EP0627267A1 - Dispositif et procédé de projection thermique de materiau polymère thermodurcissable - Google Patents

Dispositif et procédé de projection thermique de materiau polymère thermodurcissable Download PDF

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EP0627267A1
EP0627267A1 EP94401059A EP94401059A EP0627267A1 EP 0627267 A1 EP0627267 A1 EP 0627267A1 EP 94401059 A EP94401059 A EP 94401059A EP 94401059 A EP94401059 A EP 94401059A EP 0627267 A1 EP0627267 A1 EP 0627267A1
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gas
nozzle
ejecting
nozzles
projection
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Daniel Bathelier
Jean-Martial Leger
Gilles Cannet
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/205—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed being originally a particulate material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/08—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point
    • B05B7/0807—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets
    • B05B7/0861—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets with one single jet constituted by a liquid or a mixture containing a liquid and several gas jets

Definitions

  • the present invention relates to a device for thermal spraying of plastic material comprising a spray nozzle having one end comprising a central orifice for ejecting plastic and a carrier gas, an intermediate ring of orifices for ejecting a gas. protection, and an outer ring of ejection holes of an oxy-fuel gas mixture.
  • thermoplastic polymer materials A device of this type, designed for spraying thermoplastic polymer materials, is described in document FR-A-2,671,292, in the name of the Applicant, the content of which is assumed to be incorporated here for reference.
  • the object of the present invention is to propose improvements to devices of this type allowing thermal spraying of thermosetting polymer materials up to relatively high flow rates, greater than 1 kg / hour, including with thermosetting powders which are particularly sensitive to heat, making it possible to increase the scanning width in projection and to avoid damage to the deposit made on the substrate under the effect of the heating flames of the projection nozzle.
  • the device comprises, in front of the end of the nozzle, at least one pair, facing one another, of gas ejection nozzles pinch in the direction towards the gas streams ejected by the spray nozzle.
  • the present invention also relates to a method of depositing a thermosetting polymer material on a substrate, characterized in that this deposit is carried out by thermal spraying of the thermosetting polymer material with a device as defined above, the pinch gas. typically containing at least 21% nitrogen.
  • a nozzle 1 of a thermal spray gun 2 is recognized, for example according to the document FR-A-2,671,292 mentioned above.
  • the nozzle 1 has an end face 3 in which are formed a central orifice 4 for ejecting a flow of particles of the plastic material to be projected into a carrier gas, an intermediate ring of orifices, or an annular slot 5 d ejection of a gaseous spray gas, and an outer ring of orifices 6 for ejecting an oxy-fuel gas mixture.
  • side supports 7 having rings 8 for positioning and retaining two profiled tubes 9 emanating from an upstream tube 10 connected to a source 11 gas under pressure.
  • the arms formed by the tubes 9 move away from the tube 10 and end in profiled nozzles 12 to end in an ejection orifice 13 of rectangular shape, typically in the form of a slot.
  • the two nozzles 12 are symmetrical to each other with respect to a median plane passing through the axis of symmetry of the nozzle 1, facing one of the other.
  • the ratio of the height h to the thickness e of the ejection orifice 13 is greater than 10, typically between 20 and 25, the height h corresponding substantially to the diameter of the outer ring of heating orifices 6.
  • the nozzles 12 are inclined relative to a plane parallel to the end face 3 of the nozzle at an angle ⁇ of between -20 ° and + 40 °, depending on the type of powder sprayed.
  • the angle ⁇ is + 15 ° as shown in FIG. 2.
  • the distance d between the plane of the orifices 13 and the end face 3 is also variable depending on the type of powder sprayed and is typically between approximately 15 and approximately 60 mm, the spacing E between the orifices 13 of the nozzles being greater than the diameter of the ring of orifices 6 by a determined value between 50 and 70 mm depending on the diameters.
  • thermosetting plastic material For the projection of particles of thermosetting plastic material, these are ejected, through the orifice 4, in a flow of carrier gas typically consisting of nitrogen, the inert protective gas also advantageously being nitrogen, the oxy-fuel mixture ejected by the orifices 6 being formed, in the gun 1, from a flow of oxygen and a flow of a combustible gas, for example the mixture of gaseous hydrocarbons marketed under the name "TETRENE” ® by the Applicant.
  • carrier gas typically consisting of nitrogen
  • the inert protective gas also advantageously being nitrogen
  • the oxy-fuel mixture ejected by the orifices 6 being formed, in the gun 1, from a flow of oxygen and a flow of a combustible gas, for example the mixture of gaseous hydrocarbons marketed under the name "TETRENE” ® by the Applicant.
  • the pressures and flow rates of nitrogen and of the compounds of the oxy-fuel mixture as well as the power and the temperature of the resulting flames are determined as a function of the nature of the projected thermosetting plastic material (s), which are generally chosen from the group comprising epoxy resins, unsaturated polyesters, epoxy-polyester copolymers and / or their mixtures with other plastic materials.
  • the flow of particles and carrier gas 15 ejected from the orifice 4 is separated from the ring of heating flames formed at the outlet of the orifices 6 by a sheath 17 of the protective gas.
  • the ejected pinch gas effectively causes a “pinch” of the projection plume, and more particularly of the external projection flame accompanied by dilution and cooling of the latter not appreciably affecting the central flow of heated particles on the path d .
  • the ejection of lateral pinch gas flows makes it possible to obtain high spraying rates of thermosetting powders, up to 7 kg / hour, without the powder igniting at the outlet of the nozzle.
  • the flat flow profile of the pinch flows makes it possible to increase the sweeping width in projection and thus cover a larger surface with the powder, while avoiding direct contact between the heating flames 16 and the deposit. plastic material on the substrate.
  • the pinch gas supplied with an overpressure between 0.5 and 2 x 105 Pa and at a variable flow rate between 4 and 15 m3 / hour, typically between 5 and 10 m3 / hour is air, substantially pure industrial nitrogen, or advantageously relatively nitrogen in which case the source 11 advantageously consists of a membrane air separation unit.

