EP1119422B2 - Procede de recouvrement d'un objet par un film - Google Patents

Procede de recouvrement d'un objet par un film Download PDF

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EP1119422B2
EP1119422B2 EP00940466A EP00940466A EP1119422B2 EP 1119422 B2 EP1119422 B2 EP 1119422B2 EP 00940466 A EP00940466 A EP 00940466A EP 00940466 A EP00940466 A EP 00940466A EP 1119422 B2 EP1119422 B2 EP 1119422B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
bed
honeycomb
tubes
vessel
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00940466A
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German (de)
English (en)
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EP1119422B1 (fr
EP1119422A1 (fr
Inventor
Ariel Bru
Don Inculet
Arnaud Tedoldi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
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Publication date
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Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP1119422A1 publication Critical patent/EP1119422A1/fr
Publication of EP1119422B1 publication Critical patent/EP1119422B1/fr
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    • 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
    • B05C19/00—Apparatus specially adapted for applying particulate materials to surfaces
    • B05C19/02—Apparatus specially adapted for applying particulate materials to surfaces using fluidised-bed techniques
    • B05C19/025—Combined with electrostatic means
    • 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
    • B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
    • B05D1/22—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping using fluidised-bed technique
    • B05D1/24—Applying particulate materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S118/00—Coating apparatus
    • Y10S118/05—Fluidized bed

Definitions

  • the present invention relates to a method of covering an object with a film originating from the melting of a thin layer of powder previously deposited on the object and the apparatus for the implementation of this method. It is more particularly to cover all kinds of objects with the aid of powder in a fluidized bed. Inside the fluidized bed is powder that we want to cover the object. This powder is in the form of small solid particles, for example between 0.01 and 1 mm, of any shape, which are in a fluidized state inside the bed in the presence of air or any other gas.
  • the first is the electrostatic powdering, it consists in charging the static electricity powder and putting it in contact with the object to be covered connected to a zero potential.
  • the powder maintained in the fluidized state is injected into an electrostatic gun which will charge said powder by Corona effect, by triboelectrification or by a combination of the two.
  • the powder thus charged is projected onto the object to cover connected to a zero potential.
  • the recovery will be done according to the electric field lines. Because of this, areas with Faraday cages, such as intersections or hollow parts, will be poorly covered.
  • a lot of powder is not deposited on the object and must be recycled.
  • the powder coated object is then placed in an oven at a temperature sufficient to melt coat the powder causing filming. For example for a polyamide powder 12 it is sufficient to heat to 200 ° C.
  • the second is to preheat the object to be coated at a temperature above the melting temperature of the powder.
  • the object is immediately immersed in a fluidized bed, the powder melts in contact with the hot object and films. A solid recovery is thus ensured.
  • a hot object is quenched in a cold fluidized bed and to control the heat loss an oven is required at a higher temperature than that required for the filming, resulting in increased energy consumption.
  • all the powder is kept in the bed and the coating is not affected by the Faraday effect regions.
  • the thickness depends on the shape of the object and may not be completely uniform.
  • the present invention relates to electrostatic powdering.
  • the method of the invention uses a tribocharging device other than the walls of the tank and does not use electrodes connected to a source of electrical energy.
  • the present invention is a method of covering an object with a film resulting from the fusion a thin layer of powder as defined in claim 1.
  • the tribochargeur device is a honeycomb.
  • the powder is tribocharged, that is, loaded by contact or friction. Friction is ensured by the air or fluidization gas which entrains the powder particles and allows them to come into contact with the tribocharging systems which will be described later.
  • the charging system described in the present application is autonomous and does not require energy input other than the gas ensuring the fluidization of the powder.
  • the present invention also relates to apparatus for carrying out the method.
  • the objects that can be coated can be of any kind provided they can be immersed in the fluidization tank and withstand the temperature of the furnace, for example, mention may be made of metals such as aluminum, alloys aluminum, steel and its alloys.
  • the invention is particularly useful for dishwashing metal baskets.
  • the powders consist of a substance which by heating will form a protective film of the object.
  • a substance which by heating will form a protective film of the object.
  • Polyolefins are understood to mean polymers comprising olefin units such as, for example, ethylene, propylene, butene-1 units, etc.
  • Particularly preferred substances are polyamide 11 and polyamide 12.
  • the size of the powder is advantageously between 0.01 mm and 1 mm.
  • thin layer of powder means a thickness up to 2 mm and advantageously between 0.1 and 0.6 mm.
  • the fluidized bed is sized so as to totally immerse the part to be covered. Its shape does not matter as long as it contains the necessary volume of powder, the part to be covered can be completely immersed and the fluidization is correct.
  • a first choice can be made by comparing the working functions of the powder and the material envisaged. This can be done by looking at the values of the electronvolts working functions of the two species concerned and their respective positions in a triboelectric series. Plus the difference:
  • Ft refers to the work function, these values are read in triboelectric series tables such as for example ELECTROSTATICS by JA CROSS, IOP Publishing, 1987. Lower values can be considered, while knowing that the tribocharge will therefore be less good and thus the recovery less effective.
  • the powder is loaded by triboelectrification, that is to say by friction or contact with a good tribocharging material.
  • the tribocharging material is chosen according to the previously defined criteria.
