispielsweise 10,6 µm eine sehr hohe Transmission aufweisen, können durch gezielte Bei gabe von Füllstoffen in ihren Transmissionseigenschaften eingestellt werden. Dabei werden als Füllstoffe sowohl Fluorpolymere mit geringer Transmission als der des Matrixpolymeren, wie z. B. PTFE-Pulver als auch im Verarbeitungstemperaturbereich beständige organische und anorganische Additive dem Fluorpolymerpulver bei gemischt und eine Absorption zwischen 20 und 80% be zogen auf eine Schichtdicke von 100 µm eingestellt.Fluoropolymers at a given wavelength the laser radiation of 10.6 µm, for example, is a very have high transmission, can by targeted administration of fillers in their transmission properties can be set. Both fillers are used Fluoropolymers with lower transmission than that of Matrix polymers, such as. B. PTFE powder as well Processing temperature range resistant organic and inorganic additives to the fluoropolymer powder mixed and an absorption between 20 and 80% pulled to a layer thickness of 100 microns.
Vorteilhaft wird die Beschichtungsstelle mit einem inerten Gas umgeben, wobei eine Oxidation der zu be schichtenden Substratoberfläche verhindert wird.The coating point with a surrounded by inert gas, causing oxidation of the be layering substrate surface is prevented.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können temperatur beständige Oberflächen beschichtet werden, d. h. das Substrat muß aus einem Werkstoff bestehen, der beim Verschmelzen der Fluorpolymerschicht und der damit verbundenen thermischen Belastung keine nachteiligen Veränderungen erfährt. Somit ist das Verfahren geeignet für die Beschichtung von Metall-, Glas-, Graphit- und Keramikoberflächen, aber auch für die Beschichtung von hochtemperaturbeständigen Kunststoffen.According to the inventive method temperature stable surfaces are coated, d. H. the Substrate must be made of a material that the Fusion of the fluoropolymer layer and with it associated thermal load no adverse Undergoes changes. The method is therefore suitable for the coating of metal, glass, graphite and Ceramic surfaces, but also for the coating of high temperature resistant plastics.
Vor dem eigentlichen Beschichtungsvorgang wird die zu beschichtende Oberfläche nach üblichen Methoden ent fettet, beispielsweise durch Dampfphasenentfettung, Be handlung in alkalischen Bädern oder gegebenenfalls auch durch das Erhitzen des zu beschichtenden Gegenstandes auf ca. 400 bis 450°C.Before the actual coating process, the coating surface ent according to customary methods greases, for example by vapor phase degreasing, Be act in alkaline baths or possibly also by heating the object to be coated to approx. 400 to 450 ° C.
Eine Verbesserung der Haftung der Beschichtung kann durch Aufrauhen des Untergrundes, beispielsweise durch Sandstrahlen oder Ätzen erzielt werden, gegebenenfalls auch durch das Auftragen von keramischen oder metalli schen Zwischenschichten mit großer Oberflächenrauhig keit, beispielsweise durch Flammspritzen oder Plasma beschichtung. Werden sehr große Anforderungen an die Haftung der Beschichtung gestellt, so kann vor dem Auf tragen der Schicht noch eine Haftvermittlerschicht an gebracht werden, die üblicherweise aus dem gleichen Fluorpolymeren unter Zusatz haftvermittelnder Sub stanzen besteht. Als Haftvermittler für solche Fluor polymere eignen sich hochtemperaturbeständige Binde harze, wie Epoxidharze, Polyamide, Polyamidimide, Polyimide, Polytriketoimidazolidine, Polyphenylensul fide, Polyethersulfide, Polyetherketone, Polyhydantoine oder auch anorganische Stoffe, wie beispielsweise Alkalisilikate, Chromsäureanhydrid, Phosphorsäure oder Aluminiumchlorphosphate. Die Haftvermittlerschicht wird als Pulver nach den üblichen Pulverbeschichtungsmethoden oder mit dem Laserstrahl oder auch in Form von Disper sionen, Suspensionen oder Lösungen durch Spritzen, Tauchen oder Streichen aufgebracht.An improvement in the adhesion of the coating can by roughening the surface, for example by Sandblasting or etching can be achieved, if necessary also by applying ceramic or metalli Intermediate layers with a large surface roughness speed, for example by flame spraying or plasma coating. Are very high demands on the Adhesion of the coating provided, so before opening apply an adhesion promoter layer to the layer brought, usually from the same Fluoropolymers with the addition of adhesion-promoting sub punching exists. As an adhesion promoter for such fluorine polymers are suitable for high temperature resistant bandages resins such as epoxy resins, polyamides, polyamideimides, Polyimides, polytriketoimidazolidines, polyphenylene sul fide, polyether sulfides, polyether ketones, polyhydantoins or also inorganic substances, such as Alkali silicates, chromic anhydride, phosphoric acid or Aluminum chlorophosphates. The adhesion promoter layer is as powder according to the usual powder coating methods or with the laser beam or in the form of disper ions, suspensions or solutions by spraying, Dip or brush applied.