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Abstract

Le dispositif comporte, en avant de l'extrémité (3) de la buse de projection (1), au moins une paire de busettes en vis-à-vis (12) projetant un flux (18) de gaz sur le panache de flux (15-17) de projection, permettant ainsi d'atteindre un fort débit de projection de matériau thermodurcissable. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de projection thermique de matériau plastique comprenant une buse de projection ayant une extrémité comportant un orifice central d'éjection du matériau plastique et d'un gaz vecteur, une couronne intermédiaire d'orifices d'éjection d'un gaz de protection, et une couronne extérieure d'orifices d'éjection d'un mélange gazeux oxycombustible.
  • Un dispositif de ce type, conçu pour la projection de matériaux polymères thermoplastiques, est décrit dans le document FR-A-2.671.292, au nom de la Demanderesse, dont le contenu est supposé intégré ici pour référence.
  • La présente invention a pour objet de proposer des perfectionnements aux dispositifs de ce type autorisant la projection thermique de matériaux polymères thermodurcissables jusqu'à des débits relativement importants, supérieurs à 1 kg/heure, y compris avec des poudres thermodurcissables particulièrement sensibles à la chaleur, permettant d'augmenter la largeur de balayage en projection et d'éviter des endommagements du dépôt effectué sur le substrat sous l'effet des flammes de chauffe de la buse de projection.
  • Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte, en avant de l'extrémité de la buse, au moins une paire, en regard l'une de l'autre, de busettes d'éjection d'un gaz de pincement dans la direction vers les flux gazeux éjectés par la buse de projection.
  • La présente invention a également pour objet un procédé de dépôt d'un matériau polymère thermodurcissable sur un substrat, caractérisé en ce que ce dépôt est effectué par projection thermique du matériau polymère thermodurcissable avec un dispositif tel que défini ci-dessus, le gaz de pincement contenant typiquement au moins 21 % d'azote.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en bout d'un dispositif de projection thermique selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue partielle en plan du dispositif de la figure 1, montrant la disposition relative des busettes vis-à-vis de la buse de projection et des flux éjectés par cette dernière ; et
    • la figure 3 est une vue en bout d'une busette d'un dispositif selon les figures 1 et 2.
  • Sur les figures 1 et 2, on reconnaît une buse 1 d'un pistolet 2 de projection thermique, par exemple selon le document FR-A-2.671.292 susmentionné. La buse 1 comporte une face d'extrémité 3 dans laquelle sont formés un orifice central 4 d'éjection d'un flux de particules du matériau plastique à projeter dans un gaz vecteur, une couronne intermédiaire d'orifices, ou une fente annulaire 5 d'éjection d'un gaz de projection gazeux, et une couronne extérieure d'orifices 6 d'éjection d'un mélange gazeux oxycombustible.
  • Comme on le voit mieux sur la figure 2, de part et d'autre du pistolet 2 sont montés des supports latéraux 7 comportant des bagues 8 de positionnement et de retenue de deux tubes profilés 9 émanant d'une tubulure amont 10 reliée à une source 11 de gaz sous pression. Les bras formés par les tubulures 9 s'écartent à l'opposé de la tubulure 10 et se terminent par des busettes 12 profilées pour se terminer par un orifice d'éjection 13 de forme rectangulaire, typiquement en forme de fente. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, les deux busettes 12 sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian passant par l'axe de symétrie de la buse 1, en regard l'une de l'autre. Le rapport de la hauteur h à l'épaisseur e de l'orifice d'éjection 13 est supérieur à 10, typiquement compris entre 20 et 25, la hauteur h correspondant sensiblement au diamètre de la couronne extérieure d'orifices de chauffe 6.
  • Les busettes 12 sont inclinées par rapport à un plan parallèle à la face d'extrémité 3 de la buse d'un angle α compris entre -20° et +40°, en fonction du type de poudre projetée. Par exemple, pour une poudre polyester, l'angle α est de +15° comme représenté sur la figure 2. La distance d entre le plan des orifices 13 et la face d'extrémité 3 est également variable en fonction du type de poudre projetée et est comprise typiquement entre environ 15 et environ 60 mm, l'écartement E entre les orifices 13 des busettes étant supérieur au diamètre de la couronne d'orifices 6 d'une valeur déterminée comprise entre 50 et 70 mm selon les diamètres.
  • Pour la projection de particules de matériau plastique thermodurcissable, ces dernières sont éjectées, par l'orifice 4, dans un flux de gaz vecteur constitué typiquement d'azote, le gaz de protection inerte étant également avantageusement de l'azote, le mélange oxycombustible éjecté par les orifices 6 étant constitué, dans le pistolet 1, à partir d'un flux d'oxygène et d'un flux d'un gaz combustible, par exemple le mélange d'hydrocarbures gazeux commercialisé sous l'appellation "TETRENE"® par la Demanderesse. Les pressions et débits d'azote et des composés du mélange oxycombustible ainsi que la puissance et la température des flammes résultantes sont déterminés en fonction de la nature du ou des matériau(x) plastique(s) thermodurcissable(s) projeté(s), qui sont généralement choisis dans le groupe comprenant les résines époxydes, les polyesters insaturés, les copolymères époxyde-polyester et/ou leurs mélanges avec d'autres matériaux plastiques.
  • Comme on le voit sur la figure 2, le flux de particules et de gaz vecteur 15 éjecté par l'orifice 4 est séparé de la couronne de flammes de chauffe formées à la sortie des orifices 6 par une gaine 17 du gaz de protection. Selon l'invention, en éjectant un flux de gaz de pincement à profil plat ou en rideau 18 par les busettes 12, le gaz de pincement éjecté provoque effectivement un "pincement" du panache de projection, et plus particulièrement de la flamme extérieure de projection s'accompagnant d'une dilution et d'un refroidissement de cette dernière n'affectant sensiblement pas le flux central de particules chauffées sur le trajet d. Comme susmentionné, l'éjection de flux de gaz de pincement latéraux permet d'obtenir des débits importants de projection de poudres thermodurcissables, pouvant atteindre 7 kg/heure, sans que la poudre ne s'enflamme en sortie de la buse. Par ailleurs, le profil d'écoulement plat des flux de pincement permet d'augmenter la largeur de balayage en projection et de couvrir ainsi avec la poudre une surface plus importante, tout en évitant les contacts directs entre les flammes de chauffe 16 et le dépôt de matériau plastique sur le substrat.
  • Selon la nature des matériaux thermodurcissables projetés, et notamment leur sensibilité à l'oxydation, le gaz de pincement fourni avec une surpression comprise entre 0,5 et 2 x 10⁵ Pa et à un débit variable entre 4 et 15 m³/heure, typiquement entre 5 et 10 m³/heure, est de l'air, de l'azote industriel sensiblement pur, ou avantageusement de l'azote relativement auquel cas la source 11 est avantageusement constituée d'une unité de séparation de l'air à membrane. A titre d'exemple, pour la projection d'une poudre polyester avec une buse d'injection 1 avec un diamètre de couronne de chauffe 6 de 40 mm, les positionnements des busettes 12 sont les suivants: E = 100 mm, d = 40 mm, α + 15°, et de l'air sous une pression de 2 x 10⁵ Pa est fourni à la tubulure 10 à un débit de 7,5 m³/heure.
  • Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims (10)

  1. Dispositif de projection thermique de matériau plastique, comprenant une buse de projection (1) ayant une extrémité (3) comportant un orifice central (4) d'éjection du matériau plastique et d'un gaz vecteur, une couronne intermédiaire d'orifices (5) d'éjection d'un gaz de protection, et une couronne extérieure d'orifices (6) d'éjection d'un mélange gazeux oxycombustible, caractérisé en ce qu'il comporte, en avant de l'extrémité de la buse (1), au moins une paire, en regard l'une de l'autre, de busettes (12) d'éjection d'un gaz de pincement (18) dans la direction vers les flux gazeux (15-17) éjectés par la buse de projection (1).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse de projection (1) a un axe de symétrie et en ce que les busettes (12) sont disposées symétriquement par rapport à l'axe.
  3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque busette (12) a un orifice d'éjection (13) rectangulaire.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de la hauteur (h) à l'épaisseur (e) de l'orifice d'éjection (13) est supérieur à 10.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8) de positionnement réglables des busettes (12) par rapport à l'extrémité (3) de la buse de projection (1).
  6. Procédé de dépôt d'un matériau polymère thermodurcissable sur un substrat, caractérisé en ce qu'il est effectué par projection thermique dudit matériau avec un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz de pincement est un gaz contenant au moins 21 % d'azote.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz vecteur et le gaz de protection sont de l'azote.
  9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le débit de projection du matériau polymère thermodurcissable est supérieur à 0,7 kg/heure.
  10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le gaz de pincement est fourni à une surpression comprise entre 0,5 et 2 x 10⁵ Pa et à un débit variant entre 4 et 15 m³/heure.
EP94401059A 1993-05-11 1994-05-11 Dispositif et procédé de projection thermique de materiau polymère thermodurcissable Ceased EP0627267A1 (fr)

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