  • the tribocharge device is a "honeycomb" device located in the tank, this device is described in detail later in this text.
  • a "honeycomb” (see figures 1 and 2 ). It is a structure composed of geometric elements whose section can go from any type of polygon (the elements are then prisms) to the circle (the elements are then tubes). These elements are hollow, have a thickness preferably between 1 and 10 mm; their length is for example between 15 and 25 cm. These tubes are contiguous to each other so as to form a solid and homogeneous assembly. The interstices between tubes are plugged by any means such as aluminum foils. Although any type of polygonal section can be envisaged, the cylindrical structure is preferential. A cylindrical geometry is preferred so as to allow homogeneous fluidization. Edge effects will be limited by a suitable length of the constituent tubes of the honeycomb that is to say that these tubes are advantageously greater than 15 cm in length.
  • the outside of the tubes is advantageously covered with a metallic paint or any other conductive material and connected to a zero potential or sufficient to eliminate the charges.
  • the advantage of this solution is that it will allow a tribocharge of the continuous powder over time. Indeed, by friction on the material, the powder acquires a given load, the material is loaded with the opposite polarity. However, to have a continuous charge phenomenon, it is necessary to evacuate the charges of polarity opposite to that of the powder and which accumulate on the inner walls of the tubes. These charges will actually be discharged to the outside of the tube and advantageously to the earth. This allows permanent availability of the tribocharging surface.
  • Another solution consists in including in the thickness of the constituent material of the tribocharging tube conductive elements electrically connected to the metallic paint or to the conductive material itself electrically connected to a ground.
  • This "honeycomb" is placed at the bottom of the bed (see figure 3 ). Sufficient space should be left at the top of the bed to immerse the object and dispose around the said object of a volume density sufficient charge to ensure electrodeposition.
  • the "honeycomb" is placed as low as possible in the bed, so as to optimize the contact in the tubes without disturbing the fluidization.
  • the diameter of the tubes is chosen as small as possible in order to increase the contact surface, but it must be ensured that the tubes will not clog and are therefore wide enough to ensure fluidization. correct.
  • tubes with a diameter of 25 mm and a length of 150 mm can be used. They are advantageously PVC.
  • the selected air or fluidization gas is injected into a wind box placed under the bed.
  • the air then passes through a porous, or perforated metal grid or plate, the pressure drop of which is chosen so as to correctly fluidize the powder.
  • the air velocity used is between Umf, minimum fluidization speed, and Umb, minimum bubbling rate. It is inadvisable to place well above Umb as this causes bubbling and projection of charged fine particles on the outside of the bed. We must stand above Umf to be able to easily introduce the object to be covered in the powder.
  • the Applicant has made a honeycomb by juxtaposing PVC tubes 2.5 cm in diameter, of standardized thickness and 15 cm in length. Each tube is covered on the outside with a layer of conductive paint. This honeycomb section equivalent to that of the fluidized bed used for the covering is placed. This bed is of size equal to 40 by 40 cm and 60 cm high. The "honeycomb" is positioned at a distance of 5 cm above the fluidizing air distributor.
  • a calculation makes it possible to ensure that one will dispose and bring to the bed, thanks to the envisaged system, enough electrical charges to allow a recovery of objects at an industrial rate.
  • An ammeter is placed between the "honeycomb” and the earth, the measurement of the current makes it possible to know the quantity of charge generated in the bed; the tribocharge on the walls of the bed or on any surface other than the "honeycomb” is ignored here.
  • the mass of powder deposited on a conventional dishwasher basket is: 130 g.
  • the charge acquired by triboelectrification in this bed is 0.5 10 -6 C / kg. Each coated basket therefore requires a load of 0.065 10 -6 C.
  • An industrial dish rack production line manufactures 1 basket or multiple of 1 basket every 10 seconds.
  • air or cold fluidization gas that is to say less than 20 ° C.
  • a bed can be fluidized at a speed lower than Umf by adding a vibration. We can create a restless state then calm during the immersion and so on.
  • a vibrating mechanism is used to release the powder particles which remain fixed on the tribocharging surfaces.
  • the electric charge created within the bed by the tribocharging material is reduced by reducing the humidity of the fluidization air.
  • This is a simple and effective way to improve electrodeposition. This moisture reduction is achieved by air drying or compression.
  • the figure 4 represents an industrial plant according to the present invention.
  • a pre-surface treatment is performed on the object before it is brought into the bed.
  • These are conventional pre-treatments used in the plastic coating industry: phosphating, degreasing, blasting, application of liquid primer or powder, etc. This list is not exhaustive.
  • the objects to be covered are brought by a conveyor grounded.
  • the powder is then loaded into the tribocharged bed described above. During soaking, the electroplating is done. Depending on the load level of the bed, it is important to shake the room more or less steadily. This agitation can be created by small hammers present on the conveyor or any other system.
  • a tapping system makes it possible to eliminate the excess powder at the outlet of the object of the fluidized bed.
  • non-metallic objects such as wood or plastic can also be coated with powder.
  • the coating powders that require a primer it can be applied beforehand on the object before soaking in the fluidized powder tank, it can be a liquid or solid primer.
  • a solid primer In the case of a solid primer, it can be applied by electrostatic powdering, Corona gun, tribo or both.
