FR2705040A1 - Method of flame spraying a thermosetting polymer material and substrates carrying a deposit of thermoset polymer obtained by flame spraying. - Google Patents
Method of flame spraying a thermosetting polymer material and substrates carrying a deposit of thermoset polymer obtained by flame spraying. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé de projection à la flamme de particules (1) d'un matériau polymère sur un substrat (3), caractérisé en ce qu'on projette sur le substrat des particules d'un matériau polymère thermodurcissable au moyen d'un courant gazeux central (4) formé d'un gaz vecteur inerte, ledit courant gazeux central étant chauffé par au moins une flamme (6) dirigée vers le substrat, concentrique au courant gazeux central, et générée par combustion d'un mélange d'oxygène ou d'un gaz contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible, et en ce qu'on interpose entre le courant de gaz vecteur inerte et ladite flamme un courant gazeux de protection (8) constitué d'un gaz inerte et concentrique au courant gazeux central.The invention relates to a method of flame spraying particles (1) of a polymeric material onto a substrate (3), characterized in that particles of a thermosetting polymeric material are projected onto the substrate by means of a central gas stream (4) formed of an inert carrier gas, said central gas stream being heated by at least one flame (6) directed towards the substrate, concentric with the central gas stream, and generated by combustion of a mixture of oxygen or an oxygen-containing gas and a combustible gas, and in that there is interposed between the inert carrier gas stream and said flame a protective gas stream (8) consisting of an inert gas and concentric with the central gas flow.
Description
i L'invention concerne un procédé de projection à la flamme d'un matériaui The invention relates to a method of flame projection of a material
polymère thermodurcissable et les substrats portant un dépôt de polymère thermodurci réalisé par projection à la flamme.- 5 La projection à la flamme consiste à fondre un matériau (sous forme de fil ou de poudre) à l'aide d'une flamme oxy-combustible et à le projeter sur un substrat à l'aide d'un gaz porteur. Pratiquement tous les matériaux peuvent être projetés, en particulier les matériaux10 polymères thermoplastiques. Ces derniers sont caractérisés par un réseau linéaire, complètement achevé, qui ne subit thermosetting polymer and substrates carrying a deposit of thermosetting polymer produced by flame spraying. - 5 Flame spraying consists in melting a material (in the form of wire or powder) using an oxy-fuel flame. and projecting it onto a substrate using a carrier gas. Virtually all materials can be sprayed, particularly thermoplastic polymer materials. The latter are characterized by a linear network, completely completed, which does not undergo
aucune réticulation au moment de la cuisson. Leurs caractéristiques ne sont pas modifiées même s'ils subissent plusieurs fusions. Parmi ces matériaux, les15 plus couramment utilisés en projection à la flamme sont les polyamides et les polyéthylènes. no crosslinking at the time of cooking. Their characteristics are not changed even if they undergo several mergers. Among these materials, the 15 most commonly used in flame projection are polyamides and polyethylenes.
Contrairement aux matériaux polymères thermoplastiques, les matériaux polymères thermodurcissables subissent une réticulation structurale irréversible lorsqu'on les chauffe et acquièrent une structure tridimensionnelle qui les rend infusibles. Parmi les différents matériaux polymères thermodurcissables, on peut citer, à titre d'exemple, les résines époxydes, les Unlike thermoplastic polymeric materials, thermosetting polymeric materials undergo irreversible structural crosslinking when heated and acquire a three-dimensional structure which makes them infusible. Among the various thermosetting polymer materials, there may be mentioned, by way of example, epoxy resins,
polyesters insaturés et les copolymères époxyde- unsaturated polyesters and epoxy copolymers-
polyester. Ces matériaux polymères thermodurcissables ne pouvaient pas être jusqu'à présent projetés à la flamme et polyester. These thermosetting polymer materials could not previously be projected by flame and
sont généralement projetés par un procédé électrostatique. are generally projected by an electrostatic process.
Le procédé de projection électrostatique présente, toutefois, certaines limitations qui restreignent son domaine d'application et il serait donc utile de disposer d'un procédé permettant de projeter à la flamme un The electrostatic spraying process has, however, certain limitations which limit its field of application and it would therefore be useful to have a process making it possible to spray a flame
matériau polymère thermodurcissable. thermosetting polymer material.
L'invention vise justement à fournir un tel procédé. The invention aims precisely to provide such a method.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de projection à la flamme de particules d'un matériau polymère sur un substrat, caractérisé en ce qu'on projette sur le substrat des particules d'un matériau polymère thermodurcissable au moyen d'un courant gazeux central formé d'un gaz vecteur inerte, ledit courant gazeux central étant chauffé par une flamme dirigée vers le substrat, concentrique au courant gazeux central, et5 générée par combustion d'un mélange d'oxygène ou d'un gaz contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible, et en ce qu'on interpose entre le courant de gaz vecteur inerte et ladite flamme un courant gazeux de protection constitué d'un gaz inerte et concentrique au courant gazeux central.10 Comme gaz vecteur et comme gaz de protection, on peut utiliser tout gaz inerte et en particulier l'azote, More particularly, the invention relates to a method of flame spraying particles of a polymeric material onto a substrate, characterized in that particles of a polymeric material thermosetting are projected onto the substrate by means of a gas stream. central formed by an inert carrier gas, said central gas stream being heated by a flame directed towards the substrate, concentric with the central gas stream, and generated by combustion of a mixture of oxygen or of an oxygen-containing gas and a combustible gas, and in that there is interposed between the inert carrier gas stream and said flame a protective gas stream consisting of an inert gas and concentric with the central gas stream.10 As carrier gas and as protection, any inert gas and in particular nitrogen can be used,
l'argon et l'hélium. Le gaz vecteur et le gaz de protection peuvent être identiques ou différents. On préfère employer de l'azote tant comme gaz vecteur que15 comme gaz de protection pour des raisons de coût. argon and helium. The carrier gas and the shielding gas may be the same or different. It is preferred to use nitrogen both as a carrier gas and as a shielding gas for cost reasons.
Le gaz de protection sert non seulement à protéger les particules projetées de l'action oxydante de la flamme, mais aussi à transmettre à ces particules la chaleur fournie par la flamme, nécessaire à la cuisson de The shielding gas is used not only to protect the projected particles from the oxidizing action of the flame, but also to transmit to these particles the heat supplied by the flame, necessary for the cooking of
ces particules.these particles.
La flamme peut être engendrée par un mélange d'un gaz oxydant, par exemple l'oxygène ou l'air, et d'un gaz combustible, par exemple le propane ou le produit Tétrène(R) vendu par la Société AIR LIQUIDE, qui est un mélange de méthylacétylène, de propadiène, de propylène et The flame can be generated by a mixture of an oxidizing gas, for example oxygen or air, and a combustible gas, for example propane or the product Tetrene (R) sold by the company AIR LIQUIDE, which is a mixture of methylacetylene, propadiene, propylene and
d'autres hydrocarbures.other hydrocarbons.
Des exemples non limitatifs de matériaux polymères thermodurcissables pouvant être projetés par le procédé de l'invention sont les matériaux époxy, les polyesters insaturés, les copolymères époxyde-polyester, et des matériaux composites à base de polymère thermodurcissable (par exemple à base d'un polymère thermodurcissable et Nonlimiting examples of thermosetting polymer materials which can be sprayed by the process of the invention are epoxy materials, unsaturated polyesters, epoxy-polyester copolymers, and composite materials based on thermosetting polymer (for example based on a thermosetting polymer and
d'un métal), entre autres.of a metal), among others.
Le matériau polymère thermodurcissable doit être sous forme de particules d'une grosseur inférieure à 100 The thermosetting polymeric material must be in the form of particles of a size less than 100
pm, de préférence comprise entre 40 et 60 pm. pm, preferably between 40 and 60 pm.
Les conditions opératoires doivent être choisies de façon appropriée. The operating conditions must be chosen appropriately.
Les paramètres opératoires les plus influents sont: - la puissance de la flamme définie par les débits et pression du gaz combustible et de l'oxygène; et - la température et le temps de séjour des particules dans le courant central conditionnés par les pressions et débits du gaz de protection et du gaz vecteur.10 Ces paramètres doivent être convenablement choisis en fonction du matériau polymère qu'il s'agit de projeter et de son état de division, afin d'éviter la dégradation thermique du matériau polymère. Il n'est donc pas possible de définir des conditions générales convenant dans tous les cas. Cependant, l'homme du métier pourra déterminer des conditions adéquates dans The most influential operating parameters are: - the power of the flame defined by the flow rates and pressure of the combustible gas and oxygen; and - the temperature and the residence time of the particles in the central current conditioned by the pressures and flow rates of the shielding gas and the carrier gas. 10 These parameters must be suitably chosen as a function of the polymer material to be sprayed and its state of division, in order to avoid thermal degradation of the polymer material. It is therefore not possible to define general conditions suitable in all cases. However, a person skilled in the art will be able to determine suitable conditions in
chaque cas spécifique par de simples essais de routine. each specific case by simple routine tests.
Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'une buse ou d'un pistolet de projection thermique tel que décrit dans FR-A-2.671. 292 dont les enseignements The method of the invention can be implemented using a nozzle or a thermal spray gun as described in FR-A-2,671. 292 whose teachings
sont incorporés ici par référence. are incorporated here by reference.
L'invention concerne aussi, à titre de produits nouveaux, les substrats portant un revêtement de matériau polymère déposé par projection à la flamme, caractérisé en ce que ledit matériau polymère est un matériau thermodurcissable. La figure unique est une vue schématique illustrant l'invention. Sur cette figure, des particules 1 de matériau polymère thermodurcissable sont projetées à l'aide d'un pistolet de projection du type décrit dans FR-A-2 671 292 dont on n'a représenté que la face avant de la buse 2, en direction d'un substrat 3 à revêtir. Les particules 1 sont véhiculées par un courant gazeux central 4, émanant d'un orifice central 5 de la buse, et chauffées par une flamme 6 concentrique au courant 4 et dirigée vers le substrat 3. Cette flamme émane d'une pluralité d'orifices 7 prévus dans la buse 2 et répartis sur une couronne concentrique à l'orifice 5. Entre la flamme 6 et le courant 4, est interposé un courant gazeux 8 de protection, émanant d'une fente annulaire 9 prévue sur la buse 2 entre l'orifice central 5 et les orifices 7. A titre indicatif et non limitatif, les conditions de pression P et de débit Q suivantes se sont révélées appropriées pour la projection d'une poudre époxy, à l'aide d'un pistolet de projection thermique du genre décrit dans FR-A- 2 671 292 --dont les enseignements sont incorporés ici par référence-- muni d'une buse comportant un orifice central de passage des particules à projeter et de leur gaz vecteur d'un diamètre de 5 mm, un orifice ou fente annulaire pour le passage du gaz protecteur, concentrique à l'orifice central, distant de 3,5 mm du centre de l'orifice central et d'une largeur de 1 mm, et 24 orifices d'un diamètre de 0,9 mm, répartis de façon équidistante sur un cercle d'un diamètre de 23 mm de même centre que l'orifice central, pour la formation de la The invention also relates, as new products, to the substrates carrying a coating of polymeric material deposited by flame spraying, characterized in that said polymeric material is a thermosetting material. The single figure is a schematic view illustrating the invention. In this figure, particles 1 of thermosetting polymeric material are projected using a spray gun of the type described in FR-A-2 671 292 of which only the front face of the nozzle 2 has been shown, in direction of a substrate 3 to be coated. The particles 1 are conveyed by a central gas stream 4, emanating from a central orifice 5 of the nozzle, and heated by a flame 6 concentric with the current 4 and directed towards the substrate 3. This flame emanates from a plurality of orifices 7 provided in the nozzle 2 and distributed on a ring concentric with the orifice 5. Between the flame 6 and the current 4, a protective gas stream 8 is interposed, emanating from an annular slot 9 provided on the nozzle 2 between the central orifice 5 and orifices 7. By way of non-limiting indication, the following pressure P and flow rate conditions Q have been found to be suitable for spraying an epoxy powder, using a thermal spray gun of the kind described in FR-A- 2 671 292 - the teachings of which are incorporated here by reference - provided with a nozzle comprising a central orifice for the passage of the particles to be sprayed and their carrier gas with a diameter of 5 mm , an orifice or annular slot for the passage of the protective gas, concentric with the central orifice, 3.5 mm distant from the center of the central orifice and 1 mm wide, and 24 orifices with a diameter of 0.9 mm, distributed in a manner equidistant on a circle with a diameter of 23 mm with the same center as the central hole, for the formation of the
flamme à partir d'un mélange gazeux approprié. flame from an appropriate gas mixture.
- Combustible (Tétrène(R)) 2 < P < 2,5 bars 400 < Q < 500 1/h - Oxygène: 3,5 < P < 4 bars 1000 < Q < 1500 1/h - Gaz de protection (azote): 1,5 < P < 2 bars 3500 < Q < 4500 1/h - Gaz vecteur (azote) 0,6 < P < 1 bar 1500 < Q < 2500 1/h Les exemples non limitatifs suivants sont donnés - Fuel (Tetrene (R)) 2 <P <2.5 bars 400 <Q <500 1 / h - Oxygen: 3.5 <P <4 bars 1000 <Q <1500 1 / h - Shielding gas (nitrogen) : 1.5 <P <2 bars 3500 <Q <4500 1 / h - Carrier gas (nitrogen) 0.6 <P <1 bar 1500 <Q <2500 1 / h The following nonlimiting examples are given
dans le but d'illustrer l'invention. in order to illustrate the invention.
Exemple 1 et Exemples comparatifs A et B Dans ces exemples, on a projeté une poudre époxyde blanche, à l'aide du pistolet et de la buse susdécrits, en utilisant, comme gaz de protection et comme gaz Example 1 and Comparative Examples A and B In these examples, a white epoxy powder was sprayed, using the gun and the nozzle described above, using, as a shielding gas and as a gas.
vecteur, de l'azote, de l'air ou de l'oxygène. vector, nitrogen, air or oxygen.
Les conditions opératoires étaient les suivantes: Réglage de la flamme Combustible (Tétrène(R)) P = 2 bars, Q = 440 1/h Oxygène P = 3,7 bars, Q = 1400 1/h Réglage du gaz de protection Azote (Ex. 1) P = 2 bars, Q = 4500 1/h Air (Exemple comparatif A) P = 2 bars, Q = 4500 l/h, puis P = 1,5 bar et Q = 3500 1/h car la flamme était très The operating conditions were as follows: Adjustment of the Fuel flame (Tetrene (R)) P = 2 bars, Q = 440 1 / h Oxygen P = 3.7 bars, Q = 1400 1 / h Adjustment of the nitrogen protection gas ( Ex. 1) P = 2 bars, Q = 4500 1 / h Air (Comparative example A) P = 2 bars, Q = 4500 l / h, then P = 1.5 bar and Q = 3500 1 / h because the flame was very
oxydante et trop longue.oxidizing and too long.
Oxygène (Exemple comp. B) P = 2 bars, Q = 4500 l/h, puis P = 1,5 bar et Q = 3500 1/h car la flamme était très Oxygen (Comp. Example B) P = 2 bars, Q = 4500 l / h, then P = 1.5 bar and Q = 3500 1 / h because the flame was very
oxydante et trop longue.oxidizing and too long.
Réglage du gaz vecteur Azote (Ex. 1) P = 0,8 bar, Q = 2000 1/h Air (Exemple comparatif A) P = 0,8 bar, Q = 2000 1/h Carrier gas adjustment Nitrogen (Ex. 1) P = 0.8 bar, Q = 2000 1 / h Air (Comparative example A) P = 0.8 bar, Q = 2000 1 / h
Oxygène (Exemple comparatif B) P = 0,8 bar, Q = 2000 1/h. Oxygen (Comparative Example B) P = 0.8 bar, Q = 2000 1 / h.
Les résultats de ces essais étaient les suivants: Le dépôt de résine époxyde obtenu avec l'azote (Exemple 1) était bien blanc et sa surface était The results of these tests were as follows: The deposit of epoxy resin obtained with nitrogen (Example 1) was very white and its surface was
parfaitement lisse.perfectly smooth.
Le dépôt obtenu avec l'air (Exemple comparatif A) était légèrement gris et sa surface était un peu moins The deposit obtained with air (Comparative Example A) was slightly gray and its surface was slightly less
lisse que dans le cas de l'Exemple 1. smooth than in the case of Example 1.
Le dépôt obtenu avec l'oxygène (Exemple comparatif B) était grisâtre, rugueux et comportait même des petits The deposit obtained with oxygen (Comparative Example B) was greyish, rough and even included small
monticules de poudre.mounds of powder.
L'altération de couleur observée dans les cas des Exemples Comparatifs A et B est due à une dégradation (carbonisation) du matériau polymère résultant d'une The color change observed in the cases of Comparative Examples A and B is due to a degradation (carbonization) of the polymer material resulting from a
oxydation par la flamme.flame oxidation.
Par rapport à la projection électrostatique qui est la technique la plus utilisée pour déposer les matériaux thermodurcissables, le présent procédé de projection à la flamme offre les avantages suivants: - Possibilité de réparer des pièces endommagées, - Possibilité de projection sur des substrats non conducteurs (brique, carton, plastique.. .), - Possibilité de faire des dépôts épais (jusqu'à Compared to electrostatic spraying, which is the most used technique for depositing thermosetting materials, this flame spraying process offers the following advantages: - Possibility of repairing damaged parts, - Possibility of spraying onto non-conductive substrates ( brick, cardboard, plastic ...), - Possibility of making thick deposits (up to
plusieurs mm).several mm).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |