ES2208542T3 - Composicion de esmalte y procedimiento de produccion de una pieza formada en chapa esmaltada. - Google Patents
Composicion de esmalte y procedimiento de produccion de una pieza formada en chapa esmaltada.Info
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Abstract
Composición de esmalte que comprende una frita de esmalte y una resina termoendurecible, caracterizándose esta composición por consistir en un polvo de sustancia exenta de disolvente para esta resina.
Description
Composición de esmalte y procedimiento de
producción de una pieza formada en chapa esmaltada.
Se refiere la invención a una composición de
esmalte y a un procedimiento de producción de una pieza configurada
en chapa esmaltada.
El método tradicional de producción de una pieza
formada con chapa esmaltada comprende principalmente las operaciones
siguientes:
- -
- se configura una pieza de chapa plana (por embutición y/o plegado y/o curvatura, etc.);
- -
- la chapa configurada se desengrasa y se decapa y eventualmente se somete a otros tratamientos de superficie, tales como fosfatación, niquelado, etc);
- -
- se aplica una capa de frita de esmalte pulverulenta sobre la pieza de chapa así preparada (por ejemplo utilizando una pistola electrostática);
- -
- se cuece la pieza así revestida para provocar la vitrificación de la frita de esmalte.
Tal método tradicional presente ciertos
inconvenientes. Se observará en primer lugar que este método implica
necesariamente un tratamiento previo (desengrase, decapado,
fosfatación, etc.) de las piezas de chapa configuradas, en el taller
del esmaltador. Ahora bien, si bien el tratamiento previo de chapas
planas es una operación relativamente simple y rápida, que puede
efectuarse en continuo, el tratamiento previo de piezas de chapa
configuradas es sensiblemente más complicado y menos rápido.
Además, mientras que, con las técnicas actuales,
la aplicación de una composición de esmalte sobre chapas planas
puede efectuarse rápidamente, en continuo y de manera muy regular
(con una excelente regularidad del espesor de la capa de esmalte),
la aplicación de una composición de esmalte sobre piezas de chapa
configuradas es una operación inevitablemente más lenta y más
compleja y que no permite obtener la misma regularidad de espesor de
la capa de esmalte.
Se ha tratado ya de evitar estos inconvenientes
de la técnica de esmaltado tradicional.
El documento
US-A-5.325.580 describe un
procedimiento de producción de piezas formadas con chapa esmaltada,
en el cual:
- -
- antes de la configuración se aplica (por rodillo) sobre una chapa de acero una capa de una composición que comprende una frita de esmalte dispersada en una solución de un aglutinante polimérico, y después se seca (evaporación del disolvente) y/o se cuece esta capa,
- -
- eventualmente, se aplica una segunda capa de tal composición que, a su vez, se seca y/o se cuece,
- -
- se configura a continuación esta chapa revestida, en la forma de la pieza que se trata de producir,
- -
- se cuece a continuación la pieza de chapa revestida y configurada, a una temperatura comprendida entre 560ºC y 850ºC, para quemar el aglutinante polimérico y vitrificar la frita de esmalte.
La técnica descrita en el documento
US-A-5.325.580 ofrece ciertas
ventajas con relación a la técnica de esmaltado anteriormente
conocida. En particular, esta nueva técnica permite aplicar la
composición de esmalte sobre chapas planas y no ya sobre chapas
preformadas.
Las chapas planas así revestidas pueden ser
suministradas al esmaltador; las chapas no deben ya tratarse
previamente en las instalaciones del mismo.
La técnica según el documento
US-A-5.325.580 implica sin embargo
que a continuación de la aplicación de la composición de esmalte
fluido sobre las chapas planas, deben evaporarse importantes
cantidades de disolventes e incinerarse. Los aglutinantes
poliméricos contenidos en las composiciones de esmalte descritas en
este documento pueden ser polímeros termoplásticos o resinas
termoendurecibles. Los revestimientos obtenidos con las
composiciones que contienen polímeros termoplásticos (antes de la
cocción de vitrificación) no son muy estables (en particular,
resisten mal los disolventes). Se prefieren pues las composiciones
que contienen resinas termoendurecibles, las cuales permiten obtener
revestimientos más estables y que resisten también mejor la
operación de configuración. Sin embargo, la composición fluida de
esmalte a base de resina termoendurecible que se describe
específicamente en el documento
US-A-5.325.580 adolece de falta de
estabilidad a la temperatura ambiente, teniendo tendencia los
constituyentes de la resina termoendurecible disueltos en la
composición a reaccionar entre sí, incluso a la temperatura
ambiente, lo cual da lugar a una evolución de la viscosidad que
necesita frecuentes adaptaciones de las condiciones de aplicación,
en particular en el caso de recubrimiento por rodillo.
La finalidad de la presente invención es por
tanto la de ofrecer una técnica de esmaltado que no presente estos
inconvenientes de la técnica anterior.
La presente invención tiene por objeto una
composición de esmalte que comprende una frita de esmalte y una
resina termoendurecible, consistiendo esta composición en un polvo
de sustancia exento de disolvente para esta resina.
En la definición de la composición dada más
arriba, debe entenderse que la resina termoendurecible o los
constituyentes que la componen no pueden evidentemente ser
considerados como "disolventes".
