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Die Erfindung betrifft eine Emaillierzusammensetzung
und ein Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Teils aus emailliertem
Blech.
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Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung
eines geformten Teils aus emailliertem Blech umfaßt hauptsächlich die
folgenden Arbeitsvorgänge:
- – ein
ebenes Blechteil wird umgeformt (durch Tiefziehen und/oder Falten
und/oder Biegen, etc.);
- – das
umgeformte Blech wird entfettet und geätzt und wird unter Umständen weiteren
Oberflächenbehandlungen
unterworfen, wie beispielsweise einer Phosphatierung, Vernickelung,
etc.);
- – eine
Schicht aus pulverförmiger
Emaillefritte wird auf das so vorbereitete Blechteil aufgebracht
(beispielsweise mittels einer elektrostatischen Spritzpistole);
- – das
so beschichtete Teil wird gebrannt, um die Glasbildung der Emaillefritte
zu bewirken.
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Ein solches herkömmliches Verfahren weist einige
Nachteile auf. In erster Linie ist zu bemerken, daß dieses
Verfahren notwendigerweise eine Vorbehandlung (ein Entfetten, ein Ätzen, eine
Phosphatierung, etc.) der Teile aus umgeformtem Blech beim Emaillierer
voraussetzt. Nun aber, während
die Vorbehandlung von ebenen Blechen ein verhältnismäßig einfacher und schneller
Arbeitsvorgang ist, der kontinuierlich durchgeführt werden kann, ist die Vorbehandlung
von Teilen aus umgeformtem Blech deutlich komplizierter und weniger
schnell.
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Außerdem, während mit den gegenwärtigen Techniken
die Aufbringung einer Emaillierzusammensetzung auf ebene Bleche
schnell, kontinuierlich und in sehr gleichmäßiger Weise durchgeführt werden
kann (daher eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Dicke der Emailleschicht),
ist die Aufbringung einer Emaillierzusammensetzung auf umgeformte
Blechteile ein Arbeitsvorgang, der zwangsläufig langsamer und schwieriger ist
und der es nicht erlaubt, dieselbe Gleichmäßigkeit der Dicke der Emailleschicht
zu erhalten.
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Es wurde bereits versucht, diese
Nachteile der herkömmlichen
Emailliertechnik zu beheben.
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Das Dokument US-A-5,325,580 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von geformten Teilen aus emailliertem
Blech, in welchem:
- – vor der Umformung auf ein
Stahlblech eine Schicht einer Zusammensetzung (mit der Rolle) aufgebracht wird,
die eine in einer Lösung
eines Polymerbindemittels dispergierte Emaillefritte umfaßt, und
dann diese Schicht getrocknet (Verdampfen des Lösungsmittels) und/oder gebrannt
wird,
- – unter
Umständen
eine zweite Schicht einer derartigen Zusammensetzung aufgebracht
wird, wobei die zweite Schicht ihrerseits getrocknet und/oder gebrannt
wird,
- – dieses
beschichtete Blech danach in die Form des herzustellenden Teils
umgeformt wird,
- – das
Teil aus beschichtetem und umgeformtem Blech danach bei einer Temperatur
zwischen 560°C
und 850°C
gebrannt wird, um das Polymerbindemittel zu verbrennen und die Emaillefritte
zu verglasen.
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Die in der US-A-5,325,580 beschriebene
Technik bietet einige Vorteile im Vergleich zu der zuvor bekannten
Emailliertechnik. Vor allem erlaubt es diese neue Technik, die Emaillierzusammensetzung
auf ebene Bleche aufzubringen und nicht auch auf vorgeformte Bleche.
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Die so beschichteten ebenen Bleche
können
dem Emaillierer zur Verfügung
gestellt werden; die Bleche müssen
nicht mehr in den Anlagen desselben vorbehandelt werden.
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Die Technik gemäß der US-A-5,325,580 setzt
jedoch voraus, daß nach
der Aufbringung der fluiden Emaillierzusammensetzung auf die ebenen
Bleche große
Mengen an Lösungsmitteln
verdampft und verbrannt werden müssen.
Die Polymerbindemittel, die in den in diesem Dokument beschriebenen
Emaillierzusammensetzungen enthalten sind, können thermoplastische Polymere
oder wärmehärtbare Harze
sein. Die Beschichtungen, die mit den thermoplastische Polymere
enthaltenden Zusammensetzungen (vor dem Glasbildungsbrand) erhalten
werden, sind nicht sehr stabil (vor allem halten sie schlecht den
Lösungsmitteln
stand). Es werden daher die Zusammensetzungen bevorzugt, die wärmehärtbare Harze
enthalten, welche es erlauben, stabilere Beschichtungen zu erhalten,
und welche auch besser dem Umformungsvorgang standhalten. Der fluiden
Emaillierzusammensetzung auf der Basis von thermoplastischem Harz
jedoch, die in der US-A-5,325,580 spezifisch beschrieben ist, mangelt
es an Stabilität
bei Umgebungstemperatur, wobei die in der Zusammensetzung gelösten Bestandteile
des wärmehärtbaren
Harzes die Tendenz aufweisen, sogar bei Umgebungstemperatur untereinander
zu reagieren, was eine Viskositätsveränderung
bewirkt, die häufige
Anpassungen der Aufbringungsbedingungen erfordert, insbesondere
in dem Fall der Auftragung mit der Rolle.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
ist daher, eine Emailliertechnik bereitzustellen, die diese Nachteile
der früheren
Technik nicht aufweist.
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Die vorliegende Erfindung hat eine
Emaillierzusammensetzung zum Gegenstand, die eine Emaillefritte und
ein wärmehärtbares
Harz umfaßt,
wobei diese Zusammensetzung aus einem Pulver besteht, das im wesentlichen
frei von Lösungsmitteln
für dieses
Harz ist.
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Unter der oben angegebenen Definition
der Zusammensetzung soll verstanden werden, daß das wärmehärtbare Harz oder die Bestandteile,
aus welchen es gebildet ist, selbstverständlich nicht als „Lösungsmittel" betrachtet werden
können.
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Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist im Prinzip
frei von Lösungsmittel.
Der Ausdruck „im
wesentlichen frei von Lösungsmittel" wird hier verwendet,
um die Tatsache zu berücksichtigen,
daß die
Zusammensetzung dennoch einen sehr geringen Gehalt an Lösungsmittel
aufweisen kann, was beispielsweise von der Tatsache kommen kann,
daß das
Lösungsmittel
in geringer Menge oder in Spuren in dem wärmehärtbaren Harz oder in dem ein
oder anderen seiner Bestandteile enthalten ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
umfaßt
das wärmehärtbare Harz:
- – ein
vernetzbares Polymer oder mehrere vernetzbare Polymere,
- – ein
Vernetzungsmittel oder mehrere Vernetzungsmittel, das bzw. die dazu
geeignet sind, die Vernetzung des vernetzbaren Polymers oder der
vernetzbaren Polymere zu bewirken, in einer Menge, die ausreichend ist,
um das vernetzbare Polymer oder die vernetzbaren Polymere zu vernetzen
- – mindestens
einen Katalysator in einer Menge, die ausreichend ist, um die Vernetzungsreaktion
zwischen dem vernetzbaren Polymer oder den vernetzbaren Polymeren
und dem Vernetzungsmittel oder den Vernetzungsmitteln zu katalysieren.
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Die wärmehärtbaren Harze, die in der Zusammensetzung
enthalten sind, können
insbesondere aus den wärmehärtbaren
Harzen ausgewählt
sein, die gewöhnlich
in den pulverförmigen
Lackzusammensetzungen verwendet werden.
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Die vernetzbaren Polymere, die in
diesen Harzen enthalten sind, können
insbesondere aus den vernetzbaren Polymeren vom Epoxy-, Polyester-
oder Acryltyp ausgewählt
sein.
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Das Vernetzungsmittel (oder „Härtungsmittel"), das die Vernetzung
bewirken soll, indem es mit den reaktiven Gruppen des vernetzbaren
Polymers reagiert, sollte selbstverständlich in bekannter Weise entsprechend
dem zu vernetzenden Polymer und insbesondere entsprechend der Art
der reaktiven Gruppen dieses Polymers ausgewählt sein. Das Verhältnis von
dem vernetzbaren Polymer zu dem Vernetzungsmittel sollte ebenfalls
in bekannter Weise entsprechend der Art dieser eingesetzten Substanzen
und entsprechend dem gewünschten
Vernetzungsgrad ausgewählt
sein.
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Der Katalysator oder die Katalysatoren,
die der Zusammensetzung zugegeben werden, sollten selbstverständlich auch
entsprechend dem vernetzbaren Polymer und dem Vernetzungsmittel,
die in der Zusammensetzung enthalten sind, ausgewählt sein,
da sie die Reaktion zwischen diesen Substanzen katalysieren sollen.
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Das vernetzbare Polymer oder die
vernetzbaren Polymere, das Vernetzungsmittel oder die Vernetzungsmittel
und der Katalysator oder die Katalysatoren sowie das Verhältnis zwischen
diesen Bestandteilen sollte derart ausgewählt sein, daß die Vernetzungsreaktion
im Verlauf der Herstellung der Zusammensetzung (die nachstehend
beschrieben ist) nur sehr langsam ist, aber daß diese Vernetzung in dem Zeitpunkt
schnell und ausreichend ist, in dem man sie bewirken möchte, bei
der Verwendung der Zusammensetzung.
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Das wärmehärtbare Harz kann vorteilhafterweise
auch mindestens ein Verlaufmittel umfassen. Die Verlaufmittel, die
dazu beitragen, ein gutes Verlaufen und ein gutes Aussehen des geschmolzenen
Films zu erhalten, der auf dem Blech gebildet wird, können insbesondere
aus den in dem Bereich der pulverförmigen Lacke bekannten Verlaufmittel
ausgewählt
sein. Diese Verlaufmittel können
insbesondere solche auf Polyacrylatbasis sein.
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Das wärmehärtbare Harz kann vorteilhafterweise
auch mindestens ein geeignetes Entgasungsmittelumfassen, um die
flüchtigen
Produkte, die sich während
des Vernetzungsvorgangs bilden, zu entziehen. Das Entgasungsmittel,
das es erlaubt, die Fehlerbildungen wie die „Nadelstiche" zu vermeiden, kann
insbesondere aus den in dem Bereich der pulverförmigen Lacke bekannten Entgasungsmitteln
ausgewählt
sein und kann beispielsweise aus Benzoin bestehen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
die Zusammensetzung außerdem mindestens
ein Schmiermittel. Das Schmiermittel kann insbesondere aus den Polyethylenwachsen,
den oxidierten Polyethylenwachsen und den Copolymeren niedrigen
Molekulargewichts von Ethylen mit Vinylacetat oder Acrylsäure ausgewählt sein.
Das Einbringen einer geringen Menge (beispielsweise in der Größenordnung von
1 Gewichtsprozent) eines solchen Schmiermittels in die Zusammensetzung
erleichtert die Umformung eines mit einem vernetzten Film beschichteten
Blechs, der ausgehend von der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhalten
wird. Die Anwesenheit eines solchen Schmiermittels in der Zusammensetzung
kann vor allem nützlich
sein, um die Gefahr der Degradation eines solchen vernetzten Films
zu vermindern, wenn die Umformung des Blechs starke Deformationen
erfordert (beispielsweise bei einem Umformen durch starkes Tiefziehen).
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Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung
mindestens 50 Gewichtsprozent und vorzugsweise mindestens 70 Gewichtsprozent
Emaillefritte in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
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Als Emaillefritte, die in der Zusammensetzung
enthalten ist, kann irgendeine der Emaillefritten verwendet werden,
die normalerweise für
die Emaillierung auf Stahlblech verwendet werden, wenn die Aufbringung des
Emailles nach der Umformung der nackten Bleche durchgeführt wird.
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Es ist zu bemerken, daß zur Emaillierung
der Bleche durch das herkömmliche
Verfahren im allgemeinen ein erster Typ Emaillefritte verwendet
wird, um das als „Grundemaille" bezeichnete Basisemaille
zu bilden, das dazu bestimmt ist, die erste, adhärente, in Kontakt mit dem Metall
aufgebrachte Schicht zu bilden. Ein zweiter Typ Emaillefritte wird
danach verwendet, um die Emailleendschicht (oder „Emailleabdeckschicht)
zu bilden, die im allgemeinen opak, weiß oder farbig ist. Beide dieser
Typen Emaillefritte können
verwendet werden, um eine erfindungsgemäße Zusammensetzung herzustellen;
je nachdem, ob diese Zusammensetzung dazu bestimmt ist, zur Bildung
der ersten oder zweiten Emailleschicht verwendet zu werden.
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Die nachstehenden Tabellen geben
als Beispiele Zusammensetzungen allgemein üblicher Fritten an:
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Die Emaillefritte, die in der Zusammensetzung
enthalten ist, weist vorzugsweise eine derartige granulometrische
Verteilung auf, daß ein
Rückstand
von weniger als 10 Volumenprozent (beispielsweise zwischen 6% und
10%) nach Sieben mit einem Sieb von 40 μm (gemäß der EN-Norm 10209) beobachtet
wird.
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Die erfindungsgemäße Zusammensetzung soll in
ihrer Gesamtheit aus einem feinen Pulver bestehen, wobei das Maximum
ihrer mit einem Gerät
vom Typ Coulter® gemessenen
granulometrischen Verteilungskurve vorteilhafterweise gleich ist
wie oder kleiner ist als 100 μm
und vorzugsweise gleich ist wie oder kleiner ist als 80 μm.
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Die Erfindung hat auch ein Herstellungsverfahren
einer Emaillierzusammensetzung wie der oben beschriebenen zum Gegenstand,
ein Verfahren, gemäß welchem:
- – die
Emaillefritte in pulvriger Form und das wärmehärtbare Harz in pulvriger oder
körniger
Form gemischt werden,
- – dieses
Gemisch erwärmt
und geknetet wird bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur
des wärmehärtbaren
Harzes, aber unterhalb der Vernetzungstemperatur,
- – das
so warm geknetete Gemisch danach unterhalb der Glasübergangstemperatur
des wärmehärtbaren Harzes
abgekühlt
wird, und
- – das
so abgekühlte
und verfestigte Gemisch danach in ein Pulver umgewandelt wird.
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Das Kneten der Bestandteile der Zusammensetzung
bei Wärme
hat zum Ziel, eine feine und gleichmäßige Dispersion der Emaillefritte
in dem Harz zu erhalten, eine Dispersion, in welcher die Körner des
Emaillepulvers in das Harz eingebettet sind.
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Das Kneten des Gemisches sollte bei
einer Temperatur stattfinden, bei welcher das wärmehärtbare Harz ausreichend verflüssigt ist,
um eine gute Dispersion der Emaillefritte in diesem Harz zu erhalten,
aber bei welcher keine oder nur sehr geringe Vernetzung auftritt.
Für bestimmte
Zusammensetzungen wird dieses Kneten beispielsweise bei einer Temperatur
von 130° bis
140° erfolgen,
wenn die Vernetzungsreaktion nur oberhalb von 180°C in signifikanter
Weise stattfindet.
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Das Erwärmen und das Kneten des Gemisches
bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des wärmehärtbaren
Harzes kann vorteilhafterweise in einem beheizten Extruder durchgeführt werden.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
wird das bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des
wärmehärtbaren
Harzes erwärmte
und geknetete Gemisch zwischen gekühlten Zylindern gewalzt, wobei
der so erhaltene abgekühlte
Bogen danach durch Zerstoßen
und Zermahlen in ein Pulver umgewandelt wird.
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Die vorliegende Erfindung hat auch
ein Herstellungsverfahren eines mit einer Zusammensetzung, die eine
Emaillefritte und ein wärmehärtbares
Harz enthält,
beschichteten Blechs zum Gegenstand. Gemäß diesem Verfahren wird auf
mindestens eine der beiden Flächen
eines Blechs eine Schicht einer pulverförmigen Emaillierzusammensetzung
wie die oben beschriebene aufgebracht, wobei diese Schicht danach
auf eine Temperatur und während
einer Zeitdauer erwärmt
wird, die es erlauben, das in der Zusammensetzung enthaltene wärmehärtbare Harz
zu vernetzen.
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Unter der Einwirkung dieser Erwärmung verflüssigt sich
die Schicht der pulverförmigen
Zusammensetzung und wandelt sich in einen kontinuierlichen Film
um, wobei die Fortführung
der Erwärmung
die Vernetzung des in der Zusammensetzung enthaltenen Harzes bewirkt.
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Nachdem auf mindestens eine der beiden
Flächen
des Bleches eine Schicht der pulverförmigen Zusammensetzung aufgebracht
wurde und nachdem die Vernetzung des wärmehärtbaren Harzes dieser Schicht bewirkt
wurde, kann unter Umständen
auf mindestens eine der beiden Flächen des Bleches eine weitere Schicht
der erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung
aufgebracht werden, wobei diese weitere Schicht danach auf eine
Temperatur und während
einer Zeitdauer erwärmt
wird, die es erlauben, das wärmehärtbare Harz
dieser weiteren Schicht zu vernetzen.
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Es versteht sich, daß dieses
Verfahren gemäß zahlreicher
Varianten durchgeführt
werden kann. Gemäß einer
dieser Varianten wird zunächst
auf den beiden Flächen
eines nackten Blechs eine Schicht einer erfindungsgemäßen pulverförmigen Emaillierzusammensetzung
aufgebracht, welche die "Grund-" Emaillefritte enthält, wobei
diese Schicht danach erwärmt
wird, um die Vernetzung zu bewirken. Danach wird auf eine der beiden
Flächen
des Bleches eine neue Schicht der erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung aufgebracht,
welche die "Abdeck-"Emaillefritte enthält, wobei
diese Schicht danach erwärmt
wird, um ihre Vernetzung zu bewirken.
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Die Schicht oder die Schichten der
pulverförmigen
Zusammensetzung werden vorzugsweise auf das Blech durch elektrostatische
Aufbringung abgelagert.
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Um diese pulverförmige Zusammensetzung auf Bänder aus
Blech kontinuierlich aufzubringen, kann man unter Umständen herkömmliche
Pulveraufbringungstechniken wie das elektrostatische Spritzen anwenden.
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Aber gemäß einer bevorzugten Variante
der Erfindung wird ein typisch für
die kontinuierliche Aufbringung von Pulver entwickeltes Verfahren
wie eines der in den Dokumenten
US
4,795,339 ,
US 5,279,863 oder BE
9800367 beschriebenen Verfahren angewendet.
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Vor der Aufbringung einer ersten
Schicht der erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung auf
ein Blech sollte dieses Blech entfettet werden.
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Vor der Aufbringung der Schicht der
pulverförmigen
Zusammensetzung kann das entfettete Blech unter Umständen noch
einer oder mehreren Oberflächenbehandlungen
wie einem Ätzen,
einer Passivierung, einer Vernickelung, etc., unterworfen werden.
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Im allgemeinen ist es vorteilhaft,
aber auch ausreichend, das entfettete Blech einer Phosphatierungsbehandlung,
beispielsweise einer amorphen Eisenphosphatierung, zu unterwerfen.
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Die Erwärmung einer auf ein Blech aufgebrachten
Schicht der pulverförmigen
Zusammensetzung kann, um das wärmehärtbare Harz
dieser Schicht zu vernetzen, erhalten werden, indem man dieses Blech
in einer oder mehreren Warmluft-Trockeneinrichtungen durchlaufen
läßt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
kann diese Erwärmung
jedoch erhalten werden, indem man das Blech in einem oder mehreren
Induktionsöfen
durchlaufen läßt.
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Die Erfindung hat auch ein Verfahren
zur Herstellung eines geformten Teiles aus emailliertem Blech zum
Gegenstand. Gemäß diesem
Verfahren
- – wird
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren (oder einer der Varianten dieses Verfahrens)
ein mit einer (vernetzten) Zusammensetzung, die eine Emaillefritte
und ein wärmehärtbares
Harz enthält,
beschichtetes Blech hergestellt,
- – wird
das mit der vernetzen Zusammensetzung beschichtete Blech in die
Form des herzustellenden Teiles umgeformt,
- – wird
das Teil unter Bedingungen gebrannt, die dazu geeignet sind, eine
vollständige
Pyrolyse des vernetzten Polymers zu erhalten, wobei die Temperatur
während
dieses Pyrolysebrandes unterhalb der Glasbildungstemperatur der
in der Zusammensetzung enthaltenen Fritte gehalten wird,
- – wird
danach der Brand des Teiles unter Erhöhung der Temperatur bis zu
einer zum Erhalten der Glasbildung des Emailles geeigneten Temperatur
fortgesetzt und
- – wird
das emaillierte geformte Teil abgekühlt.
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Nach der Umformung des mit der vernetzen
Zusammensetzung beschichteten Bleches und vor dem Brennen dieses
Teiles, um das vernetzte Polymer zu pyrolysieren, kann unter Umständen auf
mindestens eine Fläche
des geformten Teiles eine Schicht einer pulverförmigen Emaillefritte aufgebracht
werden.
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Wenn ein umgeformtes und mit verglastem
Emaille bedecktes Blechteil gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt wurde, kann auf mindestens eine der beiden Flächen dieses
Teiles eine neue Emailleschicht aufgebracht werden.
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Dies kann erfolgen, indem (beispielsweise
durch elektrostatisches Spritzen) auf mindestens eine der beiden
Flächen
dieses Teiles eine Schicht einer pulverförmigen Emaillefritte aufgebracht
wird, wobei das von dieser Emaillefritte bedeckte Teil danach gebrannt
wird, indem seine Temperatur bis auf eine Temperatur gebracht wird,
die geeignet ist, um die Glasbildung dieser Emaillefritteschicht
zu erhalten, und danach das so hergestellte geformte emaillierte
Teil abgekühlt
wird.
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In dem Verfahren zur Herstellung
eines geformten Teiles aus emailliertem Blech kann das Umformen des
mit der vernetzten Zusammensetzung beschichteten Bleches durch die
gewöhnlichen
Verfahren zur Umformung von Blechen, besonders also durch Tiefziehen
und/oder Plattieren und/oder Biegen, erfolgen.
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Was das Brennen des geformten Teiles
betrifft, ist von Bedeutung, daß die
Phase der Glasbildung von der Pyrolysephase getrennt ist. Und zwar
ist es erforderlich, daß die
Pyrolyse bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur der Emaillefritte
beendet wird. Zu diesem Zweck kann unter Umständen in dem Profil des Temperaturanstieges
eine Stufe (deren Dauer beispielsweise zwischen 15 und 60 Sekunden
liegt) bei einer Temperatur (beispielsweise zwischen 400 und 500°C) vorgesehen
sein, bei welcher die Pyrolyse vervollständigt werden kann, ohne daß die Glasbildung
der Emaillefritte beginnt. Es ist angebracht, eine oxidierende Atmosphäre in dem
Brennofen oder in der Zone des Brennofens, die dieser Stufe entspricht,
aufrechtzuerhalten, um die Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials
zu erleichtern.
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Wie man anhand der vorstehenden Beschreibung
verstehen kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von geformten emaillierten Teilen in Form von zahlreichen Varianten
existieren.
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Das gesamte Verfahren zur Herstellung
eines geformten Teiles aus emailliertem Blech kann unter Umständen an
demselben Ort (beispielsweise derselben Werkstatt oder derselben
Fabrik) durchgeführt
werden. In vielen Fällen
jedoch werden die aufeinanderfolgenden Schritte des Verfahrens an
mindestens zwei sehr verschiedenen Stellen durchgeführt. So
kann beispielsweise der Anfang des Verfahrens, d. h. die Herstellung
des mit der vernetzten Emaillierzusammensetzung beschichteten (nicht
umgeformten) Bleches vorteilhafterweise in oder in der Nähe einer
Hüttenfabrik
stromabwärts
einer Walzstraße
durchgeführt
werden.
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Die so mit der vernetzten Zusammensetzung
beschichteten Bleche können
dann (in Form von gestapelten Platten oder Wicklungen) an einen
Verbraucher (beispielsweise einen Hersteller von Haushaltsgeräten oder
Sanitärausstattungen)
ausgeliefert werden, der das Verfahren von der Umformung des beschichteten Bleches
bis zum Erhalt des umgeformten und mit dem verglasten Emaille bedeckten
Blechteiles zum Abschluß bringt.
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Mit der erfindungsgemäßen Technik
kann das Emaille auf das Blech in einer oder in mehreren Schichten
aufgebracht werden.
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In den meisten Fällen wird das Emaille in zwei
Schichten aufgebracht, nämlich
einer "Grund-" Schicht und einer "Abdeck-" Schicht. Jedoch
kann unter Umständen
das Emaille in mehr als zwei Schichten, beispielsweise in drei Schichten,
nämlich
zuerst zwei "Grund-" Schichten und abschließend einer "Abdeck-" Schicht, aufgebracht
werden.
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Die erste Schicht (die dem Grundemaille
entspricht) wird stets in der Form der erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung
auf das ebene Blech, also vor der Umformung, aufgebracht.
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Eine zweite Schicht der erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung,
die entweder dem Grundemaille oder dem Abdeckemaille) entsprechen
kann, kann unter Umständen
nach dem Vernetzungsbrand der ersten Schicht und vor dem Umformen
aufgebracht werden. Diese von dem ebenen Blech getragene zweite
Schicht muß dann
ihrerseits auf eine Temperatur und während einer Zeitdauer erwärmt werden,
die es erlauben, das wärmehärtbare Harz,
das die zweite Schicht enthält,
zu vernetzen.
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Nach der Umformung des Bleches kann
unter Umständen
eine weitere (Emailleabdeck-) Emailleschicht vor oder nach dem Pyrolysebrennen
des Polymers und dem Glasbildungsbrand des Emailles der aufgebrachten
Schicht (oder der aufgebrachten Schichten) vor dem Umformen aufgebracht
werden. Es ist wichtig zu bemerken, daß jede mögliche weitere, nach dem Umformen
aufgebrachte Schicht nur aus einer Schicht Emaillefritte besteht.
Und zwar gibt es in diesem Stadium der Vorgänge keinen Grund mehr, eine
erfindungsgemäße pulverförmige Zusammensetzung
zu verwenden, da die Umformung bereits stattgefunden hat.
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Im Vergleich zum herkömmlichen
Emaillierverfahren (Emaillierung von vorgeformten Teilen mittels Emaillefritte)
bietet das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere den Vorteil, daß die
Bleche nicht mehr beim Verbraucher (Emaillierer) vorbehandelt werden
müssen.
Die Aufbringung der Emaillierzusammensetzung auf ein ebenes Blech
ist außerdem
viel einfacher und schneller als die Aufbringung von Emaillefritte
auf ein bereits geformtes Teil. In einem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die Aufbringung der Emaillierzusammensetzung kontinuierlich
durchgeführt
werden, was es insbesondere erlaubt, eine sehr gute Gleichmäßigkeit der
Dicke der Emailleschicht zu erhalten.
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Die erfindungsgemäße Technik bietet ferner wichtige
Vorteile im Vergleich zu einer Technik, die die Aufbringung einer
fluiden Zusammensetzung auf ein Blech voraussetzt, welche eine in
einer Lösung
eines Polymerbindemittels suspendierte Emaillefritte umfaßt.
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Ein offensichtlicher Vorteil der
erfindungsgemäßen Technik
ergibt sich unmittelbar aus der Tatsache, daß die Emaillierzusammensetzung
kein Lösungsmittel
enthält.
In der zuvor bekannten Technik, in der eine fluide Zusammensetzung
verwendet wird, welche organische Lösungsmittel enthält, müssen große Mengen an
Lösungsmitteln
(ungefähr
50 ml bis 100 ml Lösungsmittel
pro m2 beschichteter Oberfläche) verdampft
und verbrannt werden.
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Außerdem, wenn die pulverförmige Zusammensetzung
verwendet wird, kann eine größere Dicke
der Zusammensetzung aufgetragen werden, als wenn fluide Zusammensetzungen
verwendet werden. Bei einer fluiden Zusammensetzung ist es häufig notwendig,
zwei Schichten der Zusammensetzung aufzubringen – jede gefolgt von einem Vernetzungsbrennen – um nach
dem Glasbildungsbrand eine ausreichende Dicke des verglasten Emailles
zu erhalten. Mit der erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung kann
dieses Ergebnis erreicht werden, indem nur eine einzelne Schicht
der Zusammensetzung auf das Blech aufgebracht wird.
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Die Zubereitung einer erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung
ist außerdem
leichter als die Zubereitung einer fluiden Emaillierzusammensetzung
und ertordert nicht das Einbringen von Dispersionsmitteln, von Antisedimentationsmitteln
oder von Antischaummitteln in die Zusammensetzung.
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Der Gehalt an Emaillefritte einer
erfindungsgemäßen pulverförmigen Zusammensetzung
kann außerdem
deutlich höher
sein als derjenige einer fluiden Emaillierzusammensetzung.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile
der Erfindung können
den vier nachstehend als nicht beschränkende Beispiele beschriebenen
Ausführungsvarianten
entnommen werden.
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Beispiele 1, 2, 3 und
4
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In diesen vier Beispielen verwendete
Produkte
- – Blech:
In
jedem der vier Beispiele ist das verwendete Blech ein kaltgewalztes
Stahlblech vom Typ DC04EK (europäische
Norm EN 10209). Es ist zu bemerken, daß die Wahl dieses Stahltypes
in keinster Weise kritisch ist und daß auch zahlreiche andere Stahlqualitäten verwendet
werden können
(beispielsweise die Stähle
vom Typ DC01EK oder DC06EK). In den Beispielen 1, 2 und 3 weist
dieses Blech eine Dicke von 0,80 mm auf. In dem Beispiel 4 weist
das Blech eine Dicke von 0,45 mm auf.
- – Harz:
In
den vier Beispielen enthalten die Emaillierzusammensetzungen als
wärmehärtbares
Harz ein wie folgt formuliertes pulverförmiges Harz. Die Verhältnisse
der Bestandteile dieses Harzes sind in Gewichtsprozent in bezug
auf das Gesamtgewicht der Harzformulierung angegeben:
90,88% | kommerzielles
Polyesterharz mit carboxylischer Endgruppe; Crylcoat 440® der
Gesellschaft UCB; |
6,84% | Vernetzungsmittel:
TGIC (Triglycidylisocyanurat): Araldite PT 810® der
Gesellschaft Ciba-Geigy; |
0,08% | Katalysator:
ausgewählt
aus der Gruppe der Phosphoniumhalogenide; |
1,63% | Verlaufmittel:
auf Siliciumdioxid adsorbiertes, flüssiges Acrylharz: Resiflow
PV5 der Gesellschaft Worlée; |
0,57% | Entgasungsmittel:
Benzoin |
- – Emaillefritte:
Grundemaillefritte:
Typ GR der Gesellschaft PEMCO.
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Diese Emaillefritte ist derart fein
zermahlen, daß ein
Rückstand
von 6 bis 10 Volumenprozent nach Sieben mit einem Sieb von 40 μm (EN-Norm
10209) beobachtet wird.
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Herstellung der geformten
emaillierten Teile
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1. Präparation des Substrates aus
Stahlblech
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Das Stahlblech wird einer alkalischen
Entfettung (mittels einer kommerziellen Lösung Parcolene 305C® der
Gesellschaft Chemetall), einem Waschen mit entmineralisiertem Wasser
und einer amorphen Eisenphosphatierung (mittels einer kommerziellen
Lösung
Bonderite 901® der
Gesellschaft Chemetall) unterworfen.
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2. Zubereitung
der Emaillierzusammensetzung
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Das Polyesterharz wird trocken mit
den Zusätzen
(Vernetzungsmittel, Katalysator, Verlaufmittel, Entgasungsmittel
und gegebenenfalls Schmiermittel) und mit der Emaillefritte (in
Form von feinem Pulver) in den unten angegebenen Verhältnissen
(Gewichtsprozent in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung) vermischt:
Das Schmiermittel,
das in die Zusammensetzung gemäß dem Beispiel
3 hineinkommt, ist ein Polyethylenwachs.
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Dieses Gemisch wird dann in einen
beheizten Extruder überführt, in
welchem es zuerst bis zum Schmelzen des Harzes und der verschiedenen
Zusätze
(selbstverständlich
mit der Ausnahme der Emaillefritte) erwärmt wird. In dem Extruder wird
die Zusammensetzung geknetet und vermischt, um eine perfekte Homogenität der Bestandteilezu
erhalten, und dann extrudiert.
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Am Ausgang des Extruders wird das
pastöse
Produkt zwischen zwei Kühlzylinder
gewalzt, was es erlaubt, einen dünnen
Bogen zu erhalten. Dieser Bogen wird mittels eines gekühlten Transportbandes,
das die Temperatur des Gemisches absenkt und es verfestigt, transportiert.
Das feste Material wird danach zerkleinert und in Späne (oder "Plättchen") überführt. Diese
Späne werden
danach in einer Mühle/Siebmaschine
fein zermahlen und das Malgut wird gesiebt.
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Das erhaltene feine Pulver weist
die folgenden Kennzeichen auf:
- – eine Ablagerung
von 300 g/m2 erlaubt es, mit einer Zusammensetzung,
die 80 Gewichtsprozent Emaillefritte enthält (Beispiele 2, 3 und 4),
und nach dem Vernetzungsbrennen eine Dicke von ungefähr 250 μm zu erhalten,
- – diese
Dicke von 250 μm
wird nach vollständiger
Pyrolyse der organischen Materialien und Glasbildung der Emaillefritte
auf ungefähr
100 μm vermindert.
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3. Aufbringung
der Emaillierzusammensetzung auf das Substrat
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In den Beispielen 1, 2 und 3 wird
die Emaillierzusammensetzung in einem Labor auf eine der Flächen des
Substrates mittels einer elektrostatischen Spritzpistole vom Typ "Corona"® bis
zum Erhalt einer Beschichtung von 300 g/m2 aufgebracht.
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In dem Beispiel 4 wird die Emaillierzusammensetzung
auf einer Pilotanlage auf eine der Flächen des Substrates durch das
in dem Dokument BE 9800367 beschriebene Bestäubungsverfahren kontinuierlich
aufgebracht. Auch hier wird eine Beschichtung von 300 g/m2 erhalten.
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4. Vernetzung
der Beschichtung
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In den Beispielen 1, 2 und 3 wird
das Vernetzungsbrennen in einer auf 330°C gebrachten Warmluft-Trockeneinrichtung
durchgeführt,
und dies 100 Sekunden lang. Die Maximaltemperatur, die von dem Blech bei
diesem Vernetzungsbrennen erreicht wird, beträgt 250°C.
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In dem Beispiel 4 wird das Vernetzungsbrennen
durch eine Passage des beschichteten Stahlbandes in einer Reihe
von Induktionsöfen
gemäß dem in
der beigefügten 1 abgebildeten thermischen
Profil durchgeführt.
Die Maximaltemperatur, die von dem Blech bei diesem Vernetzungsbrennen
erreicht wird, beträgt 250°C; die Haltedauer
bei dieser Temperatur beträgt
ungefähr
24 Sekunden.
-
5. Umformung
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In jedem der vier Beispiele werden
ebene Proben tiefgezogen oder gefaltet, um die weiter unten beschriebenen
Bewertungstests durchführen
zu können.
-
6. Pyrolysebrand – Glasbildungsbrand
-
In jedem der vier Beispiele laufen
mit der vernetzten Zusammensetzung beschichtete ebene Proben und
umgeformte Proben in einem Tunnelofen unter Umgebungsatmosphäre hindurch.
Dieser Tunnelofen ist mit Rauchabzugsmitteln ausgestattet. Das thermische
Profil dieses Brennens ist in der Grafik der beigefügten 2 gezeigt.
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Das Brennen bis zu ungefähr 450°C erlaubt
es, die organischen Bestandteile der Beschichtung (Harz und weitere
organische Bestandteile) zu pyrolysieren. Bei dieser Temperatur
von 450°C
wird eine Stufe von einer Dauer von ungefähr 30 Sekunden in dem Profil
des Temperaturanstieges herbeigeführt, um die Pyrolyse zu beenden,
bevor die Temperatur weiter erhöht
wird.
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Für
die Glasbildung der Emaillefritte wird die Temperatur bis auf ungefähr 850°C erhöht. Diese
Maximaltemperatur von 850°C
wird ungefähr
1 Minute lang beibehalten.
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Bewertungstests
-
Bewertungstests wurden an Proben
in verschiedenen Stadien der Präparation
der geformten emaillierten Teile durchgeführt. Diese Tests sind nachstehend
beschrieben und die Ergebnisse der Tests (für die Proben der vier Beispiele)
sind danach in einer Tabelle angegeben.
- 1.
Nach Zubereitung an der aufzubringenden Emaillierzusammensetzung
durchgeführte
Tests: granulometrische Verteilungskurve des Pulvers. Die granulometrische
Verteilungskurve des Pulvers wird mit einer Vorrichtung vom Typ
Coulter® gemessen.
Der Wert, der das Maximum dieser Kurve einnimmt, ist in die Ergebnistabelle übernommen
worden.
- 2. An dem mit der vernetzten Emaillierzusammensetzung beschichteten
Blech durchgeführte
Tests:
- 2.1. Tribologische Eigenschaften der beschichteten Oberfläche:
Der
Reibungskoeffizient auf der beschichteten Oberfläche wird nach der als die "fortschreitende Reibung" bezeichneten Methode
gemessen. Sie besteht in der Messung der erforderlichen Kraft, um
eine Probe, die zwischen einem beweglichen Schlitten und einem Werkzeug
gehalten ist, mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,2 m/min
zu bewegen, und dies mit von 300 bis 600 kg zunehmenden Spannkräften. Der
Reibungskoeffizient ist das Verhältnis
zwischen der Traktionskraft und der Spannkraft. Er ist im allgemeinen stabil
zwischen den verwendeten Werten der Spannkraft.
- 2.2. Spaltfestigkeit und Ablösefestigkeit
der Beschichtung:
- 2.2.1. Nach Faltung (basierend auf der internationalen Norm
ISO 1519): es wird ein einziges Falten um 180° in konischer Form durchgeführt; der
Biegeradius beträgt
minimal 0 mm. Das erhaltene Ergebnis wird in "T" notiert,
welches das Verhältnis
des Biegeradius zur Dicke des Blechs ist. Der Wert in "T" erlaubt es, die Grenze zu bestimmen,
bei welcher die Rissbildung der Beschichtung oder der Adhäsionsverlust
in der Faltzone beobachtet wird.
- 2.2.2. Nach einem Tiefziehen von 7 mm Tiefe mittels eines Testgerätes Erichsen
(gemäß der internationalen
Norm ISO 1520): die Beschichtung wird mit bloßem Auge untersucht, um mögliche Rißbildungen
oder Adhäsionsverluste
festzustellen.
- 2.2.3. Nach schneller Deformation bei dem Test des Stoßverhaltens
(gemäß der ECCA-Norm
T5 (European Coil Coating Association)): es wird der Maximalwert
der Stoßenergie
(in Inch·Pfund,
konvertiert in kg·cm) festgestellt,
bei welchem keine – a)
Rißbildungen
und kein – b)
Adhäsionsverlust
beobachtet werden bzw. wird.
- 2.3. Kratzfestigkeit nach der Methode von "Clemen" (gemäß der internationalen Norm
ISO 1518): es wird die minimale Belastung (in g) festgestellt, die
es der Nadel erlaubt, durch die Beschichtung hindurchzudringen und
das Metall zu erreichen.
- 2.4. Messung der Adhäsion
nach dem Gittertest (gemäß der internationalen
Norm ISO 2409): es werden eine Reihe von senkrechten Furchen gezogen,
die 2 mm voneinander beabstandet sind. Danach wird auf die gekratzte
Zone ein Klebeband aufgebracht und dann wird dieses Band abgerissen.
Es wird die mögliche Ablösung der
Beschichtung zwischen Werten von 0 (die Ränder der Einschnitte sind vollkommen
glatt; keines der Quadrate des Gitters löst sich ab) und 4 (die Beschichtung
löst sich
entlang der Ränder
der Einschnitte in großen
Bereichen ab und/oder einige Quadrate lösen sich teilweise oder ganz
ab notiert. Eine Oberfläche,
die deutlich mehr als 35% bis zu ungefähr 65% verkörpert, wird verwendet).
- 2.5. Lösungsmittelbeständigkeit:
sie erlaubt es, den Grad der Vernetzung der Beschichtung zu charakterisieren.
Ein Stück
hydrophiler Baumwolle, getränkt
mit Methylethylketon, wird an der beschichteten Oberfläche gerieben,
indem eine Serie von 20 Hin- und Zurückbewegungen (H-Z) übertragen
wird. Die möglichen Degradationen
der Beschichtung, die dieser Reibung unterworfen ist, werden beobachtet.
- 3. An dem emaillierten Blech nach dem Glasbildungsbrand durchgeführte Tests
- 3.1. Aussehen der Oberfläche:
Visuelle Überprüfung der
Anwesenheit oder der Abwesenheit von Fehlern.
- 3.2. Anwesenheit von "Nagelschlägen": Die Erwärmung des
mit Emaille beschichteten Stahls auf eine hohe Temperatur in Gegenwart
von Feuchtigkeit bewirkt eine Oxidation des Eisens und die Bildung
von atomarem Wasserstoff (H). Dieser Wasserstoff dringt aufgrund
der Erhöhung
seiner Löslichkeit
in den Stahl ein. Die sich schnell verfestigende verglaste Emailleschicht
schließt
diesen Wasserstoff in den Stahl ein. Nach Rückkehr zur Normaltemperatur
liegt aufgrund der Abnahme der Löslichkeit
eine Sättigung
des Wasserstoffs (H) in dem Metall vor. Das Diffusionsvermögen des
Wasserstoffs bleibt bei Umgebungstemperatur groß, wobei sich derselbe in allen "Schwachstellen" des Stahls zur molekularen
Form (HZ) akkumuliert, besonders an der Grenzfläche Emaille-Stahl. Wenn der
Gasdruck (H2) lokal zu groß wird,
bildet sich ein halbkreisförmiger
Emaillesprung, ähnlich
dem Abdruck des Nagels in der zu modellierenden Masse, der aus diesem
Grund als "Nagelschlag" bezeichnet wird.
- 3.3. Adhäsion
des Emailles auf dem Substrat nach dem Test des Stoßverhaltens
(gemäß der europäischen Norm
EN 10209): schnelle Deformation des emaillierten Blechs durch den
Sturz einer Masse von 1,5 kg aus einer Höhe, die von der Dicke des zu
prüfenden
Blechs abhängig
ist (minimale Dicke von 0,6 mm). Die Adhäsion des Emailles wird dann
durch Vergleich des Aussehens der Einschlagstelle, die auf das getestete emaillierte
Blech aufgebracht wurde, und den Referenzfotos beurteilt. Man erhält eine
Bewertung in 5 Niveaus, von "1", wo die Oberfläche der
Einschlagstelle vollständig
mit Emaille bedeckt ist (ausgezeichnete Adhäsion, bis "5",
wo die Oberfläche
der Einschlagstelle vollständig
nackt (Stahl) ist, wobei der Aufbau Emaille/Stahl offen ist (schlechte
Adhäsion).
Dieser Test wurde nicht an den Proben des Beispiels 4 durchgeführt, bei
welchen das Blech eine Dicke von 0,45 mm aufweist.
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