  • the primary can also be applied with a tribocharged bed.
  • the primary particles are very small, the primary can not be fluidized alone. But if we mix in a first the primer with the powder to be coated is used, a primary content of at least 1% by weight (based on the weight of the powder) is used, and preferably 5 to 10% by weight, while the fluidization of the Primary particles are ensured by large particles of fluidization powder.
  • This first tribocharged bed is of the same type as those described above. The charge acquired by a particle is more or less inversely proportional to its radius. The smaller, more charged primary particles will provide most of the electrodeposition.
  • the object is covered in the bed, it is brought into an oven (see figure 4 where a cooking is ensured.
  • a convection, infrared or induction furnace can be used.
  • the process of the present invention is particularly useful for polyamide powders, furthermore it has excellent safety. Explosive tests were carried out with this tribocharged bed. For a tribocharged polyamide bed, high potentials (30 kV) were applied as well as high energies (1 Joule) were discharged into the bed while the ignition energy of the powder is only a few millijoules . The breakdown of air was observed in the bed, with the appearance of sparks. No explosion could be caused.
  • the figures 1 and 2 detail the structure in "honeycomb".
  • This structure 4 consists of tubes of adequate tribocharging material.
  • the outer surface and the ends of the tubes 2 are metallized or covered with a conducting layer 1. 1 is grounded as can be seen figures 3 and 4 .
  • the tubes 2 are glued to each other thanks to the metallic paint 1 or by a little glue.
  • the interstices between the tubes 2 are plugged with aluminum foil 3.
  • the figure 3 represents a fluidized bed 6, constructed of suitable material, supported and isolated from the ground by the foot 14.
  • compressed air or not cooled and / or dried or not or any other fluidization gas is introduced into the wind box 7 by 13.
  • the air then passes through the porous slab 8 which is mounted horizontally on the bed and placed between the bed 6 and the wind box 7 which are screwed to them.
  • the honeycomb structure 4 is disposed horizontally. This honeycomb structure is the one which will mainly ensure the tribocharge of the powder 5 in the fluidized bed 6.
  • the honeycomb structure 4 is grounded.
  • the ammeter 15 controls the charge level.
  • the conveyor 10 brings the objects 9 into the tribocharged fluidized bed 6, the bed 6 can also be brought to the objects 9.
  • the objects 9 therefore enter entirely into the fluidized and tribocharged bed, a powder electrodeposition 5 then occurs with enough to ensure a good recovery.
  • the conveyor 10 continues its movement and the objects 9 are taken out of the bed 6 and brought into the oven 12 in which the powder is filmed and forms the desired coating.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un procédé de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre préalablement déposée sur l'objet et l'appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il s'agit plus particulièrement de recouvrir toutes sortes d'objets à l'aide de poudre dans un lit fluidisé. A l'intérieur du lit fluidisé se trouve de la poudre dont on veut recouvrir l'objet. Cette poudre est sous la forme de particules solides de faible taille, par exemple entre 0.01 et 1 mm, de forme quelconque, qui sont en état de fluidisation à l'intérieur du lit en présence d'air ou de tout autre gaz.
  • Il existe actuellement à l'échelle industrielle plusieurs procédés de recouvrement.
  • Le premier est le poudrage électrostatique, il consiste à charger la poudre d'électricité statique et à la mettre en contact avec l'objet à recouvrir relié à un potentiel zéro. Par exemple la poudre maintenue à l'état fluidisé est injectée dans un pistolet électrostatique qui va charger la dite poudre par effet Corona, par triboélectrification ou par combinaison des deux. La poudre ainsi chargée est projetée sur l'objet à recouvrir relié à un potentiel zéro. Le recouvrement va se faire selon les lignes de champ électrique. A cause de cela, on va mal recouvrir les zones présentant des cages de Faraday, comme les intersections ou les parties creuses. En outre, beaucoup de poudre ne se dépose pas sur l'objet et doit donc être recyclée. L'objet recouvert de poudre est ensuite placé dans un four à une température suffisante pour assurer un revêtement par fusion de la poudre provoquant la filmification. Par exemple pour une poudre de polyamide 12 il suffit de chauffer à 200°C.
  • Le deuxième consiste à préchauffer l'objet à recouvrir à une température supérieure à la température de fusion de la poudre. Une fois chaud, l'objet est immédiatement immergé dans un lit fluidisé, la poudre fond au contact de l'objet chaud et filmifie. Un recouvrement solide est ainsi assuré. Dans ce procédé, on trempe un objet chaud dans un lit fluidisé froid et pour lutter contre la déperdition calorifique on a besoin d'un four à une température plus haute que celle nécessaire à la filmification, ce qui entraîne une consommation énergétique accrue. On garde cependant toute la poudre dans le lit et le recouvrement n'est pas affecté par les régions présentant un effet Faraday. L'épaisseur dépend de la forme de l'objet et peut ne pas être totalement uniforme. La présente invention conceme le poudrage électrostatique.