Eine andere Möglichkeit besteht in dem Aufrauhen der Substratoberfläche durch das Aufschmelzen mit dem Laserstrahl. Nach dem Auftragen wird die Haftvermittler schicht gegebenenfalls getrocknet und eingebrannt. Be vorzugt erfolgt das Trocknen und Einbrennen mittels des auf die Vorwärmstelle gerichteten Laserstrahls während des Beschichtungsvorganges.Another option is to roughen the Substrate surface by melting with the Laser beam. After application, the adhesion promoter layer dried and baked if necessary. Be drying and baking is preferably carried out using the laser beam directed at the preheating point during of the coating process.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorteilhaft eine in der Fig. 6 dargestellte Vorrichtung 10 verwendet, die einen im kontinuierlichen Betrieb (cw-Betrieb) arbei tenden CO2-Laser 11 sowie ein im Strahlgang 12 angeord netes optisches System und ein Leistungsteil 15 auf weist. Dem Leistungsteil ist eine on-line-Regeleinrich tung zum Regeln der Oberflächentemperatur zugeordnet, wobei die Regeleinrichtung einen mit einem Meßkreis verbundenen Strahlungspyrometer 16 aufweist, der Verän derungen in der Oberflächentemperatur erfaßt, welche mit einem am Sollwertgeber 18 eingestellten Sollwert verglichen und die so ermittelten Abweichungen in der Oberflächentemperatur dem Regler 17 eingespeist werden. Dieser gibt in Abhängigkeit davon Stellsignale an ein die Leistung des Lasers regelndes Stellglied ab. Die Leistung des Lasers wird dabei in einem Zeitraum zwi schen 10 Mikrosekunden und einer Mikrosekunde geregelt. Über eine der Laserdüse 21 zugeordnete Optik 19 wird der Laserstrahl 20 geformt, wobei ein örtlich vor der Beschichtungsstelle verlaufender Vorwärmbereich (22, Fig. 7b) der Laserstrahlen erzeugt wird. Der Brennfleck weist an der Vorwärmstelle eine höhere Intensität (Fig. 7a) auf, da aufgrund der Wärmeleitung des Substrates 23 eine größere Energie eingebracht werden muß als sie für das anschließende Aufschmelzen des Fluorpolymerpulvers erforderlich ist. Die Intensitäts verteilung ist von dem Substratwerkstoff abhängig.To carry out the method, a device 10 shown in FIG. 6 is advantageously used, which has a CO 2 laser 11 working in continuous operation (cw operation) and an optical system arranged in the beam path 12 and a power unit 15 . The power section is assigned an on-line Regeleinrich device for controlling the surface temperature, the control device having a radiation pyrometer 16 connected to a measuring circuit, which detects changes in the surface temperature, which are compared with a setpoint value set on the setpoint generator 18 and the deviations thus determined be fed to the controller 17 in the surface temperature. Depending on this, this emits control signals to an actuator which regulates the power of the laser. The power of the laser is regulated in a period between 10 microseconds and one microsecond. The laser beam 20 is shaped via an optic 19 assigned to the laser nozzle 21 , a preheating region ( 22 , FIG. 7b) of the laser beams running locally in front of the coating location being generated. The focal spot has a higher intensity at the preheating point ( FIG. 7a), since, owing to the heat conduction of the substrate 23, a greater amount of energy has to be introduced than is required for the subsequent melting of the fluoropolymer powder. The intensity distribution depends on the substrate material.
Vorzugsweise wird das Fluorpolymerpulver über die Laserdüse (Fig. 6) zugeführt. Die Laserdüse weist min destens eine Zuführleitung 24, 25 für das Fluorpoly merpulver 26 auf, welches über ein Druckgas, beispiels weise das inertes Gas, in den Laserstrahl geleitet wird. Das Fluorpolymerpulver wird hierdurch vorteil haft in einen plastischen, flüssigen oder vorgewärmten Zustand gebracht, bevor es zusammen mit dem Laserstrahl aus der Austrittsöffnung der Laserdüse austritt und auf der Bearbeitungsstelle (27, Fig. 7b) auftrifft. Die Zu führleitung ist in der Laserdüse auf die Bearbeitungs stelle (27) ausgerichtet. Wie aus den Fig. 7b und c zu ersehen ist, kann die Zuführleitung auch außerhalb der Laserdüse stehend angeordnet werden.The fluoropolymer powder is preferably fed in via the laser nozzle ( FIG. 6). The laser nozzle has at least one feed line 24 , 25 for the fluoropoly merpulver 26 , which is passed through a compressed gas, for example the inert gas, into the laser beam. The fluoropolymer powder is thereby advantageously brought into a plastic, liquid or preheated state before it emerges together with the laser beam from the outlet opening of the laser nozzle and strikes the processing point ( 27 , FIG. 7b). The feed line is aligned with the processing point ( 27 ) in the laser nozzle. As can be seen from FIGS . 7b and c, the feed line can also be arranged upright outside the laser nozzle.
Die Mengensteuerung der Pulverzuführung und die Optik zur Aufweitung des Laserstrahles sind an sich bekannt und müssen daher nicht näher beschrieben werden.The quantity control of the powder feed and the optics to expand the laser beam are known per se and therefore do not need to be described in more detail.
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