La composición según la invención está en
principio exenta de disolvente. La expresión "en sustancia exenta
de disolvente" se utiliza aquí para tener en cuenta el hecho de
que la composición podría sin embargo tener una proporción muy baja
de disolvente, lo cual podría deberse, por ejemplo, al hecho de que
hubiera un contenido bajo de disolvente o al hecho de que se
encontraran vestigios en la resina termoendurecible o en uno u otro
de sus constituyentes.
Según una forma de ejecución ventajosa, dicha
resina termoendurecible comprende:
- -
- uno o varios polímeros reticulables,
- -
- uno o varios agentes de reticulación aptos para provocar la reticulación del polímero o los polímeros reticulables, en cantidad suficiente para reticular el polímero o los polímeros reticulables,
- -
- por lo menos un catalizador, en cantidad suficiente para catalizar la reacción de reticulación entre el polímero o los polímeros reticulable y el agente o los agentes de reticulación.
Las resinas termoendurecibles contenidas en la
composición pueden en particular escogerse entre las resinas
termoendurecibles que son utilizadas clásicamente en las
composiciones de pintura en polvo.
Los polímeros reticulables comprendidos en estas
resinas pueden escogerse particularmente entre los polímeros
reticulables del tipo epoxi, poliéster o acrílico.
El agente de reticulación (o "endurecedor")
que debe provocar la reticulación reaccionando con los grupos
reactivos del polímero reticulable debe evidentemente escogerse, de
manera conocida, según sea el polímero que se trate de reticular, y
más particularmente según la naturaleza de los grupos reactivos de
este polímero. La proporción entre el polímero reticulable y el
agente de reticulación debe igualmente escogerse, de manera
conocida, según la naturaleza de estas sustancias utilizadas y según
el grado deseado de reticulación.
El catalizador o los catalizadores que entran en
la composición deben evidentemente escogerse también según el
polímero reticulable y el agente de reticulación comprendido en la
composición, puesto que deben catalizar la reacción entre estas
sustancias.
El polímero o los polímeros reticulables, el
agente o los agentes de reticulación y el catalizador o los
catalizadores, así como la proporción entre estos constituyentes
deben escogerse de tal modo que la reacción de reticulación sea muy
baja en el curso de la fabricación de la composición (que
describiremos después), pero que esta reticulación sea rápida y
suficiente en el momento en el cual se la quiera provocar, al
utilizarse la composición.
La resina termoendurecible puede también
ventajosamente comprender por lo menos un agente de aplicación
extendida. Los agentes de aplicación extendida que contribuyen a
obtener una buena extensión y un buen aspecto de la película fundida
que se formará sobre la chapa, pueden en particular escogerse entre
los agentes conocidos de aplicación extendida dentro del campo de
las pinturas en polvo. Estos agentes pueden en particular ser a base
de poliacrilatos.
La resina termoendurecible puede ventajosamente
comprender también por lo menos un agente de desgasificación apto
para arrastrar los productos volátiles formados durante la operación
de reticulación. El agente de desgasificación, que pueden evitar que
se formen defectos, como las llamadas "picaduras de alfiler"
puede en particular escogerse entre los agentes de desgasificación
conocidos dentro del campo de las pinturas en polvo, y puede por
ejemplo consistir en benzoina.
Según una forma de ejecución particular de la
invención, la composición comprende además por lo menos un agente
lubrificante. El agente lubrificante puede en particular escogerse
entre las ceras de polietileno, las ceras de polietileno oxidadas y
los copolímeros de bajo peso molecular del etileno con el acetato de
vinilo o el ácido acrílico. La incorporación de una pequeña cantidad
(por ejemplo del orden de 1% en peso) de tal agente lubrificante en
la composición facilita la configuración de una chapa recubierta por
una película reticulada obtenida al iniciarse la composición según
la invención. La presencia de tal lubricante en la composición puede
ser útil sobre todo para reducir el riesgo de degradación de tal
película reticulada, cuando la configuración de la chapa necesita
fuertes deformaciones (por ejemplo tratándose de una configuración
por embutición profunda).
Ventajosamente, la composición según la invención
contiene por lo menos 50% y de preferencia por lo menos 70% en peso
de frita de esmalte, con relación al peso total de la
composición.
Como frita de esmalte comprendida en la
composición, se puede utilizar una u otra de las fritas de esmalte
habitualmente utilizadas para esmalte sobre chapa de acero cuando se
realiza la aplicación del esmalte después de la configuración de las
chapas desnudas.
Debemos hacer notar que para el esmalte de las
chapas por el método clásico, se utiliza generalmente un primer tipo
de frita de esmalte para formar el esmalte de base llamado
"esmalte de masa", destinado a formar la primera capa adherente
aplicada al contacto del metal. Un segundo tipo de frita de esmalte
se utiliza a continuación para formar la capa de esmalte de acabado
(o "de cubierta") que es generalmente opaca, blanca o
coloreada. Uno u otro de estos tipos de frita de esmalte pueden
utilizarse para fabricar una composición conforme a la invención;
según que esta composición esté destinada a utilizarse para formar
la primera o la segunda capa de esmalte.