    • [l'art antérieur]
  • Il existe des lits fluidisés électrostatiques classiques tels que décrits par exemple dans le brevet US 4.381.728 dans lesquels sont disposées des électrodes portées à de très hauts potentiels. Dans de tels lits fluidisés électrostatiques, les particules sont chargées par effet couronne qui consiste à ioniser l'air au voisinage d'une pointe et donc à charger electriquement les particules dans cette zone. L'objet à revêtir est immergé dans le lit fluidisé. De bons recouvrements sont obtenus dans de tels lits mais ils présentent un certain danger dû à la présence d'électrodes portées à potentiel élevé qui peuvent donner naissance à des arcs électriques avec l'objet à recouvrir.
  • Pour éviter tout arc électrique entre l'électrode et l'objet à revêtir, il est possible de placer cette électrode sous une dalle poreuse telle que décrite dans le brevet GB 1.487.195 .
  • Un inconvénient de ces systèmes classiques de lit fluidisé électrostatique à charge couronne réside dans le fait que le dépôt de poudre n'est pas homogène. En particulier, les parties concaves d'une pièce sont difficilement accessibles. Dans le brevet US 4.689.241 sont décrites des limitations telles que les manques d'épaisseur dans les cages de Faraday formées par l'objet à recouvrir. Enfin, une différence d'épaisseur du dépôt de poudre est observée entre les parties les plus distantes de l'électrode de charge. D'autres descriptions de lits fluidisés électrostatiques classiques à effet couronne existent dans " Electrostatic fluidised bed, theory, design, application", American Paint Journal 1972, 57 (11) 53-5, 66, 68, 70-2 et dans "ANTEC, Conference Proceedings (Part 2)", Society of Plastics Engineers, 1994 - Brookfield, CT, USA - page 2329, 2331.
  • Pour répondre à ces problèmes, des solutions alternatives ont été proposées. Dans le brevet WO 96 11061 on décrit un système de charge qui n'est pas à effet couronne mais par induction. Cependant cette technique ne reste applicable qu'à des poudres de faible résistivité.
  • Dans la publication " Triboelectrification of polymer powders in a fluidised Bed", Power Engineering ; Journal of the Academy of Science of the USSR Vol 19, n° 6 page 75-83, on décrit un système de charge triboélectrique mais cependant assisté par des électrodes reliées à une haute tension.
  • Enfin, dans la publication " Charge of powdered paint according to a triboelectric mechanism during its fluidisation ", Journal Lakokras, Mater. IKH Primen (1979), (4), 30-2, il est décrit la charge triboélectrique dans un lit fluidisé classique sur les parois de la cuve. Cependant, elle révèle les limitations de la charge électrique dans le temps à cause du recouvrement des parois dès les premiers instants de la fluidisation par des particules de poudre.
    • [brève description de l'invention]
  • Le procédé de l'invention utilise un dispositif tribochargeur autre que les parois de la cuve et n'utilise pas d'électrodes reliées à une source d'énergie électrique.
  • Ainsi la présente invention est un procédé de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre tel que défini dans la revendication 1.
  • Il s'agit d'un lit fluidisé électrostatique tribochargé essentiellement à l'aide d'un dispositif autre que les parois de la cuve. La poudre est tribochargée, on crée ainsi une forte densité volumique de charge à l'intérieur du lit fluidisé. La poudre est chargée et fluidisée. Si on plonge dans le lit chargé un objet à recouvrir relié à un potentiel zéro ou suffisant, on va se trouver en présence d'un champ électrique créé par le volume de poudre chargé. Ceci va contribuer à une bonne électrodéposition sur l'objet à la terre. L'objet peut être à une polarisation positive ou négative ou zéro. Avantageusement le dispositif tribochargeur est un nid d'abeilles.
  • Dans cette invention, la poudre est tribochargée, c'est-à-dire chargée par contact ou frottement. Le frottement est assuré par l'air ou le gaz de fluidisation qui entraîne les particules de poudre et permet à celles-ci de venir en contact avec les systèmes tribochargeurs qui seront décrits par la suite. Le système de charge décrit dans la présente demande est autonome et ne nécessite pas d'apport énergétique autre que le gaz assurant la mise en fluidisation de la poudre.
  • La présente invention conceme aussi l'appareillage pour la mise en oeuvre du procédé.
    • [description détaillée de l'invention]
  • Les objets qu'on peut revêtir peuvent être de toute sorte pourvu qu'ils puissent être plongés dans la cuve de fluidisation et résister à la température du four, a titre d'exemple on peut citer les métaux tels que l'aluminium, les alliages d'aluminium, l'acier et ses alliages. L'invention est particulièrement utile pour les paniers métalliques de lave vaisselle.
  • Quant aux poudres elles sont constituées d'une substance qui par chauffage va former un film de protection de l'objet. A titre d'exemple on peut citer les polyamides, les polyoléfines, les époxy et les polyesters.
  • On entend par polyamide les produits de condensation :
    • d'un ou plusieurs aminoacides, tels les acides aminocaproïques, amino-7-heptanoïque, amino-11-undécanoïque et amino-12-dodécanoïque d'un ou plusieurs lactames tels que caprolactame, oenantholactame et lauryllactame ;
    • d'un ou plusieurs sels ou mélanges de diamines telles l'hexaméthylène-diamine, la dodécaméthylènediamine, la métaxylyènediamine, le bis-p aminocyclohexylméthane et la triméthylhexaméthylène diamine avec des diacides tels que les acides isophtalique, téréphtalique, adipique, azélaïque, subérique, sébacique et dodécanedicarboxylique ;
    ou des mélanges de tous ces monomères ce qui conduit à des copolyamides.
