Brevet FR2832652A1 — publié le 20030530

PROCÉDÉ AMÉLIORÉ DE RECOUVREMENT D'UN OBJET PAR UN FILM ET APPAREILLAGE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCÉDÉ domaine de l'invention] La présente invention concerne un procédé amélioré de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre préalablement déposée sur l'objet et l'appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il existe actuellement à l'échelle industrielle plusieurs procédés de recouvrement d'un objet. Le premier procédé est le poudrage électrostatique, il consiste à charger la poudre d'électricité statique et à la mettre en contact avec l'objet à recouvrir relié à un potentiel zéro. Par exemple la poudre est injectée dans un pistolet électrostatique qui va charger la dite poudre par effet Corona (aussi appelé effet couronne), par triboélectrification ou par combinaison des deux. La poudre ainsi chargée est projetée sur l'objet à recouvrir relié à un potentiel zéro. Selon une autre forme de poudrage électrostatique on trempe l'objet relié à un potentiel zéro dans un lit fluidisé de poudre chargée. A l'intérieur du lit fluidisé se trouve de la poudre dont on veut recouvrir l'objet. Cette poudre est sous la forme de particules solides de faible taille, par exemple entre 0.01 et 1 mm, de forme quelconque, qui sont en état de fluidisation à l'intérieur du lit en présence d'air ou de tout autre gaz. Dans le lit fluidisé il existe des électrodes pour charger la poudre par effet corona ou un dispositif pour la charger par effet triboélectrique. L'objet recouvert de poudre est ensuite placé dans un four à une température suffisante pour assurer un revêtement par fusion de la poudre provoquant la filmification. Par exemple pour une poudre de polyamide 11 il suffit de chauffer à 220 C. Le deuxième procédé consiste à préchauffer l'objet à recouvrir à une température supérieure à la température de fusion de la poudre. Une fois chaud, l'objet est immédiatement immergé dans un lit fluidisé de la poudre, la poudre fond au contact de l'objet-chaud et filmifie. Un recouvrement solide est ainsi assuré. Dans ce procédé, on trempe un objet chaud dans un lit fluidisé froid et pour lutter contre la déperdition calorifique on a besoin d'un four à une température plus haute que celle nécessaire à la filmification, ce qui entraîne une consommation énergétique accrue. De plus si l'objet est constitué de parties ayant des inerties thermiques très différentes ces différentes parties n'ont pas la même température et donc l'épaisseur du film n'est pas uniforme. La présente invention concerne une amélioration du procédé électrostatique et plus particulièrement l'étape dans laquelle l'objet recouvert de poudre est mis dans un four à une température suffisante pour assurer un revêtement par fusion de la poudre. [L'art antérieur et le problème technique Le brevet US 3248253 décrit des lits fluidisés électrostatiques dans lesquels sont disposées des électrodes portées à de très hauts potentiels. Dans de tels lits fluidisés électrostatiques, les particules sont chargées par effet couronne qui consiste à ioniser l'air au voisinage d'une pointe et donc à charger électriquement les particules dans cette zone. Les objets à revêtir accrochés à un système de convoyage et reliés à la terre passent au-dessus du lit fluidisé et se recouvrent de poudre par attraction électrostatique. Selon une variante les objets à revêtir sont immergés dans le lit fluidisé. Ensuite on passe les objets dans un four pour provoquer la fusion de la poudre et former un film. Le brevet WO 0076677 décrit un procédé de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre dans lequel : (a) on dispose d'un lit de poudre fluidisée électrisée dans une cuve, cette poudre étant chargée essentiellement par un dispositif tribochargeur, autre que les parois de la cuve, situé dans la cuve et/ou à l'extérieur de la cuve, (b) on trempe dans la cuve l'objet relié à un potentiel zéro ou suffisant pour le recouvrir de poudre, (c) on place ensuite l'objet recouvert de la poudre dans un four à une température suffisante jusqu'à obtenir le film de revêtement par fusion de la poudre. Dans ce brevet il s'agit d'un lit fluidisé électrostatique tribochargé essentiellement à l'aide d'un dispositif autre que les parois de la cuve. La poudre est tribochargée, on crée ainsi une forte densité volumique de charge à l'intérieur du lit fluidisé. La poudre est chargée et fluidisée. Si on plonge dans le lit chargé un objet à recouvrir relié à un potentiel zéro ou suffisant, on va se trouver en présence d'un champ électrique créé par le volume de poudre chargée. Ceci va contribuer à une bonne électrodéposition sur l'objet à la terre. L'objet peut être à une polarisation positive ou négative ou zéro. L'objet ayant été recouvert de poudre, que ce soit par l'un des procédés décrits ci dessus ou à l'aide d'un pistolet électrostatique on lui fait subir un chauffage pour que la poudre fonde et forme un film sur l'objet. Dès qu'on commence à chauffer l'objet recouvert de poudre il se produit une relaxation des charges et selon la nature de la poudre, la nature de l'objet à recouvrir et sa géométrie une partie de la poudre peut se détacher avant d'avoir fondu et formé le film. On a maintenant trouvé qu'il suffisait de disposer des électrodes dans le four, ces électrodes sont portées à un potentiel électrique élevé afin de provoquer un effet couronne qui compense la relaxation des particules de poudre pendant leur chauffage. On maintient ainsi la charge des particules et donc elles restent sur l'objet et peuvent ainsi former le film par fusion. Ceci n'a pas été décrit dans l'art antérieur. Dans l'art antérieur US 3248253 l'effet corona est utilisé pour charger électriquement la poudre dans le lit alors que dans la présente invention la poudre chargée a été déposée sur l'objet et l'effet corona n'est utilisé que pour maintenir la poudre sur l'objet pendant qu'elle fond pour former le film. [Brève description de l'invention La présente invention est un procédé de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre dans lequel : (a) on dispose d'une poudre électrisée, cette poudre ayant été chargée par tout moyen, (b) on approche l'objet de la poudre ou bien on met en contact l'objet et la poudre, l'objet étant relié à un potentiel zéro ou suffisant pour le recouvrir de poudre, (c) on place ensuite l'objet recouvert de la poudre dans un four à une température suffisante jusqu'à obtenir le film de revêtement par fusion de la poudre, le four comprenant des électrodes portées à un potentiel électrique élevé afin de provoquer un effet couronne qui compense la relaxation des particules de poudre pendant leur chauffage. On maintient ainsi la charge des particules et donc elles restent sur l'objet et peuvent ainsi former le film par fusion. La présente invention concerne aussi l'appareillage pour la mise en oeuvre du procédé. [Description détaillée de l'invention S'agissant des objets qu'on veut revêtir ils peuvent être de toute sorte pourvu qu'ils puissent être plongés dans la cuve de fluidisation et résister à la température du four. A titre d'exemple on peut citer les métaux tels que l'aluminium, les alliages d'aluminium, l'acier et ses alliages. S'agissant des poudres elles sont constituées d'une substance qui par chauffage va former un film de protection de l'objet. A titre d'exemple on peut citer les polyamides, les polyoléfines, les époxy et les polyesters. On entend par polyamide les produits de condensation : - d'un ou plusieurs aminoacides, tels les acides aminocaproïques, amino-7-heptanoïque, amino-11-undécanoïque et amino-12-dodécanoïque d'un ou plusieurs lactames tels que caprolactame, oenantholactame et lauryllactame ; - d'un ou plusieurs sels ou mélanges de diamines telles l'hexaméthylène-diamine, la dodécaméthylènediamine, la métaxylyènediamine, - ----- - --- - - -- - --------- -- - -- - - - le bis-p aminocyclohexylméthane et la triméthylhexaméthylène diamine avec des diacides tels que les acides isophtalique, téréphtalique, adipique, azélaïque, subérique, sébacique et dodécanedicarboxylique ; ou des mélanges de plusieurs de ces monomères ce qui conduit à des copolyamides. On entend par polyoléfines des polymères comprenant des motifs oléfines tels que par exemple des motifs éthylène, propylène, butène-1, etc... A titre d'exemple, on peut citer : - le polyéthylène, le polypropylène, les copolymères de l'éthylène avec des alphaoléfines. Ces produits pouvant être greffés par des anhydrides d'acides carboxyliques insaturés tels que l'anhydride maléique ou des époxydes insaturés tels que le méthacrylate de glycidyl. - les copolymères de l'éthylène avec au moins un produit choisi parmi (i) les acides carboxyliques insaturés, leurs sels, leurs esters, (ii) les esters vinyliques d'acides carboxyliques saturés, (iii) les acides dicarboxyliques insaturés, leurs sels, leurs esters, leurs hemiesters, leurs anhydrides (iv) les époxydes insaturés. Ces copolymères de l'éthylène pouvant être greffés par des anhydrides d'acides dicarboxyliques insaturés ou des époxydes insaturés. Des substances particulièrement préférées sont le polyamide 11 et le polyamide 12. La taille de la poudre est avantageusement comprise entre 0, 01 mm et 1 mm. On entend par"mince couche de poudre"une épaisseur jusqu'à 2 mm et avantageusement comprise entre 0,1 et 0,6 mm. S'agissant des étapes a) et b) c'est à dire des procédés pour revêtir l'objet de poudre on peut utiliser tout moyen. L'art antérieur a décrit de nombreux procédés. On peut citer par exemple ceux dans lesquels on charge la poudre par effet couronne et ceux dans lesquels on charge la poudre par effet triboélectrique. On a déjà cité plus haut le brevet US 3248253 et le brevet WO 0076677. D'autres descriptions de lits fluidisés électrostatiques classiques à effet couronne existent dans"Electrostatic fluidised bed, theory, design, application", - - --- - ------ -- -- -- - ---- - - - - - ------- American Paint Journal 1972,57 (11) 53-5,66, 68,70-2 et dans"ANTEC, Conference Proceedings (Part 2)", Society of Plastics Engineers, 1994 Brookfield, CT, USA-page 2329,2331. Dans le brevet WO 96 11061 on décrit un système de charge qui n'est pas à effet couronne mais par induction. Cependant cette technique ne reste applicable qu'à des poudres de faible résistivité. Dans la publication Triboelectrification of polymer powders in a fluidised Bed", Power Engineering ; Journal of the Academy of Science of the USSR Vol 19, n 6 page 75-83, on décrit un système de charge triboélectrique mais assisté par des électrodes reliées à une haute tension. Dans la publication"Charge of powdered paint according to a triboelectric mechanism during its fluidisation", Journal Lakokras, Mater. IKH Primen (1979), (4), 30-2, il est décrit la charge triboélectrique dans un lit fluidisé classique sur les parois de la cuve. Dans le brevet WO 0076677 la poudre est tribochargée, c'est-à-dire chargée par contact ou frottement. Le frottement est assuré par l'air ou le gaz de fluidisation qui entraîne les particules de poudre et permet à celles-ci de venir en contact avec les systèmes tribochargeurs qui seront décrits par la suite. Le système de charge décrit dans la présente demande est autonome et ne nécessite pas d'apport énergétique autre que le gaz assurant la mise en fluidisation de la poudre. Avantageusement on utilise comme dispositif tribochargeur un"nid d'abeille". Il s'agit d'une structure composée d'éléments géométriques dont la section peut aller de tout type de polygone (les éléments sont alors des prismes) jusqu'au cercle (les éléments sont alors des tubes). Ces éléments sont creux, disposés verticalement et présentent une épaisseur de préférence comprise entre 1 et 10 mm ; leur longueur est par exemple comprise entre 15 et 25 cm. Ces tubes sont accolés les uns aux autres de façon à constituer un ensemble solide et homogène. Les interstices entre tubes sont bouchés par un moyen quelconque comme des feuilles d'aluminium. Bien que tout type de section polygonale puisse être envisagé, la structure cylindrique est préférentielle. Une géométrie cylindrique est préférée de manière à permettre une fluidisation homogène. Des effets de bord seront limités par une longueur adaptée des tubes constitutifs du nid d'abeille c'est à dire que ces tubes sont avantageusement supérieurs à 15 cm de longueur. Ce"nid d'abeille"est disposé au fond du lit. Il faut laisser suffisamment de place en haut du lit pour immerger l'objet et disposer autour du dit objet d'une densité volumique de charge suffisante pour assurer l'électrodéposition. Le nid d'abeille est placé le plus bas possible dans le lit, de façon à optimiser le contact dans les tubes sans toutefois perturber la fluidisation. Le diamètre des tubes est choisi le plus faible possible afin d'accroître la surface de contact, mais il faut quand même s'assurer que les tubes ne vont pas se boucher et sont donc suffisamment larges pour assurer une fluidisation correcte. Plus ces tubes sont longs, meilleure sera la charge électrique générée sur les particules de poudres, cependant on est limité par l'espace à laisser pour le trempage de l'article. A titre d'exemple on peut utiliser des tubes de diamètre 25 mm et de longueur 150 mm. Ils sont avantageusement en PVC ou en PTFE. On peut aussi utiliser un tube tribochargeur à circulation forcée. Le terme "à circulation forcée"est employé par opposition à la circulation dans les tubes du nid d'abeille qui ne se fait que par le débit du gaz de fluidisation du lit. On entend par"circulation forcée"qu'une partie du contenu du lit fluidisé c'est à dire un mélange de gaz de fluidisation et de poudre est prélevée et à l'aide d'une pompe ou d'un dispositif équivalent tel qu'un éjecteur à gaz (fonctionnant de préférence avec le même gaz que le lit fluidisé) et passe dans un ou plusieurs tubes tribochargeurs. De préférence la pompe et le tube tribochargeur sont à l'extérieur du lit pour ne pas perturber son fonctionnement, le gaz et la poudre tribochargée après avoir traversé le tube tribochargeur sont renvoyés dans le lit fluidisé. On peut aussi utiliser un pistolet tribochargeur ou à effet couronne pour déposer la poudre sur l'objet. Le principe de tribocharger des poudres à l'aide d'un pistolet dans lequel on fait circuler la poudre à charger sous l'effet d'un courant de gaz est connu par le brevet US 4399945. Les particules se chargent par frottement sur une surface, un système de mise à la terre permet d'évacuer les charges. Le brevet US 5622313 décrit un perfectionnement du précédent c'est à dire que pour éliminer les charges de la surface de tribocharge on la traite par effet corona. Les charges apportées par l'effet corona non seulement neutralisent les charges accumulées sur la surface de tribocharge mais passent aussi dans la poudre et s'ajoutent donc aux charges crées par effet triboélectrique. On peut aussi effectuer un pré traitement de surface sur l'objet avant d'y déposer la poudre chargée. Il s'agit des pré traitements classiques utilisés dans l'industrie du revêtement plastique : phosphatage, dégraissage, grenaillage, application de primaire liquide ou poudre, etc... Cette liste n'est pas exhaustive. Par exemple les objets à recouvrir sont amenés par un convoyeur mis à la terre. S'agissant d'un lit fluidisé la poudre est alors chargée electrostatiquement dans le lit. Lors du trempage, l'électrodéposition se fait. Suivant le niveau de charge du lit, il est important d'agiter plus ou moins la pièce de façon soutenue. Cette agitation peut être créée par de petits marteaux présents sur le convoyeur ou tout autre système. Un système de taquage permet d'éliminer le surplus de poudre à la sortie de l'objet du lit fluidisé. Pour les poudres de recouvrement qui nécessitent un primaire il peut être appliqué au préalable sur l'objet avant de le tremper dans la cuve de poudre fluidisée ou de le recouvrir par projection à l'aide d'un pistolet electrostatique. Ce peut être un primaire liquide ou solide. Dans le cas d'un primaire solide, il peut être appliqué par poudrage électrostatique, pistolet Corona, tribo ou les deux. On peut aussi appliquer le primaire grâce à un lit tribochargé ou chargé par effet couronne. Les particules de primaire sont de très petite taille, le primaire ne peut donc pas être fluidisé seul. Mais si on mélange dans un premier lit le primaire avec la poudre dont on veut faire un recouvrement, on utilise une teneur en primaire d'au moins 1 % poids (par rapport au poids de poudre), et de préférence 5 à 10 % en poids, alors la fluidisation des petites particules de primaires est assurée par les grosses particules de poudre de fluidisation. Ce premier lit fluidisé est du même type que ceux décrits précédemment. La charge acquise par une particule est plus ou moins inversement proportionnelle à son rayon. Les petites particules de primaire plus chargées vont assurer l'essentiel de l'électrodéposition. On a ainsi revêtu l'objet d'un primaire solide. On revêt ensuite l'objet d'une seconde couche dans un lit tribochargé ou chargé par effet couronne contenant de la poudre de revêtement seule. Lors des opérations avec primaire, on peut, si on le désire, effectuer une première cuisson de ce primaire, on peut aussi éviter cette cuisson intermédiaire et effectuer le deuxième recouvrement puis réaliser une cuisson globale. Une fois l'objet recouvert dans le lit, il est amené dans un four où une cuisson est assurée. Suivant la géométrie de l'objet, les propriétés de la poudre et la cadence de production souhaitée, on peut utiliser un four à convection, à infrarouge ou à induction. Cette étape du procédé est connue en elle même et a déjà été décrite dans l'art antérieur. S'agissant de l'étape c) de l'invention le four comprend des électrodes portées à un potentiel électrique élevé afin de provoquer un effet couronne qui compense la relaxation des particules de poudre pendant leur chauffage. On maintient ainsi la charge des particules et donc elles restent sur l'objet et peuvent ainsi former le film par fusion. Ce procédé est particulièrement utile quand il n'y a pas de primaire sur l'objet à revêtir. On place un système de génération de charge d'espace à l'intérieur du four de cuisson afin d'éviter le décrochement de la poudre des pièces métalliques. En effet, avec certaines poudres et avec l'augmentation de la température, le temps de relaxation de la charge de la poudre diminue, ainsi la poudre se décroche de la pièce métallique. On place un système générant une charge de même signe que celle de la poudre. Pour générer une charge d'espace on applique un potentiel électrique à une pièce métallique isolée de la masse. Si cette pièce métallique contient des parties pointues, un effet Corona apparaît. Par exemple pour un four de dimensions 0, 4xO, 3xO, 5m il suffit de quatre tubes de cuivre verticaux de 1,2 cm de diamètre placés sur une plaque métallique à l'intérieur dans la partie basse du four et dans chaque coin. Chaque tube est bouché à son extrémité supérieure par un fond bombé convexe afin d'éviter l'effet corona inutile. L'effet corona doit être concentré aux aiguilles montées sur les tubes de cuivre. Ces aiguilles sont la cause de l'effet Corona. Un potentiel electrique est appliqué à la pièce métallique, isolée par des isolants résistants à haute température (isolants en céramique par exemple). La température est un facteur important dans la cuisson d'un revêtement d'une pièce. Le polyamide 11, par exemple, fond à 186 QC on ajuste la température du four à 220 C. Le temps de cuisson varie selon la température du four. En effet, plus la température du four est élevée et plus le temps de cuisson de la pièce est court. Pour une température du four de 220 C et une poudre de PA 11 le temps de cuisson est en général compris entre 6 et 10 minutes. En effet plus la température du four est élevée et plus le temps de relaxation de la charge de la poudre est court, c'est à dire que la poudre se décharge plus vite quand la température augmente. La fig 1 représente un mode de réalisation des électrodes dans le four. 1 est l'alimentation électrique, 2 l'isolant en céramique, 3 une aiguille de cuivre, 4 la connection électrique par un cable en cuivre, 5 un tube de cuivre et 6 le four. REVENDICATIONS 1 Procédé de recouvrement d'un objet par un film provenant de la fusion d'une mince couche de poudre dans lequel : (a) on dispose d'une poudre électrisée, cette poudre ayant été chargée par tout moyen, (b) on approche l'objet de la poudre ou bien on met en contact l'objet et la poudre, l'objet étant relié à un potentiel zéro ou suffisant pour le recouvrir de poudre, (c) on place ensuite l'objet recouvert de la poudre dans un four à une température suffisante jusqu'à obtenir le film de revêtement par fusion de la poudre, le four comprenant des électrodes portées à un potentiel électrique élevé afin de provoquer un effet couronne qui compense la relaxation de la charge des particules de poudre pendant leur chauffage.