Los cuadros que siguen indican, a titulo de
ejemplos, composiciones usuales de fritas:
| - para el esmalte de base, destinado a la primera capa adherente aplicada | |
| al contacto del metal: | |
| frita | % en peso |
| SiO_{2} | 40-60 |
| Al_{2}O_{3} | 0-7 |
| B_{2}O_{3} | 10-20 |
| K_{2}O | 0-8 |
| CaO | 0-10 |
| Na_{2}O | 5-20 |
| Li_{2}O | 0-10 |
| BaO | 0-20 |
| ZrO_{2} | 0-10 |
| CoO | 0,5-2,5 |
| MnO | 0-4 |
| CuO | 0-4 |
| NiO | 1-5 |
| P_{2}O_{5} | 0-5 |
| F_{2} | 0-7 |
| TiO_{2} | 0-5 |
\vskip1.000000\baselineskip
| - para el esmalte blanco, destinado a la capa de superficie, aplicada antes | |
| o después de la configuración: | |
| frita | % en peso |
| SiO_{2} | 30-50 |
| Al_{2}O_{3} | 0-5 |
| B_{2}O_{3} | 12-24 |
| K_{2}O | 1-10 |
(Continuación)
| frita | % en peso |
| Na_{2}O | 5-15 |
| Li_{2}O | 0-4 |
| TiO_{2} | 0-25 |
| ZnO | 0-3 |
| MgO | 0-3 |
| CaO | - |
| P_{2}O_{5} | 0-5 |
| F_{2} | 0-5 |
La frita de esmalte comprendida en la composición
tiene de preferencia un reparto granulométrico tal que se observa un
rechazo de menos de 10% en volumen (por ejemplo comprendido entre 6
y 10%) después del tamizado con un tamiz de 40 \mum (según la
norma EN 10209).
La composición según la invención, en su
conjunto, debe consistir en un polvo fino, siendo ventajosamente el
máximo de su curva de reparto granulométrico medida con un aparato
de tipo Coulter® igual o inferior a 100 \mum, y de preferencia
igual o inferior a 80 \mum.
La invención tiene igualmente por objeto un
procedimiento de fabricación de una composición de esmalte tal como
queda descrita, procedimiento según el cual:
- -
- se mezclan frita de esmalte bajo forma pulverulenta y resina termoendurecible bajo forma pulverulenta o granular,
- -
- se calienta esta mezcla y se malaxa a una temperatura superior a la temperatura de fusión de la resina termoendurecible pero inferior a la temperatura de reticulación,
- -
- la mezcla así malaxada en caliente se enfría a continuación por debajo de la temperatura de transición vítrea de la resina termoendurecible, y
- -
- la mezcla así enfriada y solidificada se transforma a continuación en polvo.
El malaxado en caliente de los constituyentes de
la composición tiene como finalidad obtener una dispersión fina y
regular de la frita de esmalte en la resina, dispersión en la cual
los granos de polvo de esmalte quedan revestidos por la resina.
El malaxado de la mezcla debe hacerse a una
temperatura a la cual la resina termoendurecible queda
suficientemente fluida para obtener una buena dispersión de la frita
de esmalte en esta resina, pero a la cual no hay reticulación o
poca. Para ciertas composiciones, este malaxado se hará por ejemplo
a una temperatura de 130 a 140º si la reacción de reticulación no
tiene lugar, de manera significativa, más que por encima de los
180ºC.
El calentamiento y el malaxado de la mezcla a una
temperatura superior a la de fusión de la resina termoendurecible
pueden ventajosamente efectuarse en una extruidora calentada.
Según una forma de ejecución particular, la
mezcla calentada y malaxada a una temperatura superior a la de
fusión de la resina termoendurecible es laminada entre unos
cilindros enfriados, transformándose la hoja enfriada así obtenida
en polvo por desmenuzamiento y trituración.
La presente invención tiene igualmente por objeto
un procedimiento de fabricación de una chapa revestida con una
composición que contiene una frita de esmalte y una resina
termoendurecible. Según este procedimiento, se aplica sobre por lo
menos una de las dos caras de una chapa, una capa de una composición
de esmalte pulverulenta tal como queda descrita, siendo a
continuación calentada esta capa a una temperatura y durante un
tiempo que permiten reticular la resina termoendurecible contenida
en la composición.
Bajo el efecto de este calentamiento, la capa de
composición pulverulenta se fluidifica y se transforma en una
película continua, provocando la continuación del calentamiento la
reticulación de la resina contenida en la composición.
Tras haberse aplicado sobre por lo menos una de
las dos caras de la chapa una capa de dicha composición pulverulenta
y después de haberse provocado la reticulación de la resina
termoendurecible de esta capa, se puede eventualmente aplicar sobre
por lo menos una de ambas caras de dicha chapa una nueva capa de
composición pulverulenta conforme a la invención, calentándose a
continuación esta nueva capa a una temperatura y durante un tiempo
que permitan reticular la resina termoendurecible de esta nueva
capa.
Se comprenderá que este procedimiento puede
ejecutarse siguiendo numerosas variantes. Según una de estas
variantes, se aplica en primer lugar sobre las dos caras de una
chapa desnuda una capa de una composición de esmalte pulverulenta
conforme a la invención, que contenga frita de esmalte "de
masa", calentándose después esta capa para provocar la
reticulación. Se aplica a continuación sobre una de las dos caras de
la chapa una nueva capa de composición pulverulenta según la
invención, que contenga frita de esmalte "de cubierta",
calentándose después esta capa para provocar su reticulación.
La capa o las capas de composición pulverulenta
se depositan de preferencia sobre la chapa por aplicación
electrostática.
Para aplicar esta composición pulverulenta en
continuo sobre bandas de chapa, se pueden eventualmente utilizar
técnicas de aplicación convencionales de polvo, como la utilización
de pistola electrostática.