  • On entend par polyoléfines des polymères comprenant des motifs oléfines tels que par exemple des motifs éthylène, propylène, butène-1, etc...
  • A titre d'exemple, on peut citer :
    • le polyéthylène, le polypropylène, les copolymères de l'éthylène avec des alphaoléfines. Ces produits pouvant être greffés par des anhydrides d'acides carboxyliques insaturés tels que l'anhydride maléique ou des époxydes insaturés tels que le méthacrylate de glycidyle.
    • les copolymères de l'éthylène avec au moins un produit choisi parmi (i) les acides carboxyliques insaturés, leurs sels, leurs esters, (ii) les esters vinyliques d'acides carboxyliques saturés, (iii) les acides dicarboxyliques insaturés, leurs sels, leurs esters, leurs hemiesters, leurs anhydrides (iv) les époxydes insaturés. Ces copolymères de l'éthylène pouvant être greffés par des anhydrides d'acides dicarboxyliques insaturés ou des époxydes insaturés.
  • Des substances particulièrement préférées sont le polyamide 11 et le polyamide 12. La taille de la poudre est avantageusement comprise entre 0,01mm et 1 mm.
  • On entend par "mince couche de poudre" une épaisseur jusqu'à 2 mm et avantageusement comprise entre 0,1 et 0,6 mm.
  • Le lit fluidisé est dimensionné de façon à immerger totalement la pièce à recouvrir. Sa forme importe peu du moment qu'il contient le volume de poudre nécessaire, que la pièce à recouvrir peut être totalement immergée et que la fluidisation est correcte.
  • Afin de choisir un matériau qui va tribocharger correctement la poudre, on peut faire un premier choix en comparant les fonctions de travail de la poudre et du matériau envisagé. Ceci peut être fait en regardant les valeurs des fonctions de travail en électronvolts des deux espèces concernées et leurs positions respectives dans une série triboélectrique. Plus la différence : | Ft poudre - Ft matériau | est grande plus la poudre va se charger facilement. Il est recommandé que cette valeur soit supérieure à 0.5 eV en valeur absolue. "Ft" désigne la fonction de travail, ces valeurs sont lues dans des tables de series triboelectrique telles que par exemple ELECTROSTATICS de J.A. CROSS, IOP Publishing, 1987. Des valeurs inférieures peuvent être considérées, tout en sachant bien qu'en conséquence la tribocharge sera moins bonne et donc le recouvrement moins efficace.
  • Toutefois ces valeurs ne sont que théoriques et le fait qu'une bonne tribocharge est obtenue entre le matériau et la poudre peut être vérifiée par l'expérience décrite par I.I. Inculet et al dans le brevet US 5,289,922 et qui consiste à tribocharger la poudre dans un cylindre constitué du materiau tribochargeur en rotation puis à mesurer la charge obtenue. Avec ce type de test, si le rapport Q/m (charge massique) obtenu pour la poudre est supérieur en valeur absolue à 0.5 10**(-6) C/kg alors la charge volumique que l'on obtiendra dans un lit plus grand que l'objet à revêtir sera suffisante. On peut toujours essayer des matériaux donnant des valeurs plus faibles tout en sachant bien que le recouvrement en sera affecté. A titre d'exemples de matériaux tribochargeurs on peut citer le PVC, le PTFE et l'acier inoxydable.
  • La poudre est chargée par triboélectrification, c'est-à-dire par frottement ou contact avec un bon matériau tribochargeur. Le matériau tribochargeur est choisi suivant les critères précédemment définis.
  • Le dispositif de tribocharge est un dispositif en "nid d'abeille" situé dans la cuve, ce dispositif est décrit en détails plus loin dans ce texte.
  • On ne sortirait pas du cadre de l'invention en disposant aussi un matériau tribochargeur sur les parois de la cuve, ce n'est qu'un complément au dispositif tribochargeur principal.
    • On peut augmenter la surface de contact entre la poudre et le matériau tribochargeur. Par exemple on peut ainsi modifier en jouant sur la rugosité de la surface ou en collant des tubes ou des demi tubes sur les parois. On peut aussi ajouter un système de chicanes vibrantes au fond du lit ou un système composé de tout autre objet présent dans le lit, ne perturbant pas la fluidisation et assurant une bonne tribocharge.
  • Il est important de mentionner que l'on peut combiner plusieurs des techniques décrites précédemment. On peut aussi combiner plusieurs matériaux.
  • On utilise un " nid d'abeille" (voir figures 1 et 2). Il s'agit d'une structure composée d'éléments géométriques dont la section peut aller de tout type de polygone (les éléments sont alors des prismes) jusqu'au cercle (les éléments sont alors des tubes). Ces éléments sont creux, présentent une épaisseur de préférence comprise entre 1 et 10 mm ; leur longueur est par exemple comprise entre 15 et 25 cm. Ces tubes sont accolés les uns aux autres de façon à constituer un ensemble solide et homogène. Les interstices entre tubes sont bouchés par un moyen quelconque comme des feuilles d'aluminium. Bien que tout type de section polygonale puisse être envisagé, la structure cylindrique est préférentielle. Une géométrie cylindrique est préférée de manière à permettre une fluidisation homogène. Des effets de bord seront limités par une longueur adaptée des tubes constitutifs du nid d'abeille c'est à dire que ces tubes sont avantageusement superieurs à 15 cm de longueur.
  • L'extérieur des tubes est avantageusement recouvert d'une peinture métallique ou de toute autre matière conductrice et relié à un potentiel zéro ou suffisant pour éliminer les charges. L'avantage de cette solution est qu'elle va permettre une tribocharge de la poudre continue dans le temps. En effet, par frottement sur le matériau, la poudre acquiert une charge donnée, le matériau se charge avec la polarité opposée. Toutefois, pour avoir un phénomène de charge continu, il faut évacuer les charges de polarité opposée à celle de la poudre et qui s'accumulent sur les parois intemes des tubes. Ces charges vont en fait être évacuées vers l'extérieur conducteur du tube et avantageusement vers la terre. Ceci permet une disponibilité permanente de la surface tribochargeante.
  • Pour accroître l'efficacité du nid d'abeille, il est fortement conseillé de percer un grand nombre de petits trous perpendiculaires au tube afin de multiplier les chemins d'évacuation des charges de l'intérieur vers la surface extérieure conductrice. Ces petits trous peuvent être de diamètre entre 0,05 et 2 mm.
  • Une autre solution consiste à inclure dans l'épaisseur du matériau constitutif du tube tribochargeur des éléments conducteurs reliés électriquement à la peinture métallique ou à la matière conductrice elle-même reliée électriquement à une terre.
  • Ce " nid d'abeille " est disposé au fond du lit (voir figure 3). Il faut laisser suffisamment de place en haut du lit pour immerger l'objet et disposer autour du dit objet d'une densité volumique de charge suffisante pour assurer l'électrodéposition.
  • Le « nid d'abeille » est placé le plus bas possible dans le lit, de façon à optimiser le contact dans les tubes sans toutefois perturber la fluidisation. Le diamètre des tubes est choisi le plus faible possible afin d'accroître la surface de contact, mais il faut quand même s'assurer que les tubes ne vont pas se boucher et sont donc suffisamment larges pour assurer une fluidisation correcte. Plus ces tubes sont longs, meilleure sera la charge électrique générée sur les particules de poudres, cependant on est limité par l'espace à laisser pour le trempage de l'article. A titre d'exemple on peut utiliser des tubes de diamètre 25 mm et de longueur 150 mm. Ils sont avantageusement en PVC.
  • Comme on le voit figure 3, l'air ou le gaz de fluidisation choisi est injecté dans une boite à vent placée sous le lit. L'air passe ensuite à travers un poreux, ou une grille ou une plaque métallique perforée, dont la perte de charge est choisie de façon à fluidiser correctement la poudre. La vitesse d'air utilisée est comprise entre Umf, vitesse minimale de fluidisation, et Umb, vitesse minimale de bullage. Il est déconseillé de se placer bien au-dessus de Umb car ceci entraîne un bouillonnement et une projection de fines particules chargées à l'extérieur du lit. Il faut se placer au-dessus de Umf pour pouvoir sans peine introduire l'objet à recouvrir dans la poudre.
  • A titre d'exemple la demanderesse a réalisé un nid d'abeille en juxtaposant des tubes de PVC de 2.5 cm de diamètre, d'épaisseur normalisée et de 15 cm de longueur. Chaque tube est recouvert à l'extérieur d'une couche de peinture conductrice. On place ce nid d'abeille de section équivalente à celle du lit fluidisé que l'on emploie pour le recouvrement. Ce lit est de dimension égales à 40 par 40 cm et 60 cm de haut. Le "nid d'abeille" est positionné à une distance de 5 cm au-dessus du distributeur d'air de fluidisation.
  • Un calcul permet de s'assurer que l'on va disposer et apporter au lit, grâce au système envisagé, suffisamment de charges électriques pour permettre un recouvrement d'objets à une cadence industrielle.
  • Exemple : production de paniers de lave-vaisselle recouverts avec du polyamide 11 de granulométrie 200 µm vendu sous la marque RILSAN® par la demanderesse. Un ampèremètre est placé entre le « nid d'abeille » et la terre, la mesure du courant permet de connaître la quantité de charge générée dans le lit ; on ne tient pas compte ici de la tribocharge sur les parois du lit ou sur toute autre surface que le " nid d'abeille ". La masse de poudre déposée sur un panier de lave vaisselle classique est de : 130 g. La charge acquise par triboélectrification dans ce lit est de 0.5 10-6 C/kg. Chaque panier recouvert requiert donc une charge de 0.065 10-6 C. Une ligne de production industrielle de panier de lave vaisselle fabrique 1 panier ou multiple de 1 panier toutes les 10 secondes. Ce multiple dépend de la configuration de la ligne et de la taille de la cuve de fluidisation. A raison de 1 panier toutes les 10 secondes, on prélève 0.065 10-6 C, soit un courant en continu de 6.5 10-9 Ampère. Il faut donc que le courant fourni soit identique ou supérieur, préférablement. On a mesuré dans notre exemple un maximum de 10. 10-9 Ampère.
    Selon une forme particulière de l'invention on opère à basse température. La cinétique de décharge étant minimisée à basse température, on entoure le lit précédemment décrit par une enveloppe contenant un fluide froid ou tout moyen de refroidir le lit. Au sens de la présente invention "basse température" veut dire inférieure à 20 °C.
  • On peut aussi utiliser de l'air ou gaz de fluidisation froid, c'est à dire inferieur à 20 °C. Selon une autre forme de l'invention on peut pulser l'air ou le gaz de fluidisation. En effet, si la vitesse d'air est forte, le frottement poudre matériau est accru, ce qui augmente la quantité de charge fournie au lit. Par contre, lorsqu'un objet est immergé, on a besoin pour assurer une électrodéposition maximale de la plus forte densité de charge volumique, ce qui implique une faible vitesse de fluidisation, conservant toutefois l'état fluidisé. Un lit peut être fluidisé à une vitesse inférieure à Umf en y ajoutant une vibration. On peut donc créer un état agité puis calme lors de l'immersion et ainsi de suite.
  • Selon une autre forme de l'invention on utilise un mécanisme vibrant pour dégager les particules de poudre qui restent fixées sur les surfaces tribochargeantes.
  • Selon une autre forme de l'invention on favorise la charge électrique créée au sein du lit par le matériau tribochargeur consiste en diminuant l'humidité de l'air de fluidisation. Ceci constitue un moyen simple et efficace pour améliorer l'électrodéposition. Cette réduction d'humidité est réalisée par un secheur d'air ou par compression.
  • La figure 4 représente une installation industrielle selon la présente invention.
  • Selon une autre forme de l'invention un pré traitement de surface est effectué sur l'objet avant qu'il soit amené dans le lit. Il s'agit des pré traitements classiques utilisés dans l'industrie du revêtement plastique : phosphatage, dégraissage, grenaillage, application de primaire liquide ou poudre, etc... Cette liste n'est pas exhaustive. Les objets à recouvrir sont amenés par un convoyeur mis à la terre. La poudre est alors chargée dans le lit tribochargé décrit précédemment. Lors du trempage, l'électrodéposition se fait. Suivant le niveau de charge du lit, il est important d'agiter plus ou moins la pièce de façon soutenue. Cette agitation peut être créée par de petits marteaux présents sur le convoyeur ou tout autre système. Un système de tacquage permet d'éliminer le surplus de poudre à la sortie de l'objet du lit fluidisé.
  • Grâce à ce système et à ce procédé, on peut aussi recouvrir de poudre des objets non métalliques comme le bois ou le plastique.
  • Pour les poudres de recouvrement qui nécessitent un primaire il peut être appliqué au préalable sur l'objet avant de le tremper dans la cuve de poudre fluidisée, ce peut être un primaire liquide ou solide.
  • Dans le cas d'un primaire solide, il peut être appliqué par poudrage électrostatique, pistolet Corona, tribo ou les deux. On peut aussi appliquer le primaire grâce à un lit tribochargé. Les particules de primaire sont de très petite taille, le primaire ne peut donc pas être fluidisé seul. Mais si on mélange dans un premier lit le primaire avec la poudre dont on veut faire un recouvrement, on utilise une teneur en primaire d'au moins 1 % poids (par rapport au poids de poudre), et de préférence 5 à 10 % en poids, alors la fluidisation des petites particules de primaires est assurée par les grosses particules de poudre de fluidisation. Ce premier lit tribochargé est du même type que ceux décrits précédemment. La charge acquise par une particule est plus ou moins inversement proportionnelle à son rayon. Les petites particules de primaire plus chargées vont assurer l'essentiel de l'électrodéposition. On a ainsi revêtu l'objet d'un primaire solide. On revêt ensuite l'objet d'une seconde couche dans un lit tribochargé contenant de la poudre de revêtement seule. Lors des opérations avec primaire, on peut, si on le désire, effectuer une première cuisson de ce primaire, on peut aussi éviter cette cuisson intermédiaire et effectuer le deuxième recouvrement puis réaliser une cuisson globale.
  • Une fois l'objet recouvert dans le lit, il est amené dans un four (voir figure 4) où une cuisson est assurée. Suivant la géométrie de l'objet, les propriétés de la poudre et la cadence de production souhaitée, on peut utiliser un four à convection, à infrarouge ou à induction.
  • Le procédé de la présente invention est particulièrement utile pour les poudres de polyamide, de plus il présente une excellente sécurité. Des tests d'explosivité ont été réalisés avec ce lit tribochargé. Pour un lit tribochargé de polyamide, de hauts potentiels ( 30 kV) ont été appliqués ainsi que de hautes énergies (1 Joule) ont été déchargées dans le lit alors que l'énergie d'ignition de la poudre n'est que de quelques millijoules. Le claquage de l'air a été observé dans le lit, avec apparition d'étincelles. Aucune explosion n'a pu être provoquée.
  • Les figures 1 à 4 représentent le système de recouvrement dans lequel les éléments clés sont numérotés de 1 à 15.
    La légende pour ces chiffres est donnée ci-dessous :
    1. 1 Revêtement métallique (peut être éventuellement mélangé à de la colle).
    2. 2 Tubes, constitués d'un matériau tribochargeur.
    3. 3 Papier aluminium.
    4. 4 Structure en nid d'abeille.
    5. 5 Particules de poudre.
    6. 6 Lit fluidisé, constitué d'un matériau adéquat.
    7. 7 Boîte à vent, le matériau est peu important.
    8. 8 Dalle poreuse.
    9. 9 Objet à recouvrir.
    10. 10 Convoyeur.
    11. 11 Pré-traitement des objets à recouvrir (à définir pour optimiser la qualité du recouvrement).
    12. 12 Four pour traitement thermique afin de filmifier le recouvrement.
    13. 13 Arrivée d'air.
    14. 14 Pied isolant, plaçant le lit au-dessus du sol.
    15. 15 Ampèremètre relié au nid d'abeille.
    La figure 1 montre une vue en perspective de 4, la structure en « nid d'abeille ».
    La figure 2 montre une vue de dessus de cette structure en « nid d'abeille ».
    La figure 3 détaille le lit fluidisé dans lequel la poudre est fluidisée et tribochargée.
    La figure 4 est une vue générale du système de recouvrement qui réalise un revêtement selon la présente invention.
  • Les figures 1 et 2 détaillent la structure en « nid d'abeille ». Cette structure 4 est constituée de tubes de matériau adéquat tribochargeur. La surface extérieure et les extrémités des tubes 2 sont métallisés ou couverts d'une couche conductrice 1. 1 est porté à la terre comme on peut le voir figures 3 et 4. Les tubes 2 sont collés les uns aux autres grâces à la peinture métallique 1 ou par un peu de colle. Les interstices entre les tubes 2 sont bouchés par du papier aluminium 3.
  • La figure 3 représente un lit fluidisé 6, construit en matériau adéquat, supporté et isolé du sol par le pied 14. De l'air comprimé refroidi ou non et/ou asséché ou non ou tout autre gaz de fluidisation est introduit dans la boîte à vent 7 par un conduit 13. L'air passe ensuite à travers la dalle poreuse 8 qui est montée horizontalement à même le lit et placée entre le lit 6 et la boîte à vent 7 qui sont eux vissés. A une certaine distance au-dessus de la dalle poreuse 8, est disposée horizontalement la structure en nid d'abeille 4. Cette structure en nid d'abeille est celle qui va assurer principalement la tribocharge de la poudre 5 dans le lit fluidisé 6. La structure en nid d'abeille 4 est mise à la terre. L'ampèremètre 15 contrôle le niveau de charge.
  • Sur la figure 4, on voit que les objets à recouvrir 9, mis à la terre via le convoyeur 10, sortent de la zone de pré-traitement 11, où un pré-traitement adéquat est réalisé, avant d'être amenés vers le lit fluidisé 6 par le convoyeur 10. Le convoyeur 10 amène les objets 9 dans le lit fluidisé tribochargé 6, on peut aussi amener le lit 6 aux objets 9. Les objets 9 entrent donc entièrement dans le lit fluidisé et tribochargé, une électrodéposition de poudre 5 se produit alors avec une quantité suffisante pour assurer un bon recouvrement. Le convoyeur 10 continue son mouvement et les objets 9 sont sortis du lit 6 et amenés dans le four 12 dans lequel la poudre filmifie et forme le revêtement désiré.
  • Les termes et expressions qui sont employés ici son purement descriptifs et ne constituent pas de limitations. Il n'y a aucune intention dans l'utilisation de ces termes d'exclure tout équivalent du matériel décrit et il est donc reconnu que des modifications sont possibles tout en restant dans le cadre de l'invention.

Claims (9)

  1. Procédé de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre dans lequel :
    (a) on dispose d'un lit de poudre fluidisée électrostatique dans une cuve, cette poudre étant chargée essentiellement par un dispositif tribochargeur, autre que les parois de la cuve, situé dans la cuve, et ce dispositif tribochargeur est un nid d'abeille et n'utilise pas d'électrodes reliées à une source d'énergie électrique,
    (b) on trempe dans la cuve l'objet relié à un potentiel zéro ou suffisant pour le recouvrir de poudre,
    (c) on place ensuite l'objet recouvert de la poudre dans un four à une température suffisante jusqu'à obtenir le film de revêtement par fusion de la poudre.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la poudre est en polyamide 11 ou en polyamide 12.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le dispositif tribochargeur est un nid d'abeille situé dans la partie basse de la cuve et est constitué de prismes ou de tubes verticaux ouverts aux deux extrémités.
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les tubes du nid d'abeilles sont recouverts à l'extérieur d'une peinture métallique ou d'une matière conductrice.
  5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la paroi des tubes du nid d'abeille est percée de petits trous.
  6. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la paroi des tubes contient d'éléments conducteurs
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'objet à revêtir est préalablement recouvert d'un primaire en poudre, puis il est éventuellement passé dans un four pour cuire le primaire, puis il est immergé dans la cuve pour être recouvert de la poudre.
  8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le revêtement par le primaire en poudre est effectué dans un lit de poudre fluidisée électrostatique constituée de la poudre du procédé de la revendication 1 et contenant au moins 1 % et de préférence 5 à 10 % en poids de primaire.
  9. Procédé selon la revendication 7 ou 8 dans lequel le revêtement préalable de primaire est effectué dans un lit de poudre fluidisée électrostatique, cette poudre étant chargée par un dispositif tribochargeur.
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