EP0956909B1 - Procédé et dispositif pour l'application électrostatique en continu d'une substance en poudre sur un substrat - Google Patents

Procédé et dispositif pour l'application électrostatique en continu d'une substance en poudre sur un substrat Download PDF

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EP0956909B1
EP0956909B1 EP98870128A EP98870128A EP0956909B1 EP 0956909 B1 EP0956909 B1 EP 0956909B1 EP 98870128 A EP98870128 A EP 98870128A EP 98870128 A EP98870128 A EP 98870128A EP 0956909 B1 EP0956909 B1 EP 0956909B1
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EP
European Patent Office
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substrate
enclosure
powder
electric field
deposition
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98870128A
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German (de)
English (en)
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EP0956909A1 (fr
Inventor
Jean Schrijnemackers
Pierre Vanden Brande
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ArcelorMittal Liege Upstream SA
Original Assignee
Cockerill Sambre SA
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/057—Arrangements for discharging liquids or other fluent material without using a gun or nozzle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/14—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects specially adapted for coating continuously moving elongated bodies, e.g. wires, strips, pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/007—Processes for applying liquids or other fluent materials using an electrostatic field
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/30—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by gravity only, i.e. flow coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/16—Arrangements for supplying liquids or other fluent material
    • B05B5/1683—Arrangements for supplying liquids or other fluent material specially adapted for particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/04—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to opposite sides of the work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
    • B05D2401/30—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like the coating being applied in other forms than involving eliminable solvent, diluent or dispersant
    • B05D2401/32—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like the coating being applied in other forms than involving eliminable solvent, diluent or dispersant applied as powders

Definitions

  • the present invention relates to a method for the continuous application of a powdered substance, in particular of powder paint, on an elongated substrate, presenting preferably in the form of a continuous band, running substantially vertically in the direction of its length through an enclosure deposit into which the above powder is introduced in a manner substantially continuous and in which an electric field is created allowing this powder to be applied to at least one of the two faces of the substrate.
  • One of the essential aims of the present invention is to offer an extremely simple and reliable process to very large yield allowing to obtain a highly uniform powder deposit both over the entire width of the substrate to be coated and over its length, and this at very small thicknesses, of the order of 10 microns, up to relatively large thicknesses, of the order of 250 microns, without need to take special precautions.
  • the invention also relates to a device for application of the above process.
  • a device is provided as indicated to claim 12.
  • Other embodiments of a device according to the invention are indicated in claims 13 to 20.
  • This device is essentially characterized by the fact that the deposit enclosure has, at its upper part, an opening feed for the powder so that it can fall out freely as a relatively homogeneous and uniform current powdery particles along the substrate surface (s) running in the depository parallel to the downdraft of this powder.
  • the walls of the enclosure are made made of an electrical insulating material or are covered internally of such material.
  • the enclosure comprises, along its walls facing the plane according to which the substrate can pass through the enclosure, at least one electrode, but preferably a succession of electrodes made up by a series of conducting wires extending at a certain distance one on the other along the above-mentioned plane, these wires being separated from these walls allowing the passage for powder that can be poured from a continuously and at a controllable flow rate across the top of the enclosure.
  • the method according to the invention is on the continuous electrostatic application of a substance in powder on an elongated substrate, consisting for example of a continuous strip, such as a steel sheet in the form of a continuous rollable tape.
  • the powdered substance can be very varied in nature, allowing for example to form on a substrate a layer of protection or an electrically insulating layer on a substrate conductive or a decorative layer in case the powder contains pigments or dyes.
  • this substrate is scrolled vertically following the direction of its length through a deposit enclosure in which the above-mentioned powder is introduced continuously, according to a uniform current, and at an adjustable rate while creating a field electric allowing to apply this powder on one or on two sides of the substrate.
  • This process is characterized in relation to the processes known by the fact that the powder is fed to the upper part of the depository by means of a device or installation suitable, in such a way as to allow this powder to move essentially by simple gravity along the surface (s) of the substrate to which it is to be fixed.
  • Figure 1 relates to a first embodiment of a particular device for implementing this method.
  • This is in particular a device for the application electrostatic continuous powder paint 5 on one side of a continuous strip of a substrate 1 which runs vertically, from bottom to top or top to bottom, in a storage enclosure 2.
  • enclosure 2 It is an enclosure 2 whose walls 3 are made of an electrical insulating material, preferably a plastic material transparent, like Plexiglas or polycarbonate. In some case, the interior faces of these walls can simply be covered by electrical insulating material.
  • This enclosure is formed by a standing box having at its upper end an opening 4 for feeding the powder 5 in the deposition chamber 2 and for the passage of the substrate 1 moving vertically over the entire height of the latter. So, a slot or opening 6 for the passage of the substrate 1 is provided in the bottom 7 of enclosure 2.
  • this bottom 7 has a hopper 8 making it possible to harvest the excess powder which may not have been deposited on the substrate, which can then be evacuated through an orifice 8 '.
  • This 8 'orifice can be connected to an installation of recycling, not shown, in which the collected powder is sucked so that it can be reused.
  • the electric field is created in the deposit enclosure 2 at means of electrodes 9 which can be brought to a high DC voltage, preferably negative, with respect to substrate 1, the latter being preferably grounded.