Pero, según una variante preferida de la
invención, se empleará un procedimiento típicamente desarrollado
para la aplicación de polvo en continuo, como uno de los
procedimientos descritos en los documentos US 4.795.339, US
5.279.863 o BE 9800367.
Antes de la aplicación sobre una chapa de una
primera capa de la composición pulverulenta según la invención, esta
chapa debe ser desgrasada.
Antes de la aplicación de la capa de composición
pulverulenta, la chapa desgrasada puede eventualmente ser sometida a
uno o varios tratamientos de superficie, tales como decapado,
pasivación, niquelado, etc.
Como regla general, es ventajoso pero también
suficiente someter la chapa desgrasada a un tratamiento de
fosfatación, por ejemplo una fosfatación amorfa por hierro.
El calentamiento de una capa de dicha composición
pulverulenta aplicada sobre una chapa, para reticular la resina
termoendurecible de esta capa, puede obtenerse haciendo pasar esta
chapa por una o varias estufas de aire caliente.
Según una forma ventajosa de ejecución, este
calentamiento puede obtenerse sin embargo haciendo pasar dicha chapa
por uno o varios hornos de inducción.
La invención tiene igualmente por objeto un
procedimiento de producción de una pieza formada por chapa
esmaltada. Según este procedimiento,
- se fabrica, siguiendo el procedimiento arriba
descrito (o una de las variantes de este procedimiento), una chapa
revestida de una composición (reticulada) que contiene una frita de
esmalte y una resina termoendurecible,
- se configura la chapa revestida con dicha
composición reticulada, en la forma de la citada pieza que se trata
de producir,
- se cuece la pieza formada en condiciones
adaptadas para obtener una pirólisis completa del polímero
reticulado, manteniéndose la temperatura inferior a la temperatura
de vitrificación de la frita contenida en la composición, durante
esta cocción de pirólisis,
- se prosigue después la cocción de la pieza
aumentando la temperatura hasta un grado apropiado para obtener la
vitrificación del esmalte, y
- se enfría la pieza formada esmaltada.
Tras la configuración de la chapa revestida por
dicha composición reticulada y antes de cocer esta pieza para
pirolizar el polímero reticulado, se puede eventualmente aplicar,
sobre por lo menos una cara de dicha pieza formada, una capa de
frita de esmalte pulverulenta.
Cuando una pieza de chapa, configurada y cubierta
de esmalte vitrificado ha sido producida según un procedimiento
conforme a la invención, se puede aplicar sobre por lo menos una de
las dos caras de esta pieza una nueva capa de esmalte.
Esto puede hacerse aplicando (por ejemplo
mediante pistola electrostática) sobre por lo menos una de las dos
caras de esta pieza una capa de frita de esmalte pulverulenta,
cociéndose a continuación la pieza cubierta por esta frita de
esmalte, poniendo su temperatura a un grado apropiado para obtener
la vitrificación de esta capa de frita de esmalte, tras de lo cual
se enfriará la pieza formada esmaltada.
En el procedimiento de producción de una pieza
formada de chapa esmaltada, la configuración de la chapa revestida
por dicha composición reticulada puede hacerse por los
procedimientos habituales de configuración de chapas, en particular
por tanto por embutición y/o aplacado y/o curvatura.
Por lo que se refiere a la cocción de la pieza
formada, es importante que la fase de vitrificación quede separada
de la fase de pirólisis. Es preciso, en efecto, que la pirólisis
termine a una temperatura inferior a la temperatura de transición
vítrea de la frita de esmalte. A tal fin, se puede eventualmente
prever en el perfil de aumento de temperatura, un tiempo (cuya
duración estará, por ejemplo, comprendida entre 15 y 60 segundos)
hasta una temperatura (comprendida por ejemplo entre 400 y 500ºC) a
la cual puede completarse la pirólisis sin que comience la
vitrificación de la frita de esmalte. Procede mantener una atmósfera
oxidante en el horno de cocción, o en la zona del horno de cocción
que corresponda a este aumento, para facilitar la combustión de la
materia carbonada.
Como se puede comprender por la descripción que
antecede, el procedimiento según la invención para la producción de
piezas formadas esmaltadas puede existir bajo la forma de numerosas
variantes.
El conjunto del procedimiento de producción de
una pieza formada con chapa esmaltada puede eventualmente ejecutarse
en un mismo lugar (un mismo taller o una misma fabrica, por
ejemplo). En muchos casos sin embargo las etapas sucesivas del
procedimiento se ejecutarán en por lo menos dos lugares muy
distintos. Así, por ejemplo, el comienzo del procedimiento, es
decir, la fabricación de la chapa (no su configuración) revestida
con dicha composición de esmalte reticulado puede ventajosamente
ejecutarse en una fábrica siderúrgica o a proximidad de la misma,
más allá de una laminadora.
Las chapas así cubiertas con la composición
reticulada pueden entregarse a continuación (bajo la forma de placas
apiladas o en bobinas) a un usuario (por ejemplo un fabricante de
aparatos electrodomésticos o de equipos sanitarios) que dará término
al procedimiento desde la configuración de la chapa revestida, hasta
la obtención de la pieza en forma de chapa, configurada y cubierta
por el esmalte vitrificado.
Con la técnica conforme a la invención, puede
aplicarse el esmalte sobre la chapa en una o varias capas.
En la mayor parte de los casos, se aplicará el
esmalte en dos capas, a saber: una capa "de masa" y una capa
"de cobertura". Sin embargo, el esmalte puede aplicarse
eventualmente en más de dos capas, por ejemplo en tres, esto es:
primeramente dos capas "de masa" y finalmente una capa "de
cobertura".
La primera capa (correspondiente a esmalte de
masa) se aplicará siempre, bajo la forma de composición pulverulenta
según la invención, sobre la chapa plana, y por tanto antes de la
configuración.
Puede eventualmente aplicarse una segunda capa de
composición pulverulenta según la invención, que puede corresponder
o bien a esmalte de masa, o bien a esmalte de cobertura), después de
la cocción de reticulación de la primera capa y antes de la
configuración. Esta segunda capa sustentada por la chapa plana
deberá entonces, a su vez, ser calentada a una temperatura y durante
un tiempo que permitan reticular la resina termoendurecible que
contiene.
Tras la configuración de la chapa, puede
eventualmente aplicarse una nueva capa de esmalte (esmalte de
cobertura), antes o después de la cocción de pirólisis del polímero
y de vitrificación del esmalte de la capa (o de las capas) aplicadas
antes de la configuración. Es importante tener en cuenta que toda
eventual nueva capa aplicada tras la configuración consiste
únicamente en una capa de frita de esmalte. En efecto, en esta fase
de las operaciones, no hay ya razón para utilizar una composición
pulverulenta según la invención puesto que la configuración habrá
tenido ya lugar.
Con respecto al procedimiento de esmaltado
tradicional (esmaltado de piezas preformadas por medio de frita de
esmalte), el procedimiento según la invención ofrece en particular
la ventaja de que las chapas no deben ya ser previamente tratadas en
el taller del usuario (esmaltador). La aplicación de la composición
de esmalte sobre una chapa plana es, además, mucho más fácil y
rápida que la aplicación de frita de esmalte sobre una pieza ya
formada, En un procedimiento según la invención, la aplicación de la
composición de esmalte puede efectuarse en continuo, lo cual permite
principalmente obtener una muy buena regularidad del espesor de la
capa de esmalte.
La técnica según la invención ofrece también
importantes ventajas con relación a una técnica que implica la
aplicación sobre una chapa de una composición fluida que comprende
una frita de esmalte en suspensión en una solución de aglutinante
polimérico.
Una evidente ventaja de la técnica según la
invención se desprende directamente del hecho de que la composición
del esmalte no contiene disolvente. En la técnica anteriormente
conocida en la cual se utiliza una composición fluida que contiene
disolventes orgánicos, deben evaporarse e incinerarse cantidades
importantes de disolventes (aproximadamente de 50 a 100 ml de
disolvente por metro cuadrado de superficie revestida).
Además, utilizando la composición pulverulenta,
se puede aplicar un espesor más importante de composición que
utilizando composiciones fluidas. Con una composición fluida, es
frecuentemente necesario aplicar dos capas de composición - cada una
seguida de una cocción de reticulación - para obtener, después de la
cocción de vitrificación, un espesor suficiente de esmalte
vitrificado. Con la composición pulverulenta según la invención, se
puede conseguir este resultado no aplicando más que una sola capa de
composición sobre la chapa.
La preparación de una composición pulverulenta
según la invención es además más cómoda que la preparación de una
composición de esmalte flúido y no necesita la incorporación en la
composición de agentes de dispersión, de agentes
anti-sedimentación o de agentes
anti-espuma.
El contenido de frita de esmalte de una
composición pulverulenta según la invención puede también ser
sensiblemente más elevado que el de una composición de esmalte
fluida.
Se desprenderán otras particularidades y ventajas
de la invención de cuatro variantes de ejecución descritas a
continuación a titulo de ejemplos no limitativos.
Ejemplos 1, 2, 3 y
4
En cada uno de los cuatro ejemplos, la chapa
utilizada es una chapa de acero laminado en frío del tipo DC04EK
(norma europea EN 10209). Es de hacer notar que la elección de este
tipo de acero no es en modo alguno crítica y que pueden igualmente
utilizarse otras numerosas calidades de acero (por ejemplo los
aceros del tipo DC01EK o DC06EK). En los ejemplos 1, 2 y 3, esta
chapa tiene un espesor de 0,80 mm. En el ejemplo 4, la chapa tiene
un espesor de 0,45 mm.
En los cuatro ejemplos, las composiciones de
esmaltes contienen como resina termoendurecible una resina en polvo
formulada como sigue. Las proporciones de los constituyentes de esta
resina se dan en % en peso con relación al peso total de la resina
formulada:
| 90,88% | resina poliéster comercial con terminación carboxílica; |
| Crylcoat 441® de la Sociedad UCB; | |
| 6,84% | agente de reticulación: TGIC (triglicidilo isocianurato): Araldite PT 810® de la Sociedad Ciba-Geigy; |
| 0,08% | catalizador: escogido dentro del grupo de los halogenuros de fosfonio; |
| 1,63% | agente de aplicación extendida: resina acrílica líquida absorbida sobre sílice: Resiflow PV5 de la So- |
| ciedad Worlée; | |
| 0,57% | agente de desgasificación: benzoina |
Frita de esmalte de masa: tipo GR de la Sociedad
PEMCO.
Esta frita de esmalte se tritura finamente, de
modo que se observe un rechazo de 6 a 10% en volumen después de
tamizar en un tamiz de 40 \mum (norma EN 10209).
Se somete la chapa de acero a un desengrase
alcalino (por medio de una solución comercial de Parcol\thetane
305C® de la Sociedad Chemetall), a un enjuague con agua
desmineralizada y a una fosfatación amorfa en hierro (por medio de
una solución comercial de Bonderite 901® de la Sociedad
Chemetall).
Se mezcla la resina poliéster en seco con los
aditivos (agente de reticulación, catalizador, agente de aplicación
extendida, agente de desgasificación y eventualmente agente
lubricante) y con la frita de esmalte (bajo la forma de polvo fino)
en las proporciones indicadas a continuación (% en peso con relación
al peso total de la composición):
\newpage
| Ejemplo | total resinas | frita | agente lubricante |
| 1 | 50 | 50 | 0 |
| 2 | 20 | 80 | 0 |
| 3 | 19 | 80 | 1 |
| 4 | 20 | 80 | 0 |
El agente lubricante que entra en la composición
según el ejemplo 3 es una cera de polietileno.
Esta mezcla se transfiere a continuación a una
extruidora calentada en la cual se calienta primeramente hasta la
fusión de la resina y de los diversos aditivos (con excepción
naturalmente de la frita de esmalte). En la extruidora, se malaxa y
se mezcla para obtener una perfecta homogeneidad de los componentes,
y después se extruye.
A la salida de la extruidora, se lamina el
producto pastoso entre dos cilindros enfriados, lo cual permite
obtener una hoja delgada. Se transporta esta hoja por medio de una
banda transportadora enfriada que baja la temperatura de la mezcla y
la solidifica. A continuación se desmenuza el material sólido y se
transforma en copos (o "chips"). Estos copos son triturados
finamente a continuación en una trituradora coladora y se tamiza el
resultado.
El polvo fino obtenido presenta las
características siguientes:
- un depósito de 300 g/m^{2} permite obtener,
para una composición que contiene 80% en peso de frita de esmalte
(ejemplos 2, 3 y 4) y después de una cocción de reticulación, un
espesor de aproximadamente 250 \mum,
- se reduce este espesor de 250 \mum a
aproximadamente 100 \mum tras una pirólisis completa de las
materias orgánicas y vitrificación de la frita de esmalte.
En los ejemplos 1, 2 y 3, se aplica la
composición de esmalte, en laboratorio, sobre una de las caras del
substrato, utilizando una pistola electrostática del tipo
"Corona"® hasta la obtención de un revestimiento de 300
g/m^{2}.
En el ejemplo 4, se aplica la composición de
esmalte, sobre línea piloto, en una de las caras del substrato, por
el procedimiento de espolvoreo en continuo descrito en el documento
BE 9800367. Aquí igualmente se obtiene un revestimiento de 300
g/m^{2}.
En los ejemplos 1, 2 y 3, se procede a cocer la
reticulación en una estufa de aire caliente puesta a 330ºC y esto
durante 100 segundos. La temperatura máxima alcanzada por la chapa
de esta cocción de reticulación es de 250ºC.
En el ejemplo 4, se procede a la cocción de
reticulación por paso de la banda de acero revestida por una serie
de hornos de inducción según el perfil térmico ilustrado en la fig.
1 adjunta. La temperatura máxima alcanzada por la chapa en esta
cocción de reticulación es de 250ºC; el tiempo de mantenimiento a
esta temperatura es de aproximadamente 24 segundos.
En cada uno de los cuatro ejemplos, se realiza la
embutición o se pliegan unas muestras planas para poder realizar las
pruebas de evaluación descritas a continuación.
En cada uno de los cuatro ejemplos, se hacen
pasar muestras planas y muestras configuradas, revestidas con la
composición reticulada, por un horno-túnel bajo
atmósfera ambiental. Este horno-túnel está dotado de
medios de evacuación de humos. El perfil térmico de esta cocción
aparece en la gráfica de la fig. 2 adjunta.
La cocción hasta aproximadamente 450ºC permite
pirolizar los constituyentes orgánicos del revestimiento (resina y
otros constituyentes orgánicos). A esta temperatura de 450ºC se
establece un tiempo de aproximadamente 30 segundos en el perfil de
subida en temperatura, para terminar la pirólisis antes de que
aumente de nuevo la temperatura.
Para la vitrificación de la frita de esmalte,
aumenta la temperatura hasta aproximadamente 850ºC. Esta temperatura
máxima de 850ºC se mantiene durante aproximadamente 1 minuto.
Se han efectuado con muestras pruebas de
evaluación, en diferentes fases de la preparación de las piezas
formadas esmaltadas. Estas pruebas se definen a continuación y se
dan después en un cuadro los resultados de las pruebas (para las
muestras de los cuatro ejemplos).
1. Pruebas efectuadas sobre la composición de
aplicación de esmalte tras preparación: curva de reparto
granulométrico del polvo. La curva de reparto granulométrico del
polvo se mide con un aparato de tipo Coulter®. Es el valor tomado en
la cúspide de esta curva que aparece en el cuadro de resultados.
2. Pruebas efectuadas sobre la chapa revestida
con la composición de esmalte reticulada:
- 2.1.
- Propiedades tribológicas de la superficie revestida:
- Se mide el coeficiente de frotación sobre la superficie revestida según el método llamado de "frotación progresiva". Consiste en medir la fuerza necesaria para desplazar, a una velocidad constante de 0,2 m/min., una muestra sujeta entre un carro móvil y una herramienta, para fuerzas de ajuste crecientes, de 300 a 600 kg. El coeficiente de frotación es la proporción entre la fuerza de tracción y la fuerza de presión. Queda generalmente estable entre los valores de la fuerza de presión utilizados.
- 2.2.
- Resistencia a la fisuración y al despegue del revestimiento:
- 2.2.1.
- Después del pliegue (basado en la norma internacional ISO 1519): se efectúa un pliegue único a 180º, de forma cónica; siendo el radio de pliegue mínimo de 0 mm. Se anota el resultado obtenido en "T" que es la relación del radio de pliegue respecto al espesor de la chapa. El valor en "T" permite definir el límite respecto al cual se observa la fisuración del revestimiento o la pérdida de adherencia en la zona del pliegue.
- 2.2.2.
- Después de una embutición de 7 mm de profundidad utilizando un aparato de pruebas Erichsen (según la norma internacional ISO 1520): se examina a simple vista el revestimiento para descubrir eventuales fisuras o pérdidas de adherencia.
- 2.2.3.
- Después de la deformación rápida en la prueba de resistencia al choque (según la norma ECCA T5 (European Coil Coating Association): se anota el valor máximo de la energía del choque (en pulgadas/libras convertidas en kg.cm) en el cual no se observen a) fisuras, - b) pérdida de adherencia.
- 2.3.
- Resistencia al rayado según el método de "Clemen" (según la norma internacional ISO 1518): se anota en (g) la carga mínima que permite que la aguja penetre a través del revestimiento y alcance el metal.
- 2.4.
- Medición de la adherencia después de la prueba de disposición en cuadros contiguos (según la norma internacional ISO 2409): se trazan una serie de rayas perpendiculares espaciadas en 2 mm. Se aplica a continuación sobre la zona señalada una cinta adhesiva y después se arranca dicha cinta. Se anotan los datos de despegue eventual de revestimiento entre valores de 0 (los bordes de las incisiones son perfectamente lisos; no se ha desprendido ninguno de los cuadrados) y 4 (el revestimiento se ha desprendido a lo largo de los bordes de las incisiones en anchas bandas y/o se han desprendido algunos cuadros en parte o en su totalidad. Queda afectada una superficie que represente claramente más de 35% hasta aproximadamente 65%).
- 2.5.
- Resistencia al disolvente: permite caracterizar el grado de reticulación del revestimiento. Se frota un trozo de algodón hidrófilo embebido en metil-etil-cetona sobre la superficie revestida, imprimiendo una serie de 20 movimientos de ida y vuelta (A-R). Se observan las eventuales degradaciones del revestimiento sometido a esta frotación.
3. Pruebas efectuadas sobre la chapa esmaltada
después de la cocción de vitrificación:
- 3.1.
- Aspectos de superficie: verificación visual de la presencia o de la ausencia de defectos.
- 3.2.
- Presencia de "uñetadas": el calentamiento a alta temperatura del acero recubierto de esmalte en presencia de humedad provoca una oxidación del hierro y la producción de hidrógeno atómico (H). Este hidrógeno penetra en el acero debido al aumento de su solubilidad. La capa de esmalte vitrificado se solidifica rápidamente, aprisionando este hidrógeno en el acero. Tras el regreso a la temperatura normal, debido al descenso de solubilidad, se produce saturación de hidrógeno (H) en el metal. Al quedar en grado importante la difusión del hidrógeno a la temperatura ambiental, éste se acumula en forma molecular (H_{2}) en todas las "imperfecciones" del acero, en particular en la interfaz esmalte-acero. Cuando la presión de gas (H_{2}) es localmente demasiado fuerte, se produce un salto de esmalte semicircular semejante a la marca de la uña en la pasta de modelar y que, por tal razón, se denomina "uñetada".
- 3.3.
- Adherencia del esmalte sobre el substrato después de la prueba de resistencia al choque (según la norma europea EN 10209): deformación rápida de la chapa esmaltada por la caída de una masa de 1,5 kg desde una altura que es función del espesor de la chapa que se comprueba (espesor mínimo de 0,6 mm). A continuación se evalúa la adherencia del esmalte por comparación del aspecto del impacto realizado sobre la chapa esmaltada probada y las fotos de referencia. Se obtiene una indicación de 5 niveles, desde "1" donde la superficie del impacto queda totalmente cubierta por esmalte (excelente adherencia hasta "5" donde la superficie del impacto queda completamente desnuda (acero), el cuerpo esmalte/acero presenta (mala adherencia). Esta prueba no se ha efectuado sobre las muestras del ejemplo 4 en las cuales la chapa presenta un espesor de 0,45 mm.
Claims (24)
1. Composición de esmalte que comprende una frita
de esmalte y una resina termoendurecible, caracterizándose
esta composición por consistir en un polvo de sustancia exenta de
disolvente para esta resina.
2. Composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque la resina termoendurecible
comprende:
- -
- uno o varios polímeros reticulables,
- -
- uno o varios agentes de reticulación aptos para provocar la reticulación del polímero o de los polímeros reticulables,
- -
- por lo menos un catalizador apto para catalizar la reacción de reticulación entre el polímero o los polímeros reticulables y el agente o los agentes de reticulación.
3. Composición según la reivindicación 2,
caracterizada porque el polímero o los polímeros reticulables
se escogen entre los polímeros reticulables del tipo epoxi,
poliéster y acrílico.
4. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la resina
termoendurecible comprende por lo menos un agente de aplicación
extendida.
5. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la resina
termoendurecible comprende por lo menos un agente de
desgasificación.
6. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende
por lo menos un agente lubricante.
7. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque contiene
por lo menos 50% en peso de frita de esmalte, con relación al peso
total de la composición.
8. Composición según la reivindicación 7,
caracterizada porque contiene por lo menos 70% en peso de
frita de esmalte, con relación al peso total de la composición.
9. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la frita
de esmalte tiene un reparto granulométrico tal que se observa un
rechazo de menos de 10% en volumen después de tamizar con un tamiz
de 40 \mum.
10. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el máximo
de su curva de reparto granulométrico medida con un aparato de tipo
Coulter® es igual o inferior a 100 \mum.
11. Composición según la reivindicación 10,
caracterizada porque el máximo de su curva de reparto
granulométrico medida con un aparato de tipo Coulter® es igual o
inferior a 80 \mum.
12. Procedimiento de fabricación de una
composición de esmalte según cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque
- -
- se mezclan en seco frita de esmalte en forma pulverulenta y resina termoendurecible bajo forma pulverulenta o granular,
- -
- se calienta y se malaxa esta mezcla a una temperatura superior a la temperatura de fusión de la resina termoendurecible pero inferior a la temperatura de reticulación,
- -
- se enfría a continuación la mezcla así malaxada en caliente por debajo de la temperatura de transición vítrea de la resina termoendurecible,
- -
- se transforma a continuación en polvo la mezcla así enfriada y solidificada.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque el calentamiento y el malaxado de la
mezcla a una temperatura superior a la temperatura de fusión de la
resina termoendurecible, se efectúan en una extruidora
calentada.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque la mezcla
calentada y malaxada a una temperatura superior a la temperatura de
fusión de la resina termoendurecible se lamina entre unos cilindros
enfriados, transformándose a continuación la hoja enfriada así
obtenida en polvo, por desmenuzado y trituración.
15. Procedimiento de fabricación de una chapa
sustancialmente plana, revestida por una composición que contiene
una frita de esmalte y una resina termoendurecible,
caracterizado porque se aplica sobre por lo menos una de las
dos caras de la chapa una capa de una composición pulverulenta según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, calentándose a
continuación esta capa a una temperatura y durante un tiempo que
permiten reticular dicha resina termoendurecible.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque, después de haber aplicado sobre por lo
menos una de las dos caras de la chapa una capa de dicha composición
pulverulenta y después de haber provocado la reticulación de la
resina termoendurecible de esta capa, se aplica sobre por lo menos
una de las dos caras de dicha chapa una nueva capa de composición
pulverulenta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
calentándose después esta nueva capa a una temperatura y durante un
tiempo que permiten reticular la resina termoendurecible de esta
nueva capa.
17. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque dicha
composición pulverulenta se aplica sobre la citada chapa por
aplicación electrostática.
18. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque, antes de la
aplicación sobre la chapa de una primera capa de dicha composición
pulverulenta, se desengrasa esta chapa.
19. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque, antes de la
aplicación sobre la chapa de una primera capa de dicha composición
pulverulenta, se fosfata esta chapa.
20. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque el
calentamiento de una capa de dicha composición pulverulenta aplicada
sobre la chapa, para reticular la resina termoendurecible de esta
capa, se obtiene haciendo pasar dicha chapa por una o varias estufas
de aire caliente.
21. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque el
calentamiento de una capa de dicha composición pulverulenta aplicada
sobre la chapa, para reticular la resina termoendurecible de esta
capa, se obtiene haciendo pasar dicha chapa por uno o varios hornos
de inducción.
22. Procedimiento de producción de una pieza
formada con chapa esmaltada, caracterizado porque
- -
- se fabrica según el procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, una chapa sustancialmente plana, revestida de una composición que contiene una frita de esmalte y una resina termoendurecible,
- -
- se configura la chapa revestida con dicha composición reticulada, en la forma de dicha pieza que se trata de producir,
- -
- se cuece la pieza formada en condiciones adaptadas para obtener una pirólisis completa del polímero reticulado, manteniéndose la temperatura inferior a la temperatura de vitrificación de la frita de esmalte contenida en la composición, durante esta cocción de pirólisis,
- -
- se continúa la cocción de la pieza aumentando la temperatura hasta una temperatura apropiada para obtener la vitrificación del esmalte,
- -
- se enfría la pieza formada esmaltada.
23. Procedimiento según la reivindicación 22,
caracterizado porque, después de configurarse la chapa
revestida con dicha composición reticulada y antes de cocer la pieza
formada para pirolizar el polímero reticulado, se aplica sobre por
lo menos una cara de dicha pieza formada, una capa de frita de
esmalte pulverulenta.
24. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 22 y 23, caracterizado porque, después de
haber enfriado la pieza formada esmaltada,
- se aplica sobre por lo menos una de las dos
caras de esta pieza formada una capa de frita de esmalte
pulverulenta,
- se cuece la pieza cubierta por esta capa de
frita pulverulenta poniendo su temperatura a un grado apropiado para
obtener la vitrificación de esta capa de frita de esmalte, y
- se enfría la pieza formada esmaltada así
producida.
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