(57)【要約】      （修正有）【課題】金属への密着性が高く、耐薬品性に優れ、また、耐熱性に優れた塗膜を生成する塗膜生成方法および、その塗膜構造を提供する。【解決手段】熱交換器の金属表面に、ポリアミドのワニスを塗布し、これを７０℃で約６０分ほど焼成して粘性を有するポリイミドの下地層５を形成し、金属との密着性を高める。そして、その表面に、炭素繊維を分散させたポリアミドのワニスを塗布し、４０分〜６０分ほどかけて２４０℃まで焼成し、下地層５と一体化された表面層６を形成する。これにより、下地層５によって金属表面との密着性を高めるとともに、表面層６の炭素繊維によって、外部からの濃い硫酸などによる腐食を防止できるようにする。【選択図】図２
2019181358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属表面に、熱伝導材料を含有しないスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する工程と、
当該スーパーエンジニアリングプラスチックの上に、熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する工程と、
を備えた塗膜生成方法。
【請求項２】
前記熱伝導材料が、炭素繊維である請求項１に記載の塗膜生成方法。
【請求項３】
前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、
ピーク、ポリベンゾイミダゾール、ピーピーエス、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ネオフロン、フルオン、ポリフッ化ビニリデンのいずれかからなる樹脂である請求項１に記載の塗膜生成方法。
【請求項４】
金属層と、
当該金属層の上に形成され、熱伝導材料を含有しないスーパーエンジニアリングプラスチックで形成された中間層と、
当該スーパーエンジニアリングプラスチックの上に形成された、熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックで形成された表面層と、
からなる塗膜構造。
【請求項５】
前記熱伝導材料が、炭素繊維である請求項３に記載の塗膜構造。
【請求項６】
前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、
ピーク、ポリベンゾイミダゾール、ピーピーエス、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ネオフロン、フルオン、ポリフッ化ビニリデンのいずれかからなる樹脂である請求項３に記載の塗膜構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、熱交換器などの表面に塗膜を形成する塗膜生成方法、および、その塗膜構造に関するものであり、より詳しくは、金属との密着性に優れ、また、耐薬品性や耐熱性に優れた塗膜を生成する塗膜生成方法、および、塗膜構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボイラなどに用いられる熱交換器の表面には、その燃料に含まれる硫黄成分や窒素酸化物が付着してしまい、それが結露して硫酸や硝酸となって金属を腐食させてしまうことが指摘されている。
【０００３】
このため、このような金属を保護するために、その表面に樹脂などをコーティングさせるようにした方法も提案されている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、熱交換器の表面に、フェノール樹脂変形シリコン樹脂にカーボンを添加した塗料や、ポリイミド樹脂を主成分とする塗料、ポリアミドイミド樹脂を主成分とする塗料などを塗布し、耐腐食性を持たせるようにした方法が提案されている。このような塗料のうち、特に、ポリイミド樹脂は、最も耐熱性に優れ、また、他の樹脂と比べて熱伝導率の高いものとして好適に使用することができる。しかしながら、このようなポリイミド樹脂は、濃い酸性に浸食されてしまうというデメリットがある。
【０００５】
一方、これに対して、樹脂にカーボンなどを含有させて耐薬品性を向上させるとともに、熱伝導率も向上させるようにすることも考えられる。しかしながら、このようなカーボンを含有させた樹脂を金属表面に塗布させると、カーボンによって金属との密着性が悪くなり、金属の加熱膨張や収縮によって、すぐに塗膜が剥がれてしまうといった問題もある。
【０００６】
また、カーボンを含有させる場合、カーボンと樹脂との隙間から硫酸などが侵入し、そこから金属を腐食させてしまう可能性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２３７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に着目してなされたもので、金属への密着性が高く、耐薬品性に優れ、また、耐熱性に優れた塗膜を生成する塗膜生成方法および、その塗膜構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、金属表面に、熱伝導材料を含有しないスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する工程と、当該スーパーエンジニアリングプラスチックの上に、熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する工程とを備えて塗膜を生成するようにする。
【００１０】
このようにすれば、金属表面にスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布することで金属との密着性を高めて剥離を防止することができるとともに、また、その表面に熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布するため、耐薬品性を高めることができるようになる。しかも、熱伝導材料の隙間から硫酸などが侵入したとしても、その下層の塗膜で遮断することができるため、金属の腐食を防止することができるようになる。
【００１１】
また、このような発明において、前記熱伝導材料を、炭素繊維で構成する。
【００１２】
このようにすれば、その炭素繊維によって、熱伝導性や蓄熱性、耐薬品性を持たせることができるようになる。
【００１３】
さらに、前記スーパーエンジニアリングプラスチックとして、ピーク、ポリベンゾイミダゾール、ピーピーエス、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ネオフロン、フルオン、ポリフッ化ビニリデンのいずれかを用いる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属表面にスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布することで金属との密着性を高めて剥離を防止することができるとともに、また、その表面に熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布することで、耐薬品性を高めることができるようになる。しかも、熱伝導材料の隙間から硫酸などが侵入したとしても、その下層で遮断することができるため、金属の腐食を防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用される熱交換器を示した図
【図２】本発明の一実施の形態である塗膜を示した図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１７】
この実施の形態における塗膜生成方法および塗膜構造は、例えば、熱交換器の表面に塗膜を生成する方法などとして用いられるものであって、第一工程として、金属表面に熱伝導材料を含有しないスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布して下地層５を形成し、その後、第二工程として、その下地層５の上に、熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布して表面層６を形成するようにしたものである。以下、本実施の形態における熱交換器の塗膜生成方法について、詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、熱交換器の塗膜生成を例に挙げて説明するが、耐薬品性や耐熱性が要求されるような製品に適用することができる。
【００１８】
まず、この実施の形態の塗膜が適用される熱交換器１は、熱交換室２の中に、チューブ３やフィン４を有するように構成される。
【００１９】
このうち熱交換室２は、高温の排ガスなどの流体が通されるものであって、図１に示すように、一方側に投入口２１、他方側に排出口２２が設けられる。そして、この投入口２１に流入された高温の第一流体をフィンの隙間に通し、排出口２２から排出させるようにしている。
【００２０】
一方、チューブ３は、左右に蛇行するように設けられるものであって、内部に熱交換の対象となる第二流体を通すようになっている。ここでは、第二流体として冷水を用いるものとし、この冷水を加熱させて温水として排出させるようにしている。
【００２１】
また、このチューブ３と交叉するように設けられるフィン４は、チューブ３内の第二流体と熱交換室２内の第一流体とで熱交換させるようにしたものであって、チューブ３に溶接して設けられる。そして、この隙間に排ガスである第一流体を通してフィン４に熱を吸収させ、その熱をチューブ３内の第二流体に伝達させるようにしている。
【００２２】
このような構成において、第一流体として、重油を燃焼させた排ガスを用いると、その重油に含まれる硫黄成分が水分と反応し、結露して、熱交換室の内壁や、チューブ３、フィン４などを腐食してしまう。そのため、この実施の形態では、金属部分である熱交換室の内壁、チューブ、フィンに塗膜を生成できるようにしている。
【００２３】
この塗膜を生成する場合、塗膜の性質として、耐熱性を有するとともに、耐薬品性を有する必要がある。さらには、熱交換器１の特性を損なわないように熱伝導性を持っている必要がある。
【００２４】
このような樹脂としては、１５０℃以上の耐熱温度を有するスーパーエンジニアリングプラスチックを用いるとよい。具体的には、ピーク、ポリベンゾイミダゾール、ピーピーエス、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリアリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ネオフロン、フルオン、ポリフッ化ビニリデンなどのいずれかの樹脂を用いる。このうち、ポリイミドの前駆体であるポリアミドのワニスは、これを塗布して薄いポリイミドの塗膜を形成することによって、２５０℃以上における耐熱性を有するとともに、弾性にも優れているため、加熱膨張や収縮を繰り返す熱交換器において、塗膜の剥離の防止という観点からも好適に使用することができる。また、他の樹脂に比べて熱伝導率が高いため、熱交換器１の使用に最も適している。
【００２５】
一方、熱伝導材料は、スーパーエンジニアリングプラスチックに分散された状態で含有されるようにしたものであって、濃い酸性やアルカリ性に耐えられるような素材として、例えば、粉砕されたカーボンファイバー、顔料系カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、セラミクスの微粉などを用いる。このうち、カーボンファイバーは、黒色系であることから熱吸収性が高く、また、熱伝導性も高いことから好適に使用することができる。
【００２６】
このような熱伝導材料を樹脂に含有させる際、樹脂に均一に分散させる必要があるとともに、例えば、ポリアミドワニスなどに分散させて焼成させた場合に、焼成後にピンホールの発生なども防止する必要がある。このため、熱伝導材料を分散させる際に、分散剤を混入させる。
【００２７】
この分散剤としては、従前では、酸基を含む共重合アルキロールアミン塩などを用いて樹脂内で分散させていたが、これでは、ポリアミドワニスを焼成させた後、ピンホールの発生を生じていた。このため、この実施の形態では、ポリアミドワニスに炭素繊維を分散させる分散剤として以下の成分を有するものを使用する。
【００２８】
分散剤としては、ポリエステルポリアミドの酸末端と１分子中に２個以上のアミン基を有するポリアミン化合物とを反応させたもの、例えば、親和性のある高分子ブロックコポリマーとアミノ系３アミノプロピルトリエトキシ、またはＮ(２アミノエチル)３アミノプロピルトリメトキシシランを複合して炭素繊維に表面処理することで、ポリアミドワニスを塗布する際に、炭素繊維を均一に分散させることができるとともに、ポリアミドワニスを焼成させた後においても、ピンホールの発生を防止することができた。
【００２９】
次に、このような樹脂を用いて金属表面をコーティングする際の方法について説明する。
【００３０】
まず、第一工程では、金属表面にスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する。このとき、その樹脂に炭素繊維が含まれていると、金属からの熱を伝導させることができるというメリットがあるが、その炭素繊維によって金属との密着性が悪くなり、使用によって塗膜が剥離してしまうというデメリットがある。そこで、第一工程では、塗膜の剥離を防止するために、スーパーエンジニアリングプラスチックとして、例えば、ポリアミドのワニスを塗布する。この塗布する方法としては、刷毛塗り、スプレー、ディッピングなどを用いる。また、このとき、塗膜が厚すぎると、金属からの熱伝導性が悪くなるため、５μｍ〜３０μｍの範囲内で塗膜を形成するように塗布する。そして、６０℃〜８０℃の範囲内で約６０分程度焼成し、金属表面に密着させるようにする。このとき、下地層５は、完全に固化されたポリイミドではなく、まだ、粘性を有する状態となる。
【００３１】
次に、第二工程として、炭素繊維を分散させた樹脂をその下地層５の上から塗布する。このとき、その樹脂としては、同様にスーパーエンジニアリングプラスチックを用い、好ましくは、下地層５のスーパーエンジニアリングプラスチックと同じ樹脂（ここでは、ポリアミドのワニス）を塗布する。この塗布の際も、同様に、刷毛塗り、スプレー、ディッピングなどによって塗布を行う。そして、１０分〜２０分間自然乾燥させた後、徐々に加熱していき、約４０分〜６０分間かけて２４０℃まで加熱していく。そして、数分間放置してポリイミドの表面層６を形成する。このとき、表面層６は、まだ粘性を有していた下地層５と一体となって層を形成することになり、一方、炭素繊維は表層近傍にのみ存在する状態となる。また、このとき、分散剤として上述のような材料を用いるようにしているため、２４０℃の焼成の後においてもピンホールの発生を生ずることなく、きれいな表面層６を形成することができるようになる。
【００３２】
このように金属の表面に下地層を形成した後、炭素繊維を含有する表面層６を形成すると、その下地層によって金属との密着性を高めることができ、剥離を防止することができるようになる。また、このとき、その下地層の樹脂として、耐熱性を有し、また、他の樹脂と比べて熱伝導率の高いポリイミドを使用するようにしたので、高温に耐えることができるとともに、その熱を表面層６に伝達させて熱交換させることができるようになる。また、さらに、その下地層の表面に一体的に炭素繊維を含有する表面層６を形成するようにしたので、その炭素繊維によって放熱や熱吸収などを行うことができるとともに、絡み合う炭素繊維によって表面からの濃い硫酸などに耐えることができるようになり、耐薬品性や熱伝導性を確保することができるようになる。
【００３３】
このように上記実施の形態によれば、金属表面に、熱伝導材料を含有しないスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する工程と、当該スーパーエンジニアリングプラスチックの上に、熱伝導材料を含有するスーパーエンジニアリングプラスチックを塗布する工程とを備えて塗膜を生成するようにしたので、下地層で金属との密着性を高めて剥離を防止することができるとともに、表面層６の熱伝導材料で耐薬品性を高めることができるようになる。しかも、熱伝導材料の隙間から硫酸などが侵入したとしても、その下層の塗膜で遮断することができるため、金属の腐食を防止することができるようになる。
【００３４】
また、このような発明において、熱伝導材料として、粉砕された炭素繊維を用いるようにしたので、その炭素繊維によって、熱伝導性や蓄熱性、耐薬品性を持たせることができるようになる。
【００３５】
さらに、前記スーパーエンジニアリングプラスチックとして、ポリイミドの前駆体であるポリアミドのワニスを用いるようにしたので、焼成によって耐熱性や熱伝導性を有するポリイミドの層を形成することができ、熱交換器の熱に耐えることができるとともに、その熱を表面側との間で交換させることができるようになる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００３７】
例えば、上記実施の形態では、下地層５と表面層６との樹脂を同じポリアミドのワニスを用いたが、これを異なるスーパーエンジニアリングプラスチックの樹脂を用いるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態では、下地層５と表面層６の二層でコーティングを形成するようにしたが、これに他の層を付加するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、樹脂としてポリアミドのワニスを用い、これを焼成してポリイミドの塗膜を形成するようにしたが、少なくとも１５０℃以上の耐熱性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックの樹脂を用いるようにしてもよい。
【実施例１】
【００４０】
次に、上記実施の形態における実施例と試験結果を説明する。
（１）下地層の形成
【００４１】
下地層の生成の際に、ポリアミック酸ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）希釈溶液を３ｍｍの厚みのＳＵＳ板にディッピングした。このときの塗膜は５〜５０μｍで行ったが、このうち塗膜破損や厚みによる熱交換の影響を考慮して２５μｍが妥当であることが分かった。この樹脂の塗布後、１２０℃で２０分の乾燥を行って下地層を形成した。
（２）表面層の生成
【００４２】
炭素繊維を含有する樹脂を用いる場合、その炭素繊維を分散させるようにした。このとき炭素繊維としては、ＰＡＮ系のリサイクル炭素繊維（Ｄ５０＝３５μｍ）を用い、次の配合で塗布の効果を試した。
【表１】
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【表２】
2019181358.tif 000004
なお、表２においては、ＮＭＰが含まれているため、ベストな状態の成分を焼成によってＮＭＰを揮発させた際の成分を次に示す。
【表３】
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【００４３】
これらの炭素繊維を含有する樹脂を塗布する場合、１回の塗膜厚みを１０〜１５０μｍとし、重ねて塗る場合は自然乾燥後に重ね塗りを行うようにした。
【００４４】
そして、下地層の上に塗布した後、乾燥オーブンで７０℃から１１０℃に昇温させながら２０分乾燥させた後、続いて、４０分かけながら１１０℃から２４０℃まで昇温させた。そして、２４０℃で２０分間焼成させた。
（３）密着性・柔軟性・耐硫酸性・耐熱性の確認
上記のような成分で下地層や表面層を形成した際の効果を下表に示す。表４においては、刷毛塗りで表面層を形成した際の効果を示す。
【表４】
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【００４５】
一方、表５では、ディッピングにより表面層を形成した際の効果を示す。
【表５】
2019181358.tif 000007
【００４６】
上述のように、ベストの状態において、ＳＵＳとの密着性は確保され、また、耐硫酸性や耐熱性などが確保され、また、剥離もないことが分かった。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・熱交換器
２・・・熱交換室
３・・・チューブ
４・・・フィン
５・・・下地層
６・・・表面層
【図１】
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【図２】
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