  • these electrodes 9 consist of a series of conductive wires extending a certain distance above each other opposite the face of the substrate 1, on which the powder 5 must be fixed, transversely to the direction of travel of the latter, parallel to each other and fixed by their ends to the side walls extending in planes perpendicular to the plane in which the substrate 1 moves.
  • these conductive wires are located at a certain distance from the wall 3 of the box 2 opposite to the face of the substrate 1 to cover with powder 5. They can, for example be made of copper, in tungsten or steel.
  • this powder 5 is moves in the deposit enclosure 2 up and down only under the effect of gravity.
  • the conductive wires, forming the electrodes are arranged in such a way that, when the powder 5 falls, it basically goes in the area of enclosure 2 between these wires and the substrate 1 and is negatively electrostatically charged by corona effect to then be attracted to substrate 1 thanks to the field intense electric prevailing in the powder passage zone between the substrate and the wires.
  • Working parameters and conditions can be set in such a way that the powder 5 arises with a very high application yield on substrate 1, generally greater than 95%.
  • the conducting wires are brought to a high voltage continuous negative and that the substrate is grounded reduces maximum risk of breakdown and powder deposition on the wires.
  • the value of the high voltage should be the most high possible so as to form a crown discharge around the wires, but in practice this value is limited by the breakdown limit which could ignite the powder. Furthermore, too low a voltage does not not achieve the desired crown discharge around the wires and negatively influences the efficiency of the deposit on the substrate.
  • an ideal and safe value of the electric field is located around 3500 volts per cm.
  • Lead wires should be located at a certain distance from the substrate which must at least be such as to avoid the physical contact between the wires and the substrate. This distance cannot be too large for economic and technical reasons, in particular to avoid having to use too high voltages.
  • a possible value of wire-substrate distance is approximately 5 to 12 cm. A preference is given for a distance of the order of 7 cm with a voltage of the order of 25 kV.
  • the number of conducting wires depends on the flow of the powder 5 which enters the deposit vessel 2 and which must be deposited on the substrate 1.
  • An ideal value for obtaining a deposit yield greater than 95%, the other conditions being optimal, is of the order of 700 to 900 g of powder per minute, per meter of width of the substrate and by common thread.
  • the distance between the wires can also have an effect on the yield of the deposit formed by the powder 5 on the substrate 1.
  • this distance will be as large as possible. According to the invention, it has been found that a distance giving excellent results is around 20 cm between two consecutive wires.
  • the conductive wires are not applied against the wall 3 of the enclosure 2 opposite and parallel to the substrate 1. It has indeed been found that, in this case, the deposition efficiency is relatively reduced. Ideally, the wires 9 must be at least 5 to 10 cm away from this wall 3.
  • the diameter of the wires is also a parameter important, since the crown effect is all the more intense as the wire diameter is small due to the tip effect. It was found that excellent results have been obtained with wires of a diameter about 100 to 250 microns.
  • Figure 2 relates to a second embodiment of a device according to the invention.
  • This device is distinguished from that shown in the Figure 1 by the fact that it is provided for the simultaneous fixing of powder 5 on both sides of a substrate 1.
  • the enclosure deposit 2 extends symmetrically on either side of the plane in which must pass the substrate 1 on which the powder 5 must be fixed.
  • the powder is fed on either side of this plane and the wires conductors are also provided on each side of this plane.
  • the apparatus 10 used to introduce the powder by gravity in the upper part of the enclosure can be very varied in nature. What matters above all is that it makes it possible to obtain a distribution uniform and controllable flow rate of the powder 5 introduced by gravity by the feed opening 4 in the deposit enclosure 2.
  • this device 10 should preferably make it possible to adapt the width of feeding the powder as a function of the width of the substrate to be coated.
  • it must make it possible to deliver a relatively large quantity powder in a continuous, regular and homogeneous way across the width desired.
  • the powder flow can vary from 0 g to a value of the order 10,000 g per minute and per meter of width of the substrate.
  • this device 10 allows to regulate the powder flow linearly.
  • a supply apparatus 10 meeting these requirements has was shown schematically in Figure 3. It is a kind of sprinkler that is mounted directly above the opening supply 4 of the storage enclosure 2.
  • This device includes a mounted feed hopper 11 above a cylinder 12 which can rotate, at an adjustable speed, around a horizontal axis 13 in the direction of arrow 14.
  • the surface of the cylinder 12 is coated with metal studs 15, so as to allow, during the rotation of the cylinder 12 about its axis 13, to cause, by the lower opening 16 of the hopper 11, a metered quantity of powder, contained in the hopper, on the cylindrical surface of cylinder 12 in the direction of the arrow 14.
  • a rotary brush 17 which can rotate at a speed adjustable around a horizontal axis 18 in the direction of arrow 19 is applied against this cylindrical surface, on the side of the hopper 11 where the powder 5 is removed from the latter by the pins 15 on this cylindrical surface and is applied against said surface to allow detach the powder, break up any agglomerates and spray the powder down.
  • the axis of rotation 18 of this brush 17 is preferably located substantially at the same level as the axis 13 of the cylinder 12 and its rotation speed is generally continuously adjustable between 0 and 4500 rpm.
  • this brush 17 includes pins relatively rigid metals, for example steel, of a length between 1 and 2 cm, and the distance from the axis 13 of cylinder 12 is such that the end of the pins 20 is just in contact with the surface of it, as these pass into the plane defined by the axes of rotation 13 and 18.
  • the width of the powder feed on the surface of the cylinder 12 can be adjusted by positioning two cheeks, not shown, located in the hopper 11 and parallel to the walls transverse of the latter. Thus, a width of more than 2 m is easily conceivable.
  • the powder flow is linearly adjustable by playing only on the speed of rotation of the cylinder 12 around its axis 13.
  • the latter can optionally be heated so as to subject this powder to at least partial melting to form a coating substantially uniform and durable on this substrate.
  • This heating can be provided directly at the place where the substrate leaves the deposit enclosure.
  • the substrate has a face to be coated made of an electrically conductive material, such as a sheet metal steel, it can advantageously be subjected to firing by induction after fixing the powder on the substrate.
  • This subsequent heating is advantageously carried out as the substrate moves vertically, in the same way so that when applying the powder and this in order to reduce the surface on the ground, to precisely position the substrate 1 between the turns of the inductor, not shown in the figures, and avoid the need use intermediate support cylinders.
  • the object of the invention is further illustrated by a few concrete examples of applying a powder paint on a substrate formed by a steel strip in a device of the type such as shown in the accompanying figures.
  • the invention is not limited to the use of a specific powder supply system.
  • this powder can move substantially by gravity through the depository, and this in a continuous and homogeneous manner at a relatively high throughput.
  • the method according to the invention is not only applicable on a metallic substrate, such as steel, coated steel or aluminum for example, but also on a substrate made electrically conductive, such as paper, cardboard, plastic, textiles, etc., for example covered with a film driver.

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

La présente invention est relative à un procédé pour l'application en continu d'une substance en poudre, notamment de peinture en poudre, sur un substrat de forme allongée, se présentant de préférence sous forme d'une bande continue, défilant sensiblement verticalement suivant la direction de sa longueur à travers une enceinte de dépôt dans laquelle est introduite la poudre susdite d'une manière sensiblement continue et dans laquelle est créé un champ électrique permettant d'appliquer cette poudre sur au moins une des deux faces du substrat.
Il est actuellement très courant d'appliquer de la peinture sur des bandes métalliques, principalement des bandes d'acier et d'aluminium, défilant en continu. Lorsque cette peinture est liquide, l'application s'effectue à l'aide de machines équipées de rouleaux.
Toutefois, pour diverses raisons d'ordre écologiques, économiques ou qualitatives, on souhaite de plus en plus à remplacer les peintures liquides par des peintures à 100% d'extrait sec, c'est-à-dire sans solvant. Les peintures en poudre et les peintures à réticulation sous radiations UV ou sous faisceaux d'électrons sont les principaux représentants de telles peintures.
Généralement, la ligne connue pour peintures en poudre utilise des projecteurs électrostatiques fonctionnant selon le principe corona ou tribo.
Les inconvénients liés à l'utilisation de tels projecteurs sont tout d'abord dus à leur faible débit, de l'ordre de 100 à 500 g/min, ce qui nécessite l'utilisation simultanée d'un grand nombre de tels projecteurs pour obtenir un rendement économiquement justifié. Toutefois, les vitesses des lignes utilisant ce procédé ne dépassent cependant généralement pas 30 m/min. De plus, l'utilisation de ces projecteurs pose souvent des problèmes d'homogénéité de répartition de la poudre sur la surface à peindre.
Les documents US 4.795.339 et US 5.279.863 décrivent des appareils pour former un revêtement sur un substrat conducteur et des procédés électrostatiques à partir d'une substance poudreuse.
Ces procédés et appareils connus présentent le grand inconvénient que l'alimentation de l'enceinte de dépôt par des substances en poudre est très compliquée à réguler et à mettre au point nécessitant entre autres l'utilisation d'une surpression à l'entrée et d'une dépression à la sortie de l'enceinte de dépôt, outre des installations de pompage coûteuses. Ceci peut entraíner la formation de couches de revêtement très hétérogènes donnant des produits de qualité médiocre qui ne conviennent pas pour la plupart des applications.
Un des buts essentiels de la présente invention est de proposer un procédé extrêmement simple et fiable à très grand rendement permettant d'obtenir un dépôt de poudre hautement uniforme aussi bien sur toute la largeur du substrat à revêtir que sur sa longueur, et ceci à de très faibles épaisseurs, de l'ordre de 10 microns, jusqu'à des épaisseurs relativement importantes, de l'ordre de 250 microns, sans nécessiter de prendre des précautions particulières.
A cet effet, suivant l'invention, on prévoit un procédé tel qu'indiqué dans la revendication 1. D'autres modes de réalisation du procédé sont indiqués dans les revendications 2 à 11.
L'invention se rapporte également à un dispositif pour l'application du procédé susdit.
Suivant l'invention, on prévoit un dispositif tel qu'indiqué à la revendication 12. D'autres formes de réalisation d'un dispositif suivant l'invention sont indiquées aux revendications 13 à 20.
Ce dispositif est essentiellement caractérisé par le fait que l'enceinte de dépôt présente, à sa partie supérieure, une ouverture d'alimentation pour la poudre afin que cette dernière puisse ainsi tomber librement sous forme d'un courant relativement homogène et uniforme de particules poudreuses le long de la ou des surfaces du substrat défilant dans l'enceinte de dépôt parallèlement au courant descendant de cette poudre.
Avantageusement, les parois de l'enceinte sont réalisées en un matériau isolant électrique ou sont recouvertes intérieurement d'un tel matériau.
Suivant une forme de réalisation préférentielle de l'invention, l'enceinte comprend, le long de ses parois en regard du plan suivant lequel le substrat peut défiler à travers l'enceinte, au moins une électrode, mais de préférence une succession d'électrodes constituées par une série de fils conducteurs s'étendant à une certaine distance l'un de l'autre le long du plan susdit, ces fils étant écartés de ces parois en permettant le passage pour la poudre pouvant être déversée d'une manière continue et à un débit contrôlable dans la partie supérieure de l'enceinte.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, de quelques formes de réalisation particulières de l'invention avec référence aux dessins annexés.
  • La figure 1 est une représentation schématique en élévation et en coupe verticale d'une première forme de réalisation du dispositif suivant l'invention.
  • La figure 2 est une vue schématique analogue à celle de la figure 1 d'une deuxième forme de réalisation de l'invention.
  • La figure 3 est, à plus grande échelle, une vue schématique en élévation de l'appareil d'alimentation de poudre utilisé dans les deux formes de réalisation montrées aux figures 1 et 2.
    • Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence se rapportent aux mêmes éléments.
    D'une façon générale, le procédé suivant l'invention est relatif à l'application électrostatique en continu d'une substance en poudre sur un substrat de forme allongée, constitué par exemple d'une bande continue, telle qu'une tôle d'acier se présentant sous forme d'une bande continue enroulable.
    La substance en poudre peut être de nature très variée, permettant par exemple de former sur un substrat une couche de protection ou une couche électriquement isolante sur un substrat conducteur ou encore une couche décorative dans le cas où la poudre contient des pigments ou des colorants.
    Suivant ce procédé, on fait défiler ce substrat verticalement suivant la direction de sa longueur à travers une enceinte de dépôt dans laquelle est introduite la poudre susdite d'une manière continue, suivant un courant uniforme, et à un débit réglable pendant qu'on crée un champ électrique permettant ainsi d'appliquer cette poudre sur une ou sur les deux faces du substrat.
    Ce procédé se caractérise par rapport aux procédés connus par le fait que l'on alimente la poudre à la partie supérieure de l'enceinte de dépôt au moyen d'un appareil ou d'une installation appropriée, d'une manière telle à permettre à cette poudre de se déplacer essentiellement par simple gravité le long de la ou des surfaces du substrat sur laquelle ou lesquelles celle-ci doit être fixée.
    La figure 1 est relative à une première forme de réalisation d'un dispositif particulier pour la mise en oeuvre de ce procédé.
    Il s'agit notamment d'un dispositif pour l'application électrostatique en continu de peinture en poudre 5 sur une des faces d'une bande continue d'un substrat 1 qui défile verticalement, de bas en haut ou de haut en bas, dans une enceinte de dépôt 2.
    Il s'agit d'une enceinte 2 dont les parois 3 sont réalisées en un matériau isolant électrique, de préférence une matière plastique transparente, comme le Plexiglas ou le polycarbonate. Dans certains cas, les faces intérieures de ces parois peuvent simplement être couvertes par un matériau isolant électrique.
    Cette enceinte est formée d'un caisson debout présentant à son extrémité supérieure une ouverture 4 pour l'alimentation de la poudre 5 dans la chambre de dépôt 2 et pour le passage du substrat 1 se déplaçant verticalement sur toute la hauteur de cette dernière. Ainsi, une fente ou ouverture 6 pour le passage du substrat 1 est prévue dans le fond 7 de l'enceinte 2.
    Par ailleurs, ce fond 7 présente une trémie 8 permettant de récolter l'excès de poudre éventuellement non déposée sur le substrat, qui peut alors être évacuée par un orifice 8'.
    Cet orifice 8' peut être connecté à une installation de recyclage, non représentée, dans laquelle la poudre récoltée est aspirée pour pouvoir être réutilisée.
    Le champ électrique est créé dans l'enceinte de dépôt 2 au moyen d'électrodes 9 pouvant être portées à une haute tension continue, de préférence négative, par rapport au substrat 1, ce dernier étant de préférence mis à la terre.
    Dans la forme de réalisation particulière représentée à la figure 1, ces électrodes 9 sont constituées d'une série de fils conducteurs s'étendant à une certaine distance l'un au-dessus de l'autre en regard de la face du substrat 1, sur laquelle la poudre 5 doit être fixée, transversalement par rapport à la direction de défilement de ce dernier, parallèlement entre eux et fixés par leurs extrémités aux parois latérales s'étendant dans des plans perpendiculaires au plan dans lequel le substrat 1 se déplace.
    De plus, ces fils conducteurs se situent à une certaine distance de la paroi 3 du caisson 2 opposée à la face du substrat 1 à couvrir par la poudre 5. Ils peuvent, par exemple être réalisés en cuivre, en tungstène ou en acier.
    Comme déjà mentionné ci-dessus, cette poudre 5 se déplace dans l'enceinte de dépôt 2 de haut en bas uniquement sous l'effet de la gravité. Les fils conducteurs, formant les électrodes, sont disposés d'une manière telle que, lors de la chute de la poudre 5, celle-ci passe essentiellement dans la zone de l'enceinte 2 entre ces fils et le substrat 1 et se charge électrostatiquement de manière négative par effet corona pour ensuite être attirée vers le substrat 1 grâce au champ électrique intense régnant dans la zone de passage de la poudre entre le substrat et les fils. Les paramètres et les conditions de travail peuvent être réglés d'une manière telle que la poudre 5 se pose avec un rendement d'application très élevé sur le substrat 1, généralement supérieur à 95 %.
    Le fait que, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les fils conducteurs sont portés à une haute tension continue négative et que le substrat est relié à la terre permet de réduire au maximum le risque de claquage et le dépôt de poudre sur les fils.
    Idéalement, la valeur de la haute tension doit être la plus élevée possible de manière à former une décharge couronne autour des fils, mais, en pratique, cette valeur est limitée par la limite de claquage qui risque d'enflammer la poudre. Par ailleurs, une tension trop basse ne permet pas d'obtenir la décharge couronne souhaitée autour des fils et influence négativement l'efficacité du dépôt sur le substrat. Suivant l'invention, une valeur idéale et sûre du champ électrique se situe aux environs de 3500 volts par cm.
    Il a été constaté que la limite de claquage change dans de l'air lorsque celui-ci contient de la poudre. Ainsi, la poudre, à la concentration utilisée, réduit environ de moitié la tension de claquage, qui est de l'ordre de 10 kV par cm dans l'air sec. Par contre, aucune influence notable du taux d'humidité de l'air dans l'enceinte sur l'efficacité du dépôt n'a été constatée. Suivant l'invention, il est toutefois recommandé de travailler dans une atmosphère contrôlée d'air sec et frais à une température de tout au plus 20°C, afin d'éviter, d'une part, l'agglomération de la poudre et, d'autre part, toute préréaction chimique anticipée.
    Les fils conducteurs doivent être situés à une certaine distance du substrat qui doit au moins être telle qu'elle permet d'éviter le contact physique entre les fils et le substrat. Cette distance ne peut pas être trop grande pour des raisons économiques et techniques, notamment pour éviter de devoir utiliser de trop hautes tensions. Une valeur possible de distance fil-substrat est environ de 5 à 12 cm. Une préférence est donnée pour une distance de l'ordre de 7 cm avec une tension de l'ordre de 25 kV.
    Le nombre de fils conducteurs est fonction du débit de la poudre 5 qui entre dans l'enceinte de dépôt 2 et qui doit être déposée sur le substrat 1. Une valeur idéale pour obtenir un rendement de dépôt supérieur à 95 %, les autres conditions étant optimales, est de l'ordre de 700 à 900 g de poudre par minute, par mètre de largeur du substrat et par fil conducteur.
    La distance entre les fils peut également avoir un effet sur le rendement du dépôt formé par la poudre 5 sur le substrat 1. En effet, plus les fils sont proches l'un de l'autre, moins ils se comportent de manière indépendante et moins le courant électrique total qui passe entre les fils et le substrat 1, formé par exemple par une bande continue, est élevé. Idéalement, cette distance sera aussi grande que possible. Suivant l'invention, il a été constaté qu'une distance donnant d'excellents résultats est de l'ordre de 20 cm entre deux fils consécutifs.
    Comme déjà mentionné ci-dessus, il est préférable que les fils conducteurs ne soient pas appliqués contre la paroi 3 de l'enceinte 2 opposée et parallèle au substrat 1. Il a, en effet, été constaté que, dans ce cas, l'efficacité de dépôt est relativement réduite. Idéalement, les fils 9 doivent être éloignés d'au moins 5 à 10 cm de cette paroi 3.
    Le diamètre des fils est également un paramètre important, puisque l'effet couronne est d'autant plus intense que le diamètre des fils est faible, par suite de l'effet de pointe. Il a été constaté que d'excellents résultats ont été obtenus avec des fils d'un diamètre d'environ 100 à 250 microns.
    Le figure 2 concerne une deuxième forme de réalisation d'un dispositif suivant l'invention.
    Ce dispositif se distingue par rapport à celui montré à la figure 1 par le fait qu'il est prévu pour la fixation simultanée de poudre 5 sur les deux faces d'un substrat 1.
    Ainsi, dans cette deuxième forme de réalisation, l'enceinte de dépôt 2 s'étend symétriquement de part et d'autre du plan dans lequel doit défiler le substrat 1 sur lequel la poudre 5 doit être fixée. L'alimentation de la poudre a lieu de part et d'autre de ce plan et des fils conducteurs sont également prévus de chaque côté de ce plan.
    Toutefois, dans certains cas où le dépôt à former sur une des faces doit être différent de celui de l'autre face, il est possible d'adapter les paramètres et les conditions de travail d'un côté de ce plan entièrement indépendants des paramètres et des conditions de travail de l'autre côté de ce plan. Ceci peut, par exemple, être le cas pour l'emplacement et le nombre des fils conducteurs et la tension appliquée.
    L'appareil 10 utilisé pour introduire la poudre par gravité dans la partie supérieure de l'enceinte peut être de nature très variée. Ce qui importe surtout est qu'il permette d'obtenir une répartition uniforme et contrôlable du débit de la poudre 5 introduite par gravité par l'ouverture d'alimentation 4 dans l'enceinte de dépôt 2. De plus, cet appareil 10 doit de préférence permettre d'adapter la largeur de l'alimentation de la poudre en fonction de la largeur du substrat à revêtir. De plus, il doit permettre de délivrer une quantité relativement importante de poudre d'une manière continue, régulière et homogène sur la largeur désirée. Le débit de la poudre peut varier de 0 g à une valeur de l'ordre de 10.000 g par minute et par mètre de largeur du substrat.
    Il peut également être important que cet appareil 10 permette de régler le débit de la poudre linéairement.
    Un appareil d'alimentation 10 répondant à ces exigences a été représenté schématiquement par la figure 3. Il s'agit d'une sorte de saupoudreuse qui est montée directement au-dessus de l'ouverture d'alimentation 4 de l'enceinte de dépôt 2.
    Cet appareil comprend une trémie d'alimentation 11 montée au-dessus d'un cylindre 12 pouvant tourner, à une vitesse réglable, autour d'un axe horizontal 13 dans la sens de la flèche 14. La surface du cylindre 12 est revêtue de picots métalliques 15, de manière à permettre, lors de la rotation du cylindre 12 autour de son axe 13, d'entraíner, par l'ouverture inférieure 16 de la trémie 11, une quantité dosée de poudre, contenue dans la trémie, sur la surface cylindrique du cylindre 12 dans le sens de la flèche 14.
    Une brosse rotative 17 pouvant tourner à une vitesse réglable autour d'un axe horizontal 18 dans le sens de la flèche 19 est appliquée contre cette surface cylindrique, du côté de la trémie 11 où la poudre 5 est enlevée de cette dernière par les picots 15 sur cette surface cylindrique et est appliquée contre ladite surface pour permettre d'en détacher la poudre, de briser d'éventuels agglomérats et de projeter la poudre vers le bas.
    L'axe de rotation 18 de cette brosse 17 est de préférence situé sensiblement au même niveau que l'axe 13 du cylindre 12 et sa vitesse de rotation est généralement réglable de manière continue entre 0 et 4500 tours/minute. De plus, cette brosse 17 comprend des picots métalliques 20 relativement rigides, par exemple en acier, d'une longueur comprise entre 1 et 2 cm, et la distance par rapport à l'axe 13 du cylindre 12 est telle que l'extrémité des picots 20 est juste en contact avec la surface de celui-ci, au moment où ces derniers passent dans le plan défini par les axes de rotation 13 et 18.
    La largeur d'alimentation de la poudre sur la surface du cylindre 12 peut être réglée par le positionnement de deux joues, non représentées, situées dans la trémie 11 et parallèles aux parois transversales de cette dernière. Ainsi, une largeur de plus de 2 m est facilement envisageable.
    Le débit de la poudre est réglable linéairement en jouant uniquement sur la vitesse de rotation du cylindre 12 autour de son axe 13.
    L'avantage de cet appareil d'alimentation 10 est triple :
  • 1) il permet de délivrer une quantité importante de poudre de manière continue, régulière et homogène à travers l'ouverture d'alimentation 4 et ceci sur toute la largeur du substrat 1 défilant dans l'enceinte de dépôt 2;
  • 2) la quantité de poudre délivrée est proportionnelle à la vitesse de rotation du cylindre 12 qui peut être asservie à la vitesse de ligne de l'installation entière ;
  • 3) le principe de fonctionnement de cet appareil 10 est extrêmement simple et ne nécessite qu'un paramètre de réglage, à savoir la vitesse de rotation du cylindre 13.
    • Après la fixation de la poudre 5 sur le substrat 1, celui-ci peut éventuellement être chauffé de manière à soumettre cette poudre à une fusion au moins partielle permettant de former un revêtement sensiblement uniforme et durable sur ce substrat. Ce chauffage peut être prévu directement à l'endroit où le substrat sort de l'enceinte de dépôt.
    Dans le cas où le substrat présente une face à revêtir constituée d'une matière conductrice de l'électricité, telle qu'une tôle d'acier, celle-ci peut avantageusement être soumise à une cuisson par induction après la fixation de la poudre sur le substrat.
    Ce chauffage subséquent est avantageusement réalisé pendant que le substrat se déplace verticalement, de la même façon donc que lors de l'application de la poudre et ceci afin de réduire la surface au sol, de positionner précisément le substrat 1 entre les spires de l'inducteur, non représenté aux figures, et d'éviter la nécessité d'utiliser des cylindres supports intermédiaires.
    De tels moyens de chauffage n'ont pas été représentés aux figures, étant donné qu'il s'agit d'une technique connue en soi.
    L'objet de l'invention est illustré davantage par quelques exemples concrets d'application d'une peinture en poudre sur un substrat formé par une bande d'acier dans un dispositif du type tel que montré aux figures annexées.
    Exemples Exemple 1
    • application verticale sur une face ; la bande défile de bas en haut.
    • poudre : polyester-TGIC de répartition granulométrique comprise entre 1 et 150 µ avec un maximum de la courbe à 50 µ.
    • vitesse de ligne : 30 m/min.
    • débit de poudre : 5280 g/min * m de large
    • 6 fils de cuivre de 100 µm de diamètre espacés de 20 cm et placés à 7 cm de la tôle
    • tension appliquée = 25 kV
    • épaisseur moyenne mesurée après cuisson : 80 µ (avec un Δ de 5 % maximum sur la largeur)
    Exemple 2
    • application verticale sur une face ; la bande défile de bas en haut
    • poudre : polyester-TGIC de répartition granulométrique comprise entre 1 et 150 µ avec un maximum de la courbe à 50 µ
    • vitesse de ligne : 50 m/min
    • débit de poudre : 8800 g/min * m de large
    • 12 fils de cuivre de 100 µm de diamètre espacés de 20 cm et placés à 7 cm de la tôle
    • tension appliquée = 25 kV
    • épaisseur moyenne mesurée après cuisson : 78 µ (avec un Δ de 5 % maximum sur la largeur)
    Exemple 3
    • application verticale sur une face ; la bande défile de bas en haut
    • poudre : polyester-TGIC de répartition granulométrique comprise entre 1 et 150 µ avec un maximum de la courbe à 50 µ
    • vitesse de ligne: 70 m/min
    • débit de poudre : 8800 g/min * m de large
    • 12 fils de cuivre de 100 µm de diamètre espacés de 20 cm et placés à 7 cm de la tôle
    • tension appliquée = 25 kV
    • épaisseur mesurée après cuisson : 58 µ (avec un Δ de 5 % maximum sur la largeur)
    Exemple 4
    • application verticale sur une face ; la bande défile de bas en haut
    • poudre : polyester-TGIC de répartition granulométrique comprise entre 1 et 150 µ avec un maximum de la courbe à 50 µ
    • vitesse de ligne : 30 m/min
    • débit de poudre : 5280 g/min * m de large
    • 6 fils de cuivre de 1 mm de diamètre espacés de 5 cm et placés à 7 cm de la tôle
    • tension appliquée = 22 kV
    • épaisseur mesurée après cuisson : 45 µ (avec un Δ de 5 % maximum sur la largeur).
    Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus, mais que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.
    Ainsi, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un système déterminé d'alimentation de la poudre. La seule exigence est que cette poudre puisse se déplacer sensiblement par gravité à travers l'enceinte de dépôt, et ceci d'une manière continue et homogène à un débit relativement important.
    Il n'est toutefois pas exclu qu'une légère aspiration pourrait être réalisée par le fond de l'enceinte pour contrôler quelque peu le mouvement de descente de cette poudre. Ceci pourrait par exemple être le cas pour des poudres très légères, mais il y a toutefois lieu de noter que la gravité constituera toujours le paramètre essentiel pour le déplacement de la poudre.
    Par ailleurs, le procédé suivant l'invention est non seulement applicable sur un substrat métallique, tel que de l'acier, de l'acier revêtu ou de l'aluminium par exemple, mais également sur un substrat rendu conducteur d'électricité, tel que du papier, du carton, de la matière plastique, du textile, etc., recouvert par exemple d'un film conducteur.

    Claims (20)

    1. Procédé pour l'application en continu d'une substance en poudre (5), notamment d'une peinture en poudre, sur un substrat oblong (1) conducteur d'électricité ou rendu conducteur d'électricité, présentant deux faces, de préférence sous forme d'une bande continue, comprenant
         un défilement sensiblement verticalement du substrat (1) suivant la direction de sa longueur à travers une enceinte de dépôt (2),
         une introduction de la poudre dans l'enceinte de manière sensiblement continue, et
         une création à l'aide d'électrodes (9) d'un champ électrique dans l'enceinte, permettant d'appliquer cette poudre sur le substrat,
      caractérisé en ce qu'il comprend en outre
         la création d'au moins un champ électrique entre au moins une électrode (9) et la ou les faces à revêtir du substrat,
         une alimentation de la poudre (5) à une partie supérieure de l'enceinte de dépôt,
         un écoulement par gravité d'un courant uniforme de particules de poudre le long de la ou les faces du substrat à revêtir, entre celle-ci et ladite au moins une électrode (9), et
         un chargement électrostatique des particules de la poudre pendant ledit écoulement, avec attraction de celles-ci sur la face correspondante du substrat (1) à revêtir grâce audit au moins un champ électrique créé.
    2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise une enceinte (2) dont les parois (3) sont réalisées en un ou recouverte intérieurement d'un matériau isolant électrique, de préférence en une matière plastique transparente.
    3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on crée le champ électrique dans l'enceinte (2) de dépôt au moyen d'électrodes (9) portées à une haute tension continue, de préférence négative par rapport au substrat (1), ce dernier étant de préférence mis à la terre.
    4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on crée le champ électrique dans l'enceinte de dépôt (2) au moyen d'une série de fils conducteurs s'étendant à une certaine distance l'un au-dessus de l'autre, en regard d'au moins l'une des faces du substrat, écartés des parois (3) de l'enceinte opposées à ces faces et transversalement par rapport à la direction de défilement du substrat.
    5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on charge la poudre dans l'enceinte de dépôt (2), électrostatiquement de manière négative par effet corona pour qu'elle soit ensuite attirée vers le substrat grâce au champ électrique présent.
    6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on crée dans l'enceinte de dépôt (2) un champ électrique de l'ordre de 3.500 Volts par cm.
    7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on introduit la poudre dans l'enceinte de dépôt (2) avec un débit jusqu'à 10.000 g par minute et par mètre de largeur du substrat à traiter.
    8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'on règle le débit de la poudre dans l'enceinte de dépôt (2) entre 700 et 900 grammes par minute, par mètre de largeur du substrat et par fil conducteur.
    9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'après la fixation de la poudre (5) sur le substrat (1), celui-ci est chauffé de manière à soumettre cette poudre à une fusion au moins partielle permettant de former un revêtement sensiblement uniforme sur le substrat.
    10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, dans le cas où le substrat (1) présente une face à revêtir constituée d'une matière conductrice d'électricité, celle-ci est soumise à une cuisson par induction après la fixation de la poudre sur cette face.
    11. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le chauffage précité est réalisé immédiatement à la sortie de l'enceinte de dépôt (2) pendant que le substrat se déplace verticalement.
    12. Dispositif pour l'application en continu d'une substance en poudre (5), notamment de peinture en poudre, sur un substrat oblong (1) conducteur d'électricité ou rendu conducteur d'électricité, présentant deux faces, de préférence sous forme d'une bande continue, comprenant
         une enceinte de dépôt (2) présentant une ouverture à sa partie supérieure (4) et à sa partie inférieure (6) à travers lesquelles peut défiler le substrat susdit (1) dans cette enceinte (2),
         un appareil d'alimentation (10) permettant d'introduire la poudre susdite (5) d'une manière sensiblement continue dans cette enceinte (2) lors du défilement du substrat (1), et
         des moyens pour créer dans cette enceinte (2) au moins un champ électrique permettant d'appliquer cette poudre (5) sur au moins l'une des faces du substrat (1),
      caractérisé en ce que l'enceinte présente, à sa partie supérieure, une ouverture d'alimentation (4) pour la poudre (5) permettant d'introduire cette dernière, dans cette enceinte,
      et en ce que lesdits moyens pour créer au moins un champ électrique sont constitués d'au moins une électrode et la ou les faces du substrat à revêtir, entre lesquels s'écoule par gravité un courant de particules de ladite poudre introduite, le long de ladite au moins une face du substrat à revêtir, les particules de poudre étant ainsi chargées électrostatiquement grâce audit au moins un champ électrique créé et attirées sur la face correspondante du substrat à revêtir.
    13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les parois de l'enceinte (2) sont réalisées en un matériau isolant électrique, de préférence en une matière plastique transparente.
    14. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'enceinte (2) comprend, le long de ses parois, en regard du plan suivant lequel le substrat (1) peut défiler à travers l'enceinte (2), au moins une électrode (9) à laquelle une haute tension continue peut être appliquée par rapport à ce substrat (1).
    15. Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'enceinte (2) comprend une série d'électrodes successives (9) réparties suivant la hauteur de l'enceinte (2) en regard du plan dans lequel le substrat (1) peut se déplacer dans cette dernière.
    16. Dispositif suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les électrodes précitées (9) sont constituées par une série de fils conducteurs s'étendant à une certaine distance l'un de l'autre le long du plan suivant lequel le substrat peut défiler à travers l'enceinte, ces fils étant écartés des parois de l'enceinte (2) opposées à ce plan en permettant le passage de la poudre pouvant se déplacer par gravité à travers cette enceinte.
    17. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que des moyens (8') sont prévus pour recycler la poudre collectée au bas de l'enceinte qui n'aurait pas été appliquée sur le substrat (1).
    18. Dispositif suivant la revendication 17, caractérisé en ce que les fils conducteurs présentent un diamètre de 100 à 250 microns.
    19. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que l'appareil d'alimentation (10) comprend une trémie (11) montée au-dessus d'un cylindre (12) pouvant tourner autour d'un axe sensiblement horizontal (13) et présentant en son fond une ouverture (16) contre laquelle est agencée la surface du cylindre (12), cette surface étant pourvue d'organes d'entraínement (15), tels que des picots métalliques, de manière à permettre, lors de la rotation du cylindre (12) autour de son axe (13), de retirer, par l'ouverture précitée (16), une quantité dosée de poudre (5) contenue dans la trémie (11) sur la surface cylindrique du cylindre (12), une brosse rotative (17) étant prévue pour permettre d'enlever d'une manière continue la poudre de la surface cylindrique susdite.
    20. Dispositif suivant la revendication 19, caractérisé en ce que l'axe de rotation (18) de la brosse (17) est situé sensiblement au même niveau que celui de l'axe de rotation (13) du cylindre (12), cette brosse (17) présentant des picots relativement rigides (20) s'étendant jusqu'à la surface du cylindre (12) au moment où ils se trouvent sensiblement dans le plan passant par les axes de rotation (13) et (18).
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