PL182899B1 - Sposób pokrywania proszkowego i proszek do pokrywania proszkowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób pokrywania proszkowego, w którym sporzadza sie proszek pokrywajacy i przygotowuje sie powierzchnie przedmiotu przeznaczona do pokrywania proszkowego, po czym na przedmiot nanosi sie proszek, korzystnie przez napylanie, tworzac warstwe proszku i tymczasowo przytrzymuje sie proszek na powierzchni za pomoca wlasciwosci przygotowanego przedmiotu, po czym stapia sie proszek i potem doprowadza sie go do stanu stalego przez utwardzenie tworzac warstwe pokry- wajaca na powierzchni przedmiotu, znamienny tym, ze doprowadza sie proszek do stanu stopionego poprzez nagrzewanie proszku do temperatury ponizej 100°C, a korzystnie do temperatury z zakresu 60-100°C, w czasie nanoszenia proszku na przygotowana powierzchnie przedmiotu, a nastepnie warstwe proszku poddaje sie dzialaniu promieniowania, i utwardza sie powstala prosz- kowa warstwe pokrywajaca poprzez dzialanie promienio- wania na zespól inicjatora zawartego w materiale polime- rowym stosowanego proszku. 8. Proszek do pokrywania proszkowego, zawie- rajacy utwardzalny material polimerowy, znamienny tym, ze zawiera material polimerowy o temperaturze topnienia nizszej niz 100°C, korzystnie w zakresie 60-100°C, i zawiera zestaw srodków inicjujacych utwardzanie proszku promieniowaniem elektromagnetycznym. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pokrywania proszkowego i proszek do pokrywania proszkowego.

Pokrywanie proszkowe jest znaną metodą nanoszenia powłok na przedmioty. Materiałem wyjściowym jest proszek pokryciowy, któremu jest nadawany ładunek elektryczny i który jest rozpylany na powierzchnie przedmiotu w celu ostatecznego osadzenia na nich. Następnie proszek przeprowadza się w stan stały po nagrzaniu do jego temperatury topnienia. Ponieważ proszek składa się z tworzywa sztucznego, które przy nagrzewaniu ulega utwardzeniu, to wymaga on doprowadzenia go do stosunkowo wysokiej temperatury, rzędu 200°C.

Sposób pokrywania proszkowego jest stosowany w odniesieniu do przedmiotów o dobrej wytrzymałości na ciepło i mających powierzchnię przewodzącą elektryczność. Jeżeli powierzchnia jest nieprzewodząca, przedmiot nie może być uziemiony ani zasilany ładunkiem o znaku przeciwnym do ładunku proszku i występują trudności w utrzymaniu proszku przywartego do podłoża w czasie między rozpylaniem a nagrzaniem do temperatury topnienia.

W przypadku powierzchni nieprzewodzących, trudności w osiągnięciu różnicy polaryzacji między proszkiem a przedmiotem rozwiązywano w niektórych procesach albo przez pokrywanie przedmiotu lakierem przewodzącym, albo przez poddawanie działaniu wody w takim stanie, że na powierzchni powstawała warstwa przewodzącej wilgoci. Te sposoby jednak zyskały tylko ograniczone zastosowanie z powodu wad, spowodowanych na przykład faktem, że pokrywanie stanowi dodatkową operację, wprowadza dodatkowy materiał i może powodować w efekcie adhezję gorszą, niż adhezja pokrycia proszkowego na powierzchni czystej, a ponadto zmianę zabarwienia, przy stosowaniu lakierów przezroczystych.

Wprowadzanie wody może oddziaływać na adhezję pokrycia proszkowego i spowodować uszkodzenie przedmiotu przez zamknięcie naniesionej wody pod pokryciem.

Inny sposób powodowania adhezji proszku do powierzchni przedmiotu nieprzewodzącego przedstawiono w opisie patentowym DE Al 3 211 282. We wspomnianym dokumencie przedmiot o dobrej odporności na ciepło i będący przedmiotem szklanym, nagrzewa się do temperatury 400-900°C. Powoduje to, że granulki proszku, które uderzają w przedmiot ulegają stopieniu i przylepiają się do powierzchni, umożliwiając zastosowanie stałego procesu utwardzania dla przekształcenia w stan jednolitego ciała stałego. Przedmioty, które już w niższej temperaturze stwarzają ryzyko odkształcenia lub jakiekolwiek inne zmiany, nie mogą być poddawane obróbce przy wysokiej temperaturze wymaganej w tym sposobie. Zatem omawiany sposób nie może mieć zastosowania na przykład do przedmiotów wykonanych z drewna lub tworzywa sztucznego.

Sposób pokrywania proszkowego przedmiotu, według wynalazku, polega na tym, że sporządza się proszek pokrywający i przygotowuje się powierzchnię przedmiotu przeznaczoną do pokrywania proszkowego, po czym na przedmiot nanosi się proszek, korzystnie przez napylanie, tworząc warstwę proszku i tymczasowo przytrzymuje się proszek na powierzchni za pomocą właściwości przygotowanego przedmiotu, po czym stapia się proszek i potem doprowadza się go do stanu stałego przez utwardzenie tworząc warstwę pokrywającą na powierzchni przedmiotu.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że doprowadza się proszek do stanu stopionego poprzez ogrzewanie proszku do temperatury poniżej 100°C, a korzystnie do temperatury z zakresu 60-100°C, w czasie nanoszenia proszku na przygotowaną powierzchnię przedmiotu, a następnie warstwę proszku poddaje się działaniu promieniowania, i utwardza się powstałą proszkową warstwę pokrywającą poprzez działanie promieniowania na zespół inicjatora zawartego w materiale polimerowym stosowanego proszku.

Przygotowuje się powierzchnię przedmiotu poprzez nagrzewanie przynajmniej warstwy powierzchniowej przedmiotu do temperatury mięknienia lub topienia proszku nanoszonego na przedmiot, przy czym po nanoszeniu proszku utrzymuje się stan przylepienia proszku do przedmiotu do czasu utwardzenia proszkowej warstwy za pomocą promieniowania.

Przed nanoszeniem proszku przedmiot ogrzewa się do temperatury topienia proszku i doprowadza się do utworzenia jednorodnej warstwy na powierzchni przedmiotu, a następnie utwardza się ją do stanu stałego.

182 899

Przed nanoszeniem proszku przedmiot ogrzewa się do temperatury częściowego stopienia proszku i nanosi się proszek na powierzchnię przedmiotu, a następnie ogrzewa się warstwę proszku na przedmiocie do stopienia jej w jednorodną warstwę, po czym utwardza się ją.

Przedmiot i proszek przygotowuje się nadając im przeciwną biegunowość elektrostatyczną, a następnie nanosi się proszek, korzystnie za pomocą napylania, i przytrzymuje się go na powierzchni przedmiotu poprzez oddziaływanie elektrostatyczne, a następnie ogrzewa się proszek do niskiej temperatury doprowadzając do stopienia go i następnie utwardza się warstwę za pomocą promieniowania.

Po osiągnięciu temperatury topnienia przez proszek nałożony na przedmiot, przedmiot poddaje się normalizacji i utrzymuje się go w temperaturze nie wyższej, a korzystnie niższej, od temperatury topnienia proszku.

Przy utwardzaniu stosuje się promieniowanie za pomocą światła ultrafioletowego.

Proszek do pokrywania proszkowego przedmiotu, według wynalazku, zawierający co najmniej jeden utwardzalny materiał polimerowy, charakteryzuje się tym, że zawiera materiał polimerowy o temperaturze topnienia niższej niż 100°C, korzystnie w zakresie 60-100°C, i zawiera zestaw środków inicjujących utwardzanie proszku promieniowaniem elektromagnetycznym.

Zestaw środków inicjujących zawiera składniki inicjujące utwardzanie promieniowaniem ultrafioletowym.

Co najmniej jeden materiał polimerowy stanowi składnik główny, a proszek zawiera ponadto zestaw fotoinicjatora utwardzenia polimeru promieniowaniem ultrafioletowym oraz środek wyrównujący powierzchnie warstwy.

Jako składnik główny proszek zawiera poliester nienasycony, który stanowi od około 70% do około 100%, utwardzacz do około 30%, fotoinicjatory około 1-3% i środki wyrównujące około 1-3%.

Sposób według obecnego wynalazku może być stosowany do różnych materiałów, również w przypadku powierzchni nieprzewodzących, i nie wymaga żadnej obróbki wstępnej dla otrzymania właściwości przewodzenia.

Związanie proszku z powierzchnią przedmiotu może się odbywać przez nagrzanie przedmiotu, lub otaczającej atmosfery, tak że nakładanie proszku i nagrzewanie realizowane jest w tej samej operacji, w związku z czym nie jest niezbędne specjalne nagrzewanie po nałożeniu proszku.

Sposób można realizować bez wytwarzania jakiejkolwiek przeciwnej polaryzacji między naładowanym elektrostatycznie proszkiem a przedmiotem. Taka różnica polaryzacji może jednakowoż powstać i jest korzystna dla spowodowania równomiernego rozprowadzenia proszku po wszystkich powierzchniach przedmiotu, zwłaszcza przy ich skomplikowanym ukształtowaniu. Zatem sposób nie wymaga, ale też i nie wyklucza, jakiejkolwiek formy ładowania lub rozładowywania elektrostatycznego przedmiotu, na przykład kiedy chodzi o przedmiot wykonany z materiału nieprzewodzącego, przez zastosowanie, przedstawionego we wprowadzeniu, pokrywania lakierem przewodzącym lub nawilżania. Ponadto, w niektórych przypadkach podczas nagrzewania powstaje ładunek elektryczny, zjawisko, które w niektórych okolicznościach można wykorzystać.

Zatem sposób według wynalazku zapewnia możliwość otrzymania większej grubości warstwy i wyższej wytrzymałości mechanicznej w porównaniu z lakierowaniem na mokro. Sposób jest również bardzo przyjazny dla środowiska. Jest tak, ponieważ nie ma potrzeby stosowania żadnych rozpuszczalników a proszek, który w procesie napylania nie trafia na przedmiot, może być zbierany w komorze napylania w celu ponownego wykorzystania.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie realizacji na załączonym rysunku, który przedstawia schemat instalacji do realizacji procesu pokrywania proszkowego sposobem według niniejszego wynalazku.

Według niniejszego wynalazku, sposób pokrywania proszkowego polega na tym, że przygotowywuje się proszek pokrywający przedmiot, a jednocześnie przy goto wy wuj e się przedmioty przeznaczone do pokrywania, zaś następnie nakłada się proszek na przedmioty i wygrzewa się warstwę do stopienia proszku i przylepienia się go do powierzchni pokrywa

182 899 nych przedmiotów, po czym utwardza się warstwę poddając przedmiot działaniu promieniowania ultrafioletowego.

