FR3013240A1 - METHOD FOR COATING A SUBSTRATE BY ELECTROSTATIC PROJECTION BASED ON FLUOROPOLYMERS, AND ASSOCIATED COMPOSITION - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait à un procédé de revêtement par des fluoropolymères d'une surface d'un substrat approprié comprenant des étapes de : réalisation d'une composition de micro-poudre comprenant au moins un fluoropolymère, application de ladite composition par projection électrostatique sur ladite surface, polymérisation de ladite composition. En outre, l'invention porte sur une composition homogène de micro-poudre comprenant au moins un fluoropolymère, plus particulièrement un mélange fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polytétrafluoroéthylène (PTFE),The invention relates to a method for coating with fluoropolymers a surface of a suitable substrate comprising steps of: producing a micro-powder composition comprising at least one fluoropolymer, applying said composition by electrostatic spraying on said surface, polymerization of said composition. In addition, the invention relates to a homogeneous composition of micro-powder comprising at least one fluoropolymer, more particularly a fluoroethylenepropylene (FEP) and polytetrafluoroethylene (PTFE) mixture,
Description
PROCEDE DE REVETEMENT D'UN SUBSTRAT PAR PROJECTION ELECTROSTATIQUE A BASE DE FLUOROPOLYMERES, ET COMPOSITION ASSOCIEE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte aux revêtements composés de fluoropolymères, en particulier à un procédé d'application par pistolage électrostatique de micro-poudre de fluoropolymères sur des substrats, de préférence métalliques. [0002] L'utilisation d'un tel revêtement composé de fluoropolymères sur un substrat permet d'obtenir une surface ayant des propriétés d'anti-adhérence et de glissement. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0003] L'état de la technique comprend de nombreux documents qui divulguent l'utilisation d'un revêtement de fluoropolymères afin d'améliorer les propriétés d'antiadhérence et de glissement d'un support. [0004] Il est connu de l'état de la technique, d'appliquer un revêtement de fluoropolymères, sur des substrats notamment en utilisant un procédé d'application de fluoropolymères sous forme liquide tel qu'une laque, comme le divulgue la demande WO 1981/001375. [0005] En effet, la demande WO 1981/001375 Al dévoile un procédé d'application d'un revêtement de fluoropolymères sur un matériau composite qui comprend une couche extérieure protectrice déposée par frittage et constituée de particules de polytétrafluoroéthylène (PTFE) dispersées dans une laque de polyimide. La composition comprend de 90 à 80% en volume de laque de polyimide thermodurcissable et de 10 à 20% en volume d'additifs autolubrifiants tels que du PTFE. [0006] Pour des substrats ayant une géométrie complexe, il est difficile d'obtenir un revêtement uniforme et très mince inférieur à 20 pm, de préférence de l'ordre de 5 à 10 pm lorsque des fluoropolymères sous forme liquide sont utilisés. De même, il n'est pas aisé de visualiser cette application en particulier si la composition liquide, comprenant au moins un fluoropolymère, est transparente. EXPOSE DE L'INVENTION [0007] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et notamment à proposer une nouvelle composition inventive de revêtement à base de fluoropolymères et son procédé d'application. [0008] Pour ce faire est proposé un procédé de revêtement par des fluoropolymères d'une surface d'un substrat approprié, comprenant des étapes de : A. réalisation d'une composition homogène de micro-poudre comprenant au moins un fluoropolymère, B. application de ladite composition par projection électrostatique sur ladite surface, C. polymérisation de ladite composition. [0009] Les fluoropolymères sous forme de micro-poudre de l'invention permettent de palier aux inconvénients de l'art antérieur en termes de glissement et d'effet antiadhésif mais également en termes de résistance mécanique et de finesse du revêtement, tout en facilitant l'application de ladite composition sur le substrat. [0010] En effet la projection d'une micro-poudre permet de traiter uniformément des pièces de géométries complexes. De plus, l'application du mélange de micro-poudres crée un effet blanchâtre sur la pièce avant polymérisation, permettant de s'assurer de la bonne application sur la totalité de la surface souhaitée. [0011] En outre, ces micro-poudres ne sont actuellement pas soumises à la législation européenne REACH concernant les solvants dans les produits puisqu'elles sont utilisées sans solvants, et préférentiellement pures. [0012] Par « surface d'un substrat approprié » on entend une surface suffisamment résistante aux traitements liés à l'application et à la polymérisation des fluoropolymères. En particulier les températures de cuisson élevées, utilisées pour polymériser les fluoropolymères, ne détériorent pas une telle surface. A titre d'exemple un substrat métallique ou ayant une surface métallique adapté pour supporter lesdites températures de cuisson tel que 400°C ou encore 380°C, pouvant entre autre être destinée à recevoir ultérieurement un élastomère tel qu'une gomme de pneu. [0013] Par « projection électrostatique », on entend tous moyens permettant de projeter, pulvériser ou transférer, une micro-poudre sur un substrat et de la maintenir en place par l'intermédiaire de charges électrostatiques. Pour ce faire on peut utiliser un pistolet électrostatique, un bain fluidisé électrostatique, un lit fluidisé électrostatique ou tout moyen techniquement équivalent, connu de l'homme du métier. [0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polytétrafluoroéthylène (PTFE), de préférence entre 40 à 60% poids de FEP et 60 à 40% poids de PTFE, avantageusement dans une proportion 50/50 poids. [0015] Le demandeur a découvert, de manière surprenante, que le mélange FEP/PTFE comporte les avantages suivants vis-à-vis des revêtements de l'état de l'art : antiadhérence, anti-frottement, inertie chimique, isolation électrique, résistance thermique et faible épaisseur. [0016] Avantageusement, lesdits fluoropolymères présentent une granulométrie comprise entre environ 1 et 7 nm, de préférence 4 nm. [0017] Le fait d'avoir une granulométrie identique pour lesdits fluoropolymères permet d'obtenir une composition homogène permettant de faciliter son application par projection électrostatique. [0018] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape B d'application de ladite composition est effectuée par pistolage électrostatique ou pulvérisation électrostatique. C'est-à-dire que le moyen d'application, tel qu'un pistolet électrostatique, est adapté à pulvériser sur la surface d'un substrat, ladite composition de l'invention. A titre d'exemple, un pistolet électrostatique WAGNER® peut être utilisé comme moyen d'application. [0019] Selon un autre mode de réalisation, l'étape B d'application de ladite composition est effectuée par l'utilisation d'un bain fluidisé électrostatique. [0020] Avantageusement, l'étape C de polymérisation est effectuée à une température entre environ 360°C et 420°C, de préférence environ 380°C, jusqu'à polymérisation totale desdits fluoropolymères, soit de préférence pendant 1 heure. [0021] En outre, le procédé selon l'invention peut comprendre des étapes préalables de préparation à l'étape A, telle qu'une étape de ressuage thermique et/ou une étape d'épargne et/ou une étape de sablage, au moins partiel, de la surface à revêtir. [0022] De préférence, ladite micro-poudre de FEP ou PTFE utilisée est obtenue par évaporation de la solution en phase aqueuse du FEP/PTFE liquide, puis broyée et/ou tamisée afin obtenir la granulométrie utilisable. [0023] Un autre objet de l'invention consiste en un kit de revêtement par des fluoropolymères d'une surface destinée à recevoir un élastomère, configure pour la mise en oeuvre d'un procédé défini ci-dessous et, comprenant : - une composition de micro-poudre comprenant un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polytétrafluoroéthylène (PTFE), de préférence dans une proportion 50/50, - un moyen d'application de ladite composition par projection électrostatique sur ladite surface, - de préférence un moyen de polymérisation de ladite composition. [0024] L'invention a également pour objet un substrat, de préférence métallique, comprenant une surface revêtue de fluoropolymères, et destinée à recevoir un élastomère, obtenu par le procédé défini ci-dessus. [0025] En outre, l'invention porte sur une composition, de préférence sous la forme de micro-poudre, apte à la réalisation du procédé selon l'invention. C'est-à-dire une composition homogène de micro-poudre comprenant au moins un fluoropolymère, plus particulièrement un mélange fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polytétrafluoroéthylène (PTFE), de préférence dans une proportion 50/50 et plus particulièrement ayant de préférence une même granulométrie comprise entre environ 1 et 7 nm, de préférence 4 nm. [0026] L'objet de la présente demande porte également sur l'utilisation d'une telle composition, de préférence comprenant au moins un fluoropolymère sous forme de micro-poudre comme revêtement afin d'obtenir une surface ayant des propriétés d'anti-adhérence, d'anti-frottement, d'inertie chimique, d'isolation électrique, de résistance thermique et/ou de glissement. [0027] En variante, on peut prévoir d'utiliser du perfluoroalkoxy (PFA) en lieu et place du fluoroéthylènepropylène (FEP). BREVE DESCRIPTION DE LA FIGURE [0028] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure 1 annexée, qui illustre un procédé selon une variante de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0029] Selon la représentation de la figure unique, le procédé commence de préférence par une étape 10 de ressuage thermique de la pièce à traiter selon les moyens connus de l'homme du métier dans des conditions opératoires ne dégradant pas le substrat. Cette étape de ressuage thermique permet d'éliminer les impuretés qui pourraient se trouver sur la pièce à traiter et gêner l'adhésion du revêtement selon l'invention. [0030] Avantageusement, une étape 30 de sablage peut être réalisée afin de préparer la surface du substrat. Le sablage se fait par exemple au moyen de corindon@ blanc de grade 120. La pression de sablage est ajustée en fonction du substrat de manière à éviter de l'endommager, par exemple entre environ 2 à 3 bars. Pour un substrat métallique, une pression à 3 bars est préférée. Un ou plusieurs passages des moyens de sablage peut être mis en oeuvre selon le souhait de l'opérateur en fonction de la nature du substrat et du résultat souhaité. [0031] Par la suite, une étape 40 de nettoyage peut être effectuée par exemple par soufflage d'air comprimé sur les surfaces appropriées, afin d'enlever les résidus de corindons et/ou de matières détachées du substrat. [0032] Optionnellement une étape 20 d'épargne peut être ensuite implémentée avant et/ou après l'étape 30 de sablage afin de délimiter la zone de sablage et/ou d'application de la composition selon l'invention sur la surface du substrat. L'épargne peut être mécanique ou manuelle selon les moyens connus de l'homme du métier tels que l'apposition d'un masque sur des parties de surface que l'on ne souhaite pas traiter par exemple à l'aide d'un scotch de sablage. En particulier, les zones qui ne doivent pas être revêtues sont protégées par une telle épargne. [0033] Enfin, l'étape 60 d'application de la composition selon l'invention par pulvérisation électrostatique est réalisée à l'aide d'un pistolet électrostatique, a raison d'environ 10 à 30 g/m2, de préférence environ 20g/m2. [0034] La composition de micro-poudre selon l'invention aura été préalablement préparée durant l'étape 50 sur la figure 1, par mélange de micro-poudres de FEP et PTFE obtenues par broyage puis tamisage de la matière sèche issue après évaporation de FEP et de PTFE liquide. [0035] Lesdites micro-poudres de fluoropolymères peuvent être achetées dans le commerce ou bien fabriquées sur place. Cependant, le demandeur a noté, qu'il est très difficile de trouver dans le commerce des micro-poudres ayant la caractéristique notamment la granulométrique, adaptée à la présente invention. Il apparait donc préférable de les produire par soi-même selon le protocole décrit dans la présente demande. [0036] Ledit mélange de micro-poudres de FEP et PTFE est réalisé dans les proportions suivantes : entre 40 à 60% poids de FEP et 60 à 40% poids de PTFE, de préférence dans une proportion 50/50 poids. [0037] En outre, la composition selon l'invention peut comprendre d'autres composés que des fluoropolymères pour autant qu'ils ne s'opposent pas à l'application et à la polymérisation de la composition selon l'invention. A titre d'exemple on peut citer : des colorants tels que le graphite, et/ou des agents lubrifiants tels que le PFA, et/ou des agents durcissant tels que du polyétheréthercétone (PEEK) [0038] Finalement, une étape 70 de polymérisation est réalisée à une température adaptée au substrat généralement comprise entre environ 360°C et 395°C, de préférence environ 380°C, pendant 1 heure environ, selon les moyens connus de l'homme du métier comme par exemple en utilisant un four ou un rayonnement infrarouge. [0039] Le substrat ainsi revêtu est par la suite refroidi, par exemple jusqu'à atteindre la température ambiante, puis des contrôles 80 de qualité peuvent être effectués. [0040] Lesdits contrôles peuvent consister en des relevés dimensionnels de préférence en plusieurs points de la surface ainsi revêtue. Ces relevés se font par exemple au permascope. Il est ainsi possible de s'assurer de l'épaisseur du revêtement et de son uniformité. On peut aussi vérifier s'il y a des cloques ou des traces d'oxydation. Avantageusement un test de quadrillage sur éprouvette traceuse peut être réalisé. [0041] Dans certains cas, il est préférable de commencer le procédé par une étape de dégraissage alcalin de la surface du substrat avant ladite étape de ressuage thermique (ou pyrolyse).TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION [0001] The invention relates to coatings composed of fluoropolymers, in particular to an electrostatic spraying method for the application of electrostatic spraying. micro-powder of fluoