Brevet FR2838987A1 — publié le 20031031

La présente invention a trait à un procédé d'application d'un vernis comprenant un solvant ou non sur une pièce, notamment un réflecteur de projecteur de véhicule. La majorité des compositions de base formant vernis qui sont appliquées sur des pièces, de type réflecteurs de projecteurs de véhicule fabriqués à partir de mélanges à mouler solides tels que BMC, CIC..., contiennent d'importantes quantités de solvants. La présence de ces solvants est estimée nécessaire pour réduire la viscosité des produits appliqués et améliorer les performances d'application, par exemple par pulvérisation. Au cours de la pulvérisation puis pendant la période de désolvatation, les solvants s'évaporent, en tout ou partie. De la viscosité des produits utilisés et de la nature et de la concentration résiduelle des solvants dépend le temps pendant lequel les bulles d'air piégées peuvent s'échapper et le film de vernis se tendre. Plus le temps de désolvatation est important plus les risques de coulure du vernis sur la surface des pièces s'accroissent, occasionnant de nombreux rebuts. Aussi la Demanderesse s'est fixé en particulier comme objectif d'assurer d'excellentes performances à l'application d'un vernis sur des pièces de type réflecteurs de projecteurs de véhicule tout en limitant ses propensions à couler sur la surface après application et sans réduire les qualités d'aspect du film de revêtement de base. Cet objectif est atteint par la présente invention qui procure un procédé d'application d'un vernis comprenant un solvant ou non sur une pièce, notamment un réflecteur de projecteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes consistant à (i) choisir un vernis présentant une viscosité à température ambiante d'environ 500 mPa.s à environ 2000 mPa.s et une viscosité à la température d'application inférieure à environ 200 mPa.s avec une viscosité sensiblement indépendante de la variation de la température dans la gamme d'application (ii) chauffer la surface de la pièce avant l'étape de mouillage du ver- nis à une température choisie #p1, (iii) chauffer le vernis au moment de l'application à une température choisie #v et (iv) maintenir la pièce pendant la réalisation du tendu à une température choisie #p2 et une durée choisie tp2. Les vernis comprenant un solvant ou non sont généralement constitués par des résines dont la viscosité est directement liée à la température. Le procédé conforme à l'invention qui peut être mis en #uvre indifféremment dans le cas d'un vernis avec ou sans solvant permet, par le choix de températures appropriées de vernis, de garantir une excellente performance à l'application, notamment par pulvérisation. Le choix des températures de pièce à vernir avant l'application et pendant le tendu, permet en outre de contrôler et d'optimiser en particulier la mouillabilité et la mobilité du vernis. A ces températures choisies, la viscosité du vernis atteint pratiquement sa valeur optimale. Appliqué sur une surface chaude, d'une part une excellente mouillabilité est obtenue et d'autre part le débullage du vernis est accéléré. Au refroidissement, la viscosité augmentant rapidement, les risques de coulure sont réduits. De préférence, l'étape (ii) du procédé selon l'invention consiste à chauffer par rayonnement, convection ou conduction, par exemple grâce à un outil de mise en forme et l'étape (iv) consiste à chauffer par rayonnement ou convection. Ce type de chauffage permet d'assurer un tendu correct soit une surface optique la plus lisse possible. Selon un premier mode de réalisation, le vernis étant avec solvant, #v est d'environ 20 C à environ 40 C, #p1 est d'environ 20 C à environ 50 C, et #p2 et tp2 d'environ 20 C à environ 50 C et environ 0,5 min à 3 min, respectivement. Par comparaison avec les procédés avec solvant(s) traditionnels, où le solvant représente de manière classique d'environ 20 % à environ 75 % en poids de la composition globale de ver- nis, le solvant ne représente pas plus de 10 % en poids de la composition globale du vernis mis en #uvre dans le procédé de l'invention. Les temps de désolvatation du procédé conforme à l'invention sont donc nettement diminués, ce qui abaisse fortement son coût. Selon un deuxième mode de réalisation du procédé de l'invention, le vernis étant sans solvant, la température #v est d'environ 40 C à environ 60 C, la température #p1 est d'environ 70 C à environ 110 C, la température #p2 est d'environ 50 C à environ 90 C et la durée tp2 est d'environ 0,5 min à environ 1,5 min. Un des avantages majeurs de ce mode de réalisation est d'abord de simplifier les formulations de vernis et d'opérer en l'absence de solvants. Outre leur caractère volatile, les solvants présentent un niveau de toxicité plus ou moins acceptable ainsi qu'un risque d'inflammabilité marqué. Ces contraintes nécessitent habituellement la mise en place d'installations de traitement des volatiles ainsi que d'équipements anti-déflagrants dans toutes les zones concernées. Ce mode de réalisation permet donc de réaliser des économies d'investissement et d'exploitation par la simplification des installations, car seule la zone d'application est équipée en anti-déflagrants par nécessité de nettoyage du matériel. Il présente en outre l'avantage de mettre les installations en conformité avec les normes de respect de l'environnement toujours plus strictes. Les caractéristiques complémentaires ou alternatives du procédé selon l'invention sont les suivantes : * le vernis est appliqué par aspersion sous pression ( airless ), au pistolet à air comprimé ou électrostatique ; manière avantageuse le pistolet est équipé d'une boucle de cir- culation thermorégulée : ce qui permet d'abaisser la viscosité du vernis et d'avoir une température #v et un débit de vernis constants au moment de la pulvérisation au pistolet. Sans cette bou- cle, comme le pistolet fonctionne par intermittence, se posent des problèmes de contrôle de température ; l'épaisseur de la couche de vernis est obtenue en un seul passage du pistolet : le vernis se dépose parfaitement sur la pièce, il n'y a pas de retouche à faire ; lorsque le vernis appliqué au pistolet est un vernis sans solvant, cela permet des variations d'épaisseurs importantes compatibles avec la géométrie complexe de la surface à couvrir, ce qui augmente la robustesse du procédé ; à épaisseur identique, deux passages de pistolet sont en général nécessaires dans le cas d'un vernis avec solvant. * le vernis est un vernis UV : aux vernis dits ther- miques, les vernis UV assurent un gain de temps certain car une fois l'aspect recherché obtenu ce dernier est figé pratique- ment instantanément comparé aux durées de l'ordre de 5 min à 10 min nécessaires avec les vernis thermiques, durées pendant lesquelles l'atmosphère des installations doit rester très propre hors poussière . * appliqué sur une pièce telle qu'un BMC, le procédé comporte une étape de prétraitement par rayonnement UV d'environ 1 J/cm2 à environ 4 J/cm2 avec une puissance maximale d'environ 130 mW à environ 250 mW, mesurée dans la bande UVA et dans un plan sensiblement perpendiculaire au rayonnement moyen de la zone d'éclairage UV. L'efficacité de traitement de la surface de la pièce et l'adhérence du vernis sur le BMC sont ainsi garanties. * le procédé comporte une étape de polymérisation par rayonnement UV entre environ 4 J/cm2 et environ 8 J/cm2, de préférence d'environ 2 J/cm2 à environ 4 J/cm2 avec une puissance d'environ 80 mW à environ 200 mW, mesurée dans la bande UVA, et dans un plan sensiblement perpendiculaire au rayonnement moyen de la zone d'éclairage UV. On obtient ainsi une surface brillante, tendue, apte à être métallisée. * il est prévu une optimisation de l'orientation du rayonnement de chaque émetteur ou la mise en mouvement de la pièce à traiter, ce qui permet de garantir un éclairement homogène quelle que soit la complexité de la surface insolée ; dans la pratique les émetteurs sont inclinés pour prendre en compte l'orientation des faces de la pièce ; * à l'étape de polymérisation UV, la température de vernis #p2 étant élevée, le vernis est plus réactif. Cette augmentation de réactivité permet de réduire de façon notable le nombre d'émetteurs UV tout en polymérisant des zones généralement difficiles à insoler ; * le procédé comporte une étape de mise en rotation de la pièce selon un axe horizontal au cours de l'étape de tendu et/ou de polymérisation, ce qui permet d'éviter les coulures et d'augmenter à l'application l'épaisseur maximale de la couche déposée et ce quelle que soit la forme de la pièce à traiter. Ainsi est augmentée la robustesse du procédé d'application. La présente invention va maintenant être décrite de manière plus détaillée dans ses caractéristiques générales puis à l'aide d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et non limitatif. De manière générale après moulage par injection d'une pièce en matière thermodurcissable, un procédé d'application d'un vernis UV comprend les étapes classiques de lavage à l'eau de la pièce, séchage, prétraitement UV, application du vernis chauffé ou étape dite de mouillage , tendu , polymérisation UV et métallisation. Le procédé selon l'invention peut s'appliquer à toute pièce capable de supporter des températures transitoires jusqu'à environ 110 C. Dans le cas des réflecteurs pour projecteurs de véhicule, comme pièces en matière thermodurcissable utiles dans le procédé de l'invention, on peut citer les mélanges à mouler solide ou BMC pour bulk molding compounds (ou leurs variantes telles que CIC, pour continuous impregnated compounds , TMC, pour thick molding compounds ou encore SMC pour sheet mol- ding compounds ) qui sont des compositions à base de résine polyester insaturée renforcée en fibres de verre. Des pièces en résines phénoliques, vinyliques ou époxydes ou encore des mélamines urée-formol peuvent également convenir. Comme vernis UV, utiles dans le procédé de l'invention on peut citer les compositions comprenant de manière classique une résine acrylique ou un mélange de résines acryliques et éventuellement un ou plusieurs solvants. Les résines acryliques mises en #uvre dans le procédé selon l'invention peuvent comprendre un ou plusieurs des composés suivants : - polymères ou copolymères d'esters de l'acide acrylique tels que des oligomères acrylate multifonctionnels, par exemple de type époxy acrylate, uréthanne acrylate ali- phatique ou aromatique, polyester acrylate, acrylique acrylate ; ces composés sont typiquement des liquides visqueux présentant à 25 C une viscosité d'environ plu- sieurs milliers à environ plus d'un million de centipoise (cP), présentent en général de 2 à 6 groupes acrylates par molécule et possèdent un poids moléculaire d'environ 500 à environ 20000, - monomères acrylates multifonctionnels possédant en général de 1 à 4 groupes acrylate par molécule et un poids moléculaire d'environ 150 à environ 500, leur vis- cosité à 25 C étant d'environ 5 à environ 200 cP, - l'hexanedioldiacrylate (HDDA), le tripropylèneglycoldia- crylate (TPGDA), le triéthylèneglycoldiacrylate (TEGDA) et le dipropylèneglycoldiacrylate (DPGDA) et des mo- nomères du type acide acrylique, - un ou plusieurs photo-initiateurs du type arylcétones, par exemple la benzophénone, l'hydroxycyclohexylphénylcétone (HCPK), la 2,2- diméthoxy-1,2-diphénylméthan-1-one ; - Un ou plusieurs agents tensioactifs du type alkylpolysi- loxane tel que le diméthylpolysiloxane ou encore le méthacrylatesiloxane, un polyethersiloxane ou polyes- tersiloxane. - D'autres additifs peuvent être ajoutés aux composés précédents, comme par exemple un ou plusieurs agents antimousse, promoteurs d'adhérence, agents thixotro- pes, stabilisants, colorants, etc. Lorsqu'ils sont présents dans la mise en #uvre du procédé de l'invention, les solvants appropriés sont par exemple les sol- vants de type ester, tels que par exemple l'acétate d'éthyle l'acétate de vinyle ou de butyle ou encore de type ester de glycol tel le méthoxypropylèneacétate (MPA) ou, de type cétone, tels que par exemple la méthylisobutylcétone (MIBK) ou la méthylé- thylcétone (MEK) ou encore de type alcool tels que l'alcool butyli- que ou encore de type aromatique tels que le toluène, xylènes par exemple. EXEMPLE 1 Procédé d'application d'un vernis avec solvant sur pièces BMC Les étapes caractéristiques essentielles du procédé selon l'invention sont les suivantes : - nature du vernis: résine acrylique comportant de l'acétate de vinyle à raison de 5% en poids de la com- position globale du vernis) ; le vernis présentant une viscosité à température ambiante d'environ 500 mPa.s à , 2000 mPa.s et une viscosité à la température d'application inférieure à environ 200 mPa.s avec une viscosité sensiblement indépendante de la variation de la température dans la gamme d'application ; - prétraitement UV (Dose: 4 J/cm2 ; puissance: 160 mW/cm2, mesurée en UVA) ; - chauffage des pièces à 40 C avant mouillage; - chauffage du vernis (température de pulvérisation au pistolet à air comprimé avec boucle de thermorégula- tion : 35 C) ; - maintien de la température pendant le tendu (tempéra- ture de flash off : 35 C pendant 1 min ; pièces en rotation : 2 RPM) ; - polymérisation UV (Dose 6 J/cm2 ; puissance 160 mW/cm2, mesurée en UVA) - aluminiage L'épaisseur de la couche de vernis obtenue est de l'ordre de 10 à 25 m. La gamme d'application ci-dessus permet la production d'une pièce présentant les qualités optiques nécessaires à un réflecteur de phare de véhicule automobile (le brillant, le tendu et le respect de la surface optique). EXEMPLE 2 Procédé d'application d'un vernis sans solvant sur pièces BMC Les étapes caractéristiques essentielles du procédé selon l'invention sont les suivantes : - nature du vernis : résine acrylique (% de volatiles inférieur à 1 %) ; le vernis présentant une viscosité à température ambiante d'environ 500 mPa.s à 2000 mPa.s et une viscosité à la température d'application inférieure à environ 200 mPa.s avec une viscosité sensiblement indépendante de la variation de la température dans la gamme d'application ; - chauffage ou maintien des pièces à 90 C - prétraitement UV (Dose : 2 J/cm2 ; puissance : 160 mW/cm2, mesurée en UVA) ; - chauffage ou maintien des pièces à 90 C avant mouil- lage ; - chauffage du vernis (température de pulvérisation au pistolet à air comprimé avec boucle de thermorégula- tion: 45 C ; - maintien de la température pendant le tendu (tempéra- ture de flash off : 70 C pendant 1,5 min ; pièces en rotation : 2 RPM) ; - polymérisation UV (Dose 2 J/cm2 ; 160 mW/cm2, mesurée en UVA) ; - aluminiage On constate qu'ayant contrôlé la température de surface, selon le procédé de l'invention on assure la maîtrise de la mouillabilité et de l'étalement. Le choix de la température de flash-off permet de maîtriser l'aspect de la surface (tendu, débullage, coulure). Les propriétés de tenue thermique (30 min à 200 C) et de tenue à la chaleur humide (7 jours à 70 C et 95% d'humidité résiduelle) sont telles qu'après les essais l'aspect de la métallisation reste inchangé. L'épaisseur de la couche de revêtement de base obtenue est d'environ 10 m au minimum et peut atteindre environ 15 m à environ 50 m en un seul passage de pistolet. Outre les excellentes performances mentionnées ci-dessus que permet d'atteindre le procédé selon l'invention, ce dernier conduit très avantageusement à une simplification notable des installations. Une réduction drastique de la pollution et des coûts de retraitement des fumées, en termes d'investissements et de maintenance, est aussi assurée. REVENDICATIONS 1. Procédé d'application d'un vernis comprenant un solvant ou non sur une pièce, notamment un réflecteur de projecteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes consistant à (i) choisir un vernis présentant une viscosité à température ambiante d'environ 500 mPa.s à 2000 mPa.s et une viscosité à la température d'application inférieure à environ 200 mPa.s avec une viscosité sensiblement indépendante de la variation de la température dans la gamme d'application (ii) chauffer la surface de la pièce avant l'étape de mouillage du vernis à une température choisie #p1, (iii) chauffer le vernis au moment de l'application à une température choisie #v et (iv) maintenir la pièce pendant la réalisation du tendu à une température choisie #p2 et une durée choisie tp2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (ii) consiste à chauffer par rayonnement, convection ou conduction et l'étape (iv) consiste à chauffer par rayonnement ou convection. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le vernis comprenant un solvant, #v est d'environ 20 C à environ 40 C, #p1 est d'environ 20 C à environ 50 C, et #p2 et tp2 d'environ 20 C à environ 50 C et environ 0,5 min à 3 min, respectivement. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que vernis étant sans solvant, la température #v est d'environ 40 C à environ 60 C, la température #p1 est d'environ 70 C à environ 110 C, la température #p2 est d'environ 50 C à environ 90 C et la durée tp2 est d'environ 0,5 min à environ 1,5 min. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'application est réalisée par as- persion sous pression ( airless ), au pistolet à air comprimé ou électrostatique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pistolet à air comprimé est équipé d'une boucle de circulation thermorégulée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le vernis est un vernis UV. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est appliqué sur une pièce telle qu'un BMC et en ce qu'il comporte une étape de prétraitement par rayonnement UV d'environ 1 J/cm2 à environ 4 J/cm2 avec une puissance maximale d'environ 130 mW à environ 250 mW, mesurée dans la bande UVA et dans un plan sensiblement perpendiculaire au rayonnement moyen de la zone d'éclairage UV. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de polymérisation par rayonnement UV d'environ 2 J/cm2 à environ 4 J/cm2 avec une puissance d'environ 80 mW à environ 200 mW, mesurée dans la bande UVA, et dans un plan sensiblement perpendiculaire au rayonnement moyen de la zone d'éclairage UV. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mise en rotation de la pièce selon un axe horizontal au cours de l'étape de tendu et/ou de polymérisation. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de vernis est obtenue en un seul passage du pistolet.