Proszek pokrywający sporządza się z polimeru utwardzalnego promieniowaniem elektromagnetycznym, zwłaszcza przez napromieniowanie światłem ultrafioletowym. Korzystnie wprowadza się do niego pigment, w przypadku, gdy pokrycie ma być kolorowe. Proszek sporządza się jako niepigmentowany, w przypadku wytwarzania pokrycia przezroczystego, zachowującego widoczność powierzchni znajdującej się pod spodem. Jest to często stosowane dla przedmiotów drewnianych. Skład proszku dobiera się tak, że ma on temperaturę topnienia niższą od temperatury, do której będą nagrzane pokrywane przedmioty. Ta granica temperatury topnienia określona jest częściowo właściwościami materiału przedmiotu, ponieważ struktura niektórych materiałów zmienia się z temperaturą. W przypadku pokrywania niektórych tworzyw termoplastycznych sporządza się proszek mający dość niską temperaturę topnienia, nawet poniżej 100°C. Graniczna temperatura topnienia proszku jest dobierana również odpowiednio do wrażliwości przedmiotu pokrywanego na odkształcenia przy nagrzewaniu. Ta wrażliwość zależy od struktury przedmiotu, przedmiot o zwartym kształcie nie odkształca się łatwo, jak przedmioty o kształcie tarczowym lub podłużnym wysmukłym, i również zależy od jednorodności materiału przedmiotu. Na przykład pewne gatunki drewna są bardzo podatne na odkształcanie przy nagrzewaniu. Zasadniczy zakres temperatur topnienia lub temperatury mięknienia proszku zawiera się od 60 do 100°C.

Inną zasadniczą właściwością którą powinien posiadać proszek jest możliwość inicjowania utwardzania promieniowaniem elektromagnetycznym. Według korzystnego przykładu realizacji wynalazku proszek pokrywający dobiera się tak, aby można było utwardzać go przy zastosowaniu promieniowania ultrafioletowego (UV) i korzystnie stosuje się dlatego proszek polimerowy. Dobre wyrównanie powierzchni otrzymanej powłoki przy niskiej temperaturze topnienia osiąga się stosując proszek przynajmniej częściowo składający się z polimerów, na przykład poliestru, w połączeniu ze środkami wyrównującymi.

Korzystnie stosuje się proszek zawierający polimery ze środkami inicjującymi utwardzanie, na przykład inicjatorami aktywowanymi promieniowaniem, wskutek czego możliwe jest późniejsze utwardzanie powłoki proszkowej za pomocą promieniowania ultrafioletowego w zakresie długości fali 350-400 nm.

Z proszku polimerowego bez pigmentów lub innego barwnika, po utwardzeniu otrzymuje się warstwę przezroczystą która nie kryje znajdującej się pod nią powierzchni. Jeżeli pożądana jest warstwa nieprzezroczysta, na przykład zmętnianą biała, czarna lub barwiona, dodaje się pigmenty lub inne barwniki.

Za pomocą pewnych dodatków do proszku reguluje się połysk pokrywanej powierzchni. Jeżeli jednak dodatki takie powodują zmiany w odniesieniu do wymienionych wymaganych właściwości, niskiej temperatury topnienia i możliwości utwardzania UW, to uwzględnia się to przy sporządzaniu proszku.

Korzystny proszek polimerowy stosowany w sposobie według wynalazku zawiera jako główny składnik od 50 do 100% poliestru nienasyconego, amorficznego lub krystalicznego. Poza tym korzystnie zawiera utwardzacz, w celu osiągnięcia wzrostu usieciowania przy utwardzaniu. Ten utwardzacz w ilości 15-50% korzystnie stanowi aromatyczny oligomer dwuakryłanu uretanu, trójakrylan trójhydroetyloizocyjanuranu, ester winylowy, oligomer akrylouretanowy i podobne.

Dla zainicjowania utwardzania potrzebne jest dodanie środka fotoinicjującego. Wielkość tego dodatku waha się w zakresie 1-3%. W przypadku lakieru bezbarwnego jako fotoinicjatora używa się ketonu 1-hydroksycykloheksylowego, a w przypadku zestawów pigmentujących na biało tlenku 2,4,6- trójmetylobenzoilodwufenylofosfoninowego. Podaje się to tylko w charakterze przykładu, a do specjalnych celów mogą być zastosowane zupełnie inne fbtoinicjatory. Proszek korzystnie zawiera także środek wyrównujący. Korzystnie stosuje się go w ilości 1-3%. Jako środek wyrównujący stosuje się na przykład akrylany.

Do proszku dodaje się korzystnie inne dodatki, na przykład w celu zmatowienia lakieru, lub uniknięcia problemów z oparami z pokrywanego przedmiotu i tym podobnych.

182 899

Skład kompozycji proszku, który zaleca się do pokrywania drewna (lakier bezbarwny) i który zapewnia dobre wyrównanie po stopieniu przy niskich wartościach temperatury i dobrą odporność na rozpuszczalniki, jest:

Nienasycony poliester 70-85%

Utwardzacz 15-30%

Fotoinicjator 1-3%

Środek wyrównujący 1-3%

W tym przypadku, temperatura topnienia proszku powinna wynosić najwyżej 80-90°C dla zapewnienia, że drewno materiału podkładowego nie zostanie uszkodzone w fazie topnienia. Stapianie należy wykonywać za pomocą ogrzewania promieniowaniem podczerwonym lub za pomocą kombinacji promieniowania podczerwonego i ciepła konwekcyjnego. Wskutek tego, że promieniowanie podczerwone szybko nagrzewa drewno do pożądanej temperatury, faza topnienia proszku, występująca przy stosunkowo wysokich temperaturach, nie trwa zbyt długo. Można przyjąć, że trwa ona kilka minut, lecz to zależy od gatunku pokrywanego materiału. Niektóre materiały zawierające drewno są bardzo wrażliwe na szybkie nagrzewanie i mogą wykazywać silne odgazowywanie. Może to powodować, że konieczne będzie zastosowanie wolniejszego i bardziej starannego sposobu nagrzewania.

Skład kompozycji proszku, który zaleca się do pokrywania metalu (lakier bezbarwny) i który wykazuje podatność na odkształcenia i adhezję do metalu, jest następujący:

Nienasycony poliester 80-<100%

Utwardzacz 0-20%

Fotoinicjator 1-3%

Środek wyrównuj ący 1 -3 %

Również ten zestaw nadaje się do pigmentacji, ale konieczne jest odpowiednie dostosowanie foto inicjatora. Proszku tego nie należy stosować przy zbyt niskich wartościach temperatury procesu.

Wszystko, co powiedziano uprzednio w odniesieniu do promieniowania i jego danych, odnosi się w zasadzie również dla ostatnio podanego składu. Należy również wspomnieć, że kiedy chodzi o pewne kompozycje, foto inicjatory można zastąpić innymi zespołami inicjatorów podatnych na inne promieniowanie.

Podane kompozycje wymieniono tylko w charakterze przykładu i mogą się one zmieniać w szerokich granicach, jak to przedstawiono, i w taki sposób, że nadają się do zastosowania w opisywanym sposobie. Tak więc, kompozycje do zastosowania według niniejszego wynalazku mogą zawierać inne główne składniki, niż poliester, na przykład epoksydowe, akrylany, uretany, melaminy i inne. Można stosować również mieszaniny kilku różnych polimerów.

W sposobie według wynalazku przygotowuje się przedmiot do pokrywania w taki sposób, aby proszek był zatrzymywany na jego powierzchni aż do osiągnięcia trwałego przylepiania dzięki stopieniu i utwardzeniu proszku.

Przygotowywanie przedmiotu realizuje się różnymi metodami, indywidualnie, lub przez oddziaływanie wzajemne, zależnie od materiału przedmiotu i jego konstrukcji.

W korzystnym wariancie sposobu, nagrzewa się przedmiot do temperatury odpowiadającej temperaturze topnienia proszku tak, że granulki proszku po nałożeniu na powierzchnie przedmiotu stapiają się i przylepiają do powierzchni. Nagrzewanie przedmiotu stosuje się niezależnie od tego, czy przedmiot ma powierzchnię przewodzącą, czy nie, i wtedy stosuje się proszek o składzie według niniejszego wynalazku przy niskiej temperaturze.

Należy zauważyć, że nie jest konieczne skrośne nagrzewanie przedmiotu do temperatury topnienia proszku, lecz tylko jego powierzchni do głębokości zapewniającej dostatecznie równomierne rozłożenie temperatury w przedmiocie, i w taki sposób, aby ta temperatura utrzymywała się aż do naniesienia proszku na tę powierzchnię. Za temperaturę topnienia proszku nie uważa się temperatury przejścia proszku w stan płynny, lecz temperaturę, w której proszek osiągnie taki stopień mięknienia, który umożliwia przylepienie się proszku do powierzchni przeznaczonej do pokrycia.

182 899

Fakt, że nagrzania wymaga tylko powierzchnia i że temperatura może być utrzymywana na niskim poziomie, jest korzystny, kiedy proszkowo pokrywane są przedmioty, które mogą wytrzymywać wprawdzie wyższą temperaturę, lecz których nagrzewanie do wyższej temperatury jest mimo wszystko niekorzystne. Jest tak w przypadku na przykład przedmiotów o dużej masie, których nagrzewanie do wyższej temperatury wymaga dużego zużycia energii. Jest tak zwłaszcza w przypadku przedmiotów z materiału przewodzącego ciepło, kiedy ciepło ulega szybkiemu rozproszeniu wewnętrznemu. Jednym z przykładów jest pokrywanie masywnych przedmiotów żeliwnych. Wymagają one znacznego czasu nagrzewania przy dużym zużyciu energii, jeżeli stosowane są sposoby inne, niż według niniejszego wynalazku.

W licznych zastosowaniach, przedmiot, który ma być pokrywany ma ograniczoną odporność na ciepło. Zwykle takimi materiałami są przedmioty drewniane, przedmioty prasowane, jak na przykład karton z włókien drzewnych lub przedmioty plastikowe. Należą do nich także przedmioty wykonane ze zbrojonego tworzywa sztucznego i/lub przedmioty o dużym dodatku wypełniacza. Zwykle materiał, który ma małą odporność na ciepło, jak w przypadku drewna i większości tworzyw sztucznych, jest również nieprzewodzący. Materiały o dużej odporności na ciepło są zwykle metalami, które są przewodzące. Ogrzewanie może się odbywać różnymi sposobami: przez konwekcję za pomocą strumienia gorącego powietrza, przez napromieniowanie podczerwienią lub w przypadkach wyjątkowych, kiedy chodzi na przykład o płyty przeznaczone do pokrycia tylko po jednej stronie, przez nagrzewanie w wyniku przewodzenia od nagrzanych powierzchni. Szczególnie użyteczny jest sposób, w którym jednocześnie występuje nagrzewanie konwekcją i za pomocą promieniowania podczerwonego. Promieniowanie podczerwone zapewnia szybkie i stosunkowo głębokie nagrzewanie obrabianej powierzchni, a strumień powietrza powoduje bardzo równomierny rozkład temperatury na powierzchniach przedmiotu. Ma to zastosowanie nawet do przedmiotów o bardzo skomplikowanym kształcie zewnętrznym, nawet kiedy promieniowanie podczerwone nie dociera do wszystkich części powierzchni.

W korzystnym przykładzie realizacji sposobu, proszek przytrzymuje się na powierzchni przedmiotu za pomocą sił elektrostatycznych. W tym celu nadaj e się proszkowi pewien potencjał elektryczny a przedmiotowi potencjał elektryczny o przeciwnej biegunowości. Stosuje się to w przypadku przedmiotów mających powierzchnię przewodzącą.

W przypadku przedmiotów mających powierzchnię nieprzewodzącą powierzchni korzystnie nadaj e się cechy przewodzące za pomocą przewodzącego lakieru lub przez nawilżenie. Dopuszczalne są również inne sposoby nadawania przedmiotowi przeciwnej biegunowości.

Po nagrzaniu odpowiednie przedmioty przenosi się do miejsca, w którym może odbyć się napylanie proszku. Dogodnie napylanie proszku realizuje się za pomocą pistoletów rozpylających rozmieszczonych tak, że proszek może uderzać w pokrywane powierzchnie. W związku z tym korzystne jest, jeżeli pistolety są dostosowane konstrukcyjnie do ładowania proszku ładunkiem elektrycznym. Stosuje się także zasilane wysokim napięciem urządzenie ładujące, lub wykorzystuje się ładowanie się proszku w wyniku tarcia o ścianki z materiału dobranego do tego celu, podczas przejścia proszku przez sprzęt rozpylający. Ładunek powoduje, że granulki proszku odpychają się wzajemnie, w wyniku czego tworzą się otaczające przedmiot chmury cząstek.

Przy uderzaniu cząstek w przedmiot, podczas wspomnianego powyżej wyrównywania temperatury przez cząstki do temperatury nagrzania przedmiotu, docierają one w stanie lepkim i osiadają na powierzchni przedmiotu. W ten sposób na odpowiednich przedmiotach powstaje pokrywająca, ale nie utwardzona, warstwa materiału pokrywającego na bazie polimerowej.

W korzystnym przykładzie realizacji sposobu, rozpyla się proszek w atmosferze nagrzanej do tego stopnia, że jego temperatura zbliża się do temperatury topnienia, a przynajmniej do temperatury lepkości, i przylepia się proszek do powierzchni przedmiotu.

Jak wspomniano wcześniej, polimeryzacja materiału proszkowego odbywa się przez ogrzewanie, w przypadku proszkowego pokrycia konwencjonalnego z reguły w piecu konwekcyjnym. Zgodnie z tym nagrzewanie powoduje najpierw stapianie materiału, przy czym granulki proszku przytrzymywane są początkowo siłami elektrostatycznymi. Następnie następuje utwardzanie, które inicjowane jest nagrzewaniem.

182 899

Ponieważ proces według niniejszego sposobu realizuje się przy na tyle niskiej temperaturze, że w wyniku ogrzewania nie można osiągnąć utwardzania, czyli że w dowolnym przypadku potrzebny byłby tak długi czas od inicjacji, że byłoby to niemożliwe do zrealizowania w procesie przemysłowym, konieczne jest zastosowanie innej metody inicjacji utwardzania. Według wynalazku, proces utwardzania inicjuje się za pomocą promieniowania ultrafioletowego.

Utwardzanie promieniowaniem ultrafioletowym stosuje się w celu otrzymania gotowego pokrycia. Jednak może być korzystne, przynajmniej w niektórych przypadkach, regulowanie stanu nałożonej, lepkiej warstwy pokrywającej. Taka zmiana w warstwie dokonuje się przez zmianę temperatury, albo chłodzenie, albo nagrzewanie.

W niektórych przypadkach może pojawić się ryzyko, że warstwa, w stanie częściowo rozpuszczonym, lepkim, i nagrzewana skrośnie w sposób ciągły na zasadzie przewodnictwa cieplnego nagrzanego przedmiotu, osiąga stan na tyle płynny, że występuje niebezpieczeństwo spływania ciekłego proszku z pokrywanego przedmiotu i tworzenia kropel na wystających krawędziach przedmiotu. Aby temu zapobiec, korzystnie schładza się powłokę obniżając w ten sposób temperaturę od temperatury niezbędnej do stopienia cząstek proszku do temperatury, przy której kształtowana warstwa osiąga stan bardziej stały.

W odróżnieniu od tego, w przypadku, kiedy niekorzystne jest nagrzewanie przedmiotu do temperatury, której wymaga użyty proszek do odpowiedniego stopienia, nagrzewanie po napylaniu może być korzystnym w celu obniżenia lepkości. Dzięki temu niecałkowicie stopione granulki proszku zlewają się z ukształtowaniem równomiernej warstwy. Jeżeli utrzymywana była niska temperatura przedmiotu, ze względu na przeciwskazania poddawania go działaniu wyższej temperatury, zachodzi potrzeba następnego nagrzewania w taki sposób, aby nagrzewana była głównie tylko nałożona warstwa, a nie znajdujący się pod spodem przedmiot. Tak więc, nagrzewanie można zrealizować z zastosowaniem procesu szybkiego, wykorzystującego promieniowanie podczerwone, korzystnie w połączeniu z przepływem gorącego powietrza w krótkim procesie.

W wielu przypadkach w ogóle nie występuje potrzeba takiego pośredniego normalizowania temperatury. W takim przypadku ten etap się pomija.

Utwardzanie promieniowaniem ultrafioletowym odbywa się w specjalnie dostosowanej komorze, do której wprowadza się przedmioty po napylaniu proszku i ewentualnym pośrednim normalizowaniu. W komorze rozmieszczona jest pewna liczba promienników UV, z których promieniowanie powinno dochodzić do wszystkich pokrywanych powierzchni przedmiotu. Kiedy niektóre przedmioty mają kształt skomplikowany i chodzi o pokrywanie ich z różnych stron, może być konieczna specjalna konstrukcja. Tak więc, może być konieczne rozmieszczenie dużej liczby promienników UV ustawionych w różnych kierunkach i mogą one być uzupełnione zwierciadłami, kierującymi występujące promieniowanie pod innymi kątami. Może być stosowane również kierowanie promieni wokół odpowiednich przedmiotów. W odróżnieniu od tego możliwe jest również obracanie lub przemieszczanie w inny sposób przedmiotów przed źródłami promieniowania.

Kiedy promieniowanie pada na warstwę pokrywającą, zespół inicjatora zapoczątkowuje polimeryzację. Jest przy tym możliwe bardzo szybkie przeprowadzanie tego procesu, na przykład w czasie poniżej 2 sekund. Krótki czas obróbki w stosunku do czasu utwardzania cieplnego daje duże korzyści, w przypadku produkcji przemysłowej. Osiąga się z jednej strony szybszy przepływ elementów obrabianych, a z drugiej strony możliwość zredukowania długości instalacji w stosunku do wymaganej w przypadku pieca do utwardzania.

Wspomniane poprzednio pośrednie normalizowanie, zwłaszcza schładzanie, może odbywać się równocześnie z napromieniowywaniem UV. Dzięki stosowaniu odpowiednio dostosowanego schładzania można uniemożliwić osiągnięcie niekorzystnie wysokich temperatur, spowodowanych dopływem ciepła od szeregu nagrzanych przedmiotów i promieniowania UV.

Po utwardzeniu, proces jest zakończony a przedmioty mają utwardzoną powłokę.

Powinno się to odbywać przy innych długościach fali UV zależnie od pigmentowania lakiem i od dodanego fotoinicjatora. Dogodne jest widmo UV w dolnym zakresie, 200-350 nm, przy czym zakłada się, że wykorzystuje się fotoinicjator wykazujący w tym zakresie absorp

182 899 cję. W lakierach pigmentowanych na biało, stosuje się dwutlenek tytanu z rutylu, absorbujący te długości fali. W wyniku tego konieczne jest stosowanie innego fotoinicjatora, który reaguje na długości fali, które nie są pochłaniane przez pigment. Wymaga to stosowania innej lampy. Istnieją lampy, które mają maksimum przy 350-400 run i przy 400-450 nm i istnieją również fotoinicjatory, które pochłaniają te dwie duże długości fal. Można również barwić utwardzane promieniowaniem UV pokrycie proszkowe na wiele innych sposobów. W każdym oddzielnym przypadku pigmenty muszą być dostosowane do właściwego fotoinicjatora i lampy.

Lampy o dużym natężeniu promieniowania ułatwiają utwardzanie za ich pomocą warstw grubych i umożliwiają zwiększenie prędkości utwardzania. Warstwa, która ma być utwardzana nie musi znajdować się wtedy w ognisku lampy, lecz może być umieszczona w pewnej odległości od niego. Jest to stosowane zwłaszcza, kiedy chodzi o lakiery bezbarwne. W przypadku zestawów pigmentowanych jest bardziej istotne, aby natężenie promieniowania było możliwie duże.

W niniejszym opisie odmiany wykonania przedstawia się stosowanie promieniowania UV do utwardzania proszku. To jednak nie wyklucza wykorzystania według wynalazku innego promieniowania elektromagnetycznego. Poza tym użyteczne mogą być kombinacje różnych rodzajów promieniowania.

Na załączonym rysunku przedstawiono przykład wykonania instalacji do realizacji procesu przemysłowego sposobem według wynalazku.

Przedstawiona na rysunku instalacja zawiera tunel 1, przez który przenosi się przeznaczone do obróbki przedmioty 2 za pomocą przenośnika podwieszonego 3, którego część transportowa wędruje w kierunku według rysunku z lewa na prawo. Na rysunku tunel 1 przedstawiono w stanie otwarcia, w przekroju wzdłużnym. W związku z tym widać wyraźnie, że jest on podzielony na cztery komory, z których każda jest dostosowana do realizacji jednego z etapów procesu. Sporządzanie proszku nie odbywa się w instalacji. Zakłada się, że proszek wprowadza się już przygotowany, gotowy do zastosowania w instalacji.

Na wstępie znajduje się komora nagrzewania 5, w której przygotowuje się przedmioty. W komorze nagrzewania 5 są umieszczone promienniki promieniowania ultrafioletowego 6, i otwory wlotowe 7 powietrza nagrzanego dostarczanego z zespołu nagrzewaj ąco-nadmuchowego.

Za komorą nagrzewającą 5 jest usytuowana komora napylania 9. Wewnątrz niej jest umieszczony zestaw pistoletów rozpylających 10, które za pośrednictwem wężów 12 połączone są z zasobnikiem proszku 13. Jak pokazano, pistolety rozpylające 10 mogą być zaopatrzone w kilka dysz rozpylających 15. Za pomocą układu napędzanego sprężonym powietrzem, nie przedstawionego bardziej szczegółowo, proszek jest zasysany z zasobnika 13 w górę przez wąż 12 do odpowiedniego pistoletu rozpylającego 10 w celu rozpylania na zewnątrz przez dysze rozpylające 15. Przy tym zakłada się, że wewnątrz pistoletów rozpylających 10 znajdują się kanały wykonane z materiału, na przykład policzterofluoroetylenu, które poprzez tarcie między ściankami a proszkiem nadają temu ostatniemu ładunek elektryczny. W odróżnieniu od tego, lub w uzupełnieniu tego, pistolety rozpylające 10 są zaopatrzone w powierzchnie ładujące, zasilane prądem elektrycznym wysokiego napięcia.

Następna komora normalizująca 16 dostosowana jest konstrukcyjnie do ewentualnego końcowego normalizowania. Wyposażona jest w otwory wlotowe 17 powietrza zarówno nagrzanego, jak i schłodzonego, i korzystnie jest zaopatrzona również w promienniki podczerwieni dla nagrzewania uzupełniającego. Komorę normalizującą 16 można pominąć, jeżeli w omawianym procesie nie zakłada się końcowego normalizowania.

Na końcu tunelu 1 jest usytuowana komora utwardzająca 18. W komorze utwardzającej 18 rozmieszczona jest pewna liczba promienników promieniowania ultrafioletowego 19. Jak wspomniano wcześniej, mogą w niej znajdować się również zwierciadła, i korzystne jest, jeżeli ścianki komory utwardzającej 18 umożliwiają odbijanie promieni.

W celu utrzymania stałej temperatury przedmiotu w komorze utwardzającej 18 lub nawet jego schładzania, w komorze utwardzającej 18 znajdują się otwory wlotowe powietrza (nie pokazane). Powietrze to może być częściowo dostarczane z przewodu powrotnego (nie pokazany) od komory, a częściowo z wlotu źródła powietrza o temperaturze niższej. Źródłem powietrza może być albo atmosfera otaczająca, jeżeli temperatura otoczenia jest dostatecznie

182 899 niska, albo powietrze z chłodnicy. Ponadto komora utwardzająca 18 ma wylot powietrza odlotowego, w przypadku, kiedy powietrze odlotowe nie jest zawracane całkowicie, lecz jest całkowicie lub częściowo zastępowane powietrzem z wlotu otworów wlotowych. Proporcje powietrza zawracanego podawanego przez otwory wlotowe i świeżego powietrza reguluje sterowana termostatem przepustnica, w celu utrzymywania stałej temperatury wewnątrz komory utwardzającej 18 odpowiadającej temperaturze najbardziej właściwej dla procesu.

Najczęściej, podczas ciągłego procesu pokrywania, nie można uniknąć akumulowania ciepła powodującego wzrost temperatury, którą należy regulować, ponieważ wprowadzane nagrzane przedmioty wnoszą ciągle pewne ilości ciepła. Równocześnie nie można uniknąć emitowania przez promienniki promieniowania ultrafioletowego 19 pewnej ilości ciepła, powodującej pewien wzrost temperatury. Regulację temperatury prowadzi się za pomocą opisanego układu chłodzenia.

Przy realizacji sposobu w opisanej instalacji, przedmioty kolejno zawieszane są na części ruchomej przenośnika 3. Na początku przedmioty wprowadzane są kolejno do komory nagrzewania 5. Przenośnik 3 porusza się z prędkością dobraną do długości potrzebnego w etapie obróbki czasu przebywania w odpowiednich komorach. W komorze nagrzewania 5 przedmioty omywane są nagrzanym powietrzem, wdmuchiwanym przez otwory wlotowe 7 równomiernym strumieniem, i są wystawiane na działanie promieniowania podczerwonego. Powoduje to nagrzewanie równomiernie rozłożone na powierzchni przedmiotów, które prowadzone są dostatecznie długo dla umożliwienia zatrzymania ciepła potrzebnego do następnego etapu.

W komorze napylania 9 napyla się proszek za pomocą pistoletów rozpylających 10. Ogólnie biorąc powinny one być dostosowane do położeń danego przedmiotu i często również do jego konstrukcji, na przykład pod względem liczby dysz. W niektórych przypadkach może być konieczne zawieszenie pistoletów rozpylających 10 w sposób ruchomy, nadając im podczas napylania ruch po określonym torze.

W razie potrzeby, w komorze normalizującej 16 odbywa się uzupełniająca obróbka cieplna, albo chłodzenie w celu ustabilizowania warstwy na nagrzanych przedmiotach, albo nagrzewanie w celu osiągnięcia lepszego wyrównania warstwy przylepionej do przedmiotu.

Na koniec w komorze utwardzającej 18 następuje za pomocą promieniowania z promienników promieniowania ultrafioletowego 19 zainicjowanie utwardzania. Przedmioty muszą przebywać w tej komorze przez pewien czas, i korzystne jest, jeżeli komora utwardzająca 18 jest na tyle długa, że podczas przebywania w niej przedmiotów następuje stabilizowanie warstwy. Odpowiednio do tego można zróżnicować napromieniowywanie wzdłuż komory utwardzającej 18, na przykład przez bardziej intensywne napromieniowywanie przy wlotowym końcu komory, niż przy końcu wylotowym.

Przedstawiony w niniejszym sposób i instalacja zostały opisane jedynie w charakterze korzystnego przykładu realizacji. Jednak w zakresie załączonych zastrzeżeń mogą znaleźć się inne odmiany wykonania. W przypadkach, gdzie chodzi o przedmioty mające powierzchnię przewodzącą, przylepianie proszku do przedmiotów może, korzystnie, odbywać się za pomocą sił elektrostatycznych, podczas gdy stapianie proszku, które jest niezbędne w przypadku tego procesu, odbywa się za pomocą nagrzewania końcowego, bez potrzeby wstępnego nagrzewania przedmiotów. Taka odmiana realizacji sposobu jest całkowicie zgodna z istotą obecnego wynalazku obejmującą elektrostatyczne ładowanie lub rozładowanie przedmiotu, nanoszenie proszku, nagrzewanie do temperatury topnienia proszku i utwardzanie.

Możliwe są różne sposoby nanoszenia proszku, z których napylanie jest najbardziej korzystnym.

W wyniku tego, sposób, jak również kompozycję proszku można dostosowywać na wiele różnych sposobów do rzeczywistych potrzeb i typów przedmiotów przeznaczonych do obróbki, i do ich materiałów. Wspólne dla wszystkich odmian wykonania jest natomiast, że stosuje się stapianie proszku topniejącego w niskiej temperaturze powodując utworzenie warstwy polimerowej na powierzchni odpowiednich przedmiotów przeznaczonych do pokrywania, po czym odbywa się proces utwardzania za pomocą promieniowania bez istotnego wzro

182 899 stu temperatury. W ciągu całego procesu utrzymywana jest zatem temperatura, która jest znacznie niższa, niż stosowana poprzednio w tej dziedzinie.

Sposób według wynalazku może być stosowany do proszkowego pokrywania przedmiotów, które nie nadają się do nagrzewania do wysokiej temperatury, która musi być ograniczona do około 100°C a nawet poniżej. Dla przedmiotów mających powierzchnie nieprzewodzące, sposób można realizować bez potrzeby użycia jakiegokolwiek lakieru przewodzącego, ani nawilżenia. Sposób zatem ma zastosowanie do nakładania powłok na przedmioty drewniane, takie, jak meble, i przedmioty wykonane z tworzywa sztucznego, które na przykład ze względu na wytrzymałość lub koszt mają mieć powierzchnię gotowego przedmiotu o wyglądzie różniącym się od wyglądu tworzywa. W przypadku przedmiotów drewnianych, pokryciem może być przezroczysty lakier, który zapewnia odpowiednią odporność struktury drewna.

Niniejszy sposób może również, jak wspomniano uprzednio, znaleźć zastosowanie, korzystnie, do przedmiotów masywnych, na przykład części żeliwnych, w celu zmniejszenia zużycia energii na nagrzewanie.

182 899

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pokrywania proszkowego, w którym sporządza się proszek pokrywający i przygotowuje się powierzchnię przedmiotu przeznaczoną do pokrywania proszkowego, po czym na przedmiot nanosi się proszek, korzystnie przez napylanie, tworząc warstwę proszku i tymczasowo przytrzymuje się proszek na powierzchni za pomocą właściwości przygotowanego przedmiotu, po czym stapia się proszek i potem doprowadza się go do stanu stałego przez utwardzenie tworząc warstwę pokrywającą na powierzchni przedmiotu, znamienny tym, że doprowadza się proszek do stanu stopionego poprzez nagrzewanie proszku do temperatury poniżej 100°C, a korzystnie do temperatury z zakresu 60-100°C, w czasie nanoszenia proszku na przygotowaną powierzchnię przedmiotu, a następnie warstwę proszku poddaj e się działaniu promieniowania, i utwardza się powstałą proszkową warstwę pokrywającą poprzez działanie promieniowania na zespół inicjatora zawartego w materiale polimerowym stosowanego proszku.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przygotowuje się powierzchnię przedmiotu poprzez nagrzewanie przynajmniej warstwy powierzchniowej przedmiotu do temperatury co najmniej mięknienia, a zwłaszcza topienia, proszku nanoszonego na przedmiot, przy czym po nanoszeniu proszku utrzymuje się stan przylepienia proszku do przedmiotu do czasu utwardzenia proszkowej warstwy za pomocą promieniowania.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed nanoszeniem proszku przedmiot ogrzewa się do temperatury topienia proszku i doprowadza się do utworzenia jednorodnej warstwy na powierzchni przedmiotu, a następnie utwardza się ją do stanu stałego.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed nanoszeniem proszku przedmiot nagrzewa się do temperatury częściowego stopienia proszku i nanosi się proszek do powierzchni przedmiotu, a następnie ogrzewa się warstwę proszku na przedmiocie do stopienia jej w jednorodną warstwę, po czym utwardza się ją.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przygotowuje się przedmiot i proszek nadając im przeciwny ładunek elektrostatyczny, a następnie nanosi się proszek, korzystnie za pomocą napylania, i przytrzymuje się go na powierzchni przedmiotu poprzez oddziaływanie elektrostatyczne, a następnie ogrzewa się proszek do niskiej temperatury doprowadzając do stopienia go i następnie utwardza się warstwę za pomocą promieniowania.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po osiągnięciu temperatury topnienia przez proszek nałożony na przedmiot, przedmiot poddaje się normalizacji i utrzymuje się go w temperaturze nie wyższej, a korzystnie niższej, od temperatury topnienia proszku.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że przy utwardzaniu stosuje się promieniowanie za pomocą światła ultrafioletowego.
8. 8. Proszek do pokrywania proszkowego, zawierający utwardzalny materiał polimerowy, znamienny tym, że zawiera materiał polimerowy o temperaturze topnienia niższej niż 100°C, korzystnie w zakresie 60-100°C, i zawiera zestaw środków inicjujących utwardzanie proszku promieniowaniem elektromagnetycznym.
9. 9. Proszek według zastrz. 8, znamienny tym, że zestaw środków inicjujących zawiera składniki inicjujące utwardzanie promieniowaniem ultrafioletowym.
10. 10. Proszek według zastrz. 8, znamienny tym, że co najmniej jeden polimer stanowi składnik główny, a ponadto zawiera zestaw fotoinicjatora utwardzenia polimeru promieniowaniem ultrafioletowym oraz środek wyrównujący powierzchnię warstwy.
11. 11. Proszek według zastrz. 10, znamienny tym, że jako składnik główny zawiera poliester nienasycony, który stanowi od około 70% do około 100%, utwardzacz do około 30%, foto inicjatory około 1-3% i środki wyrównujące około 1-3%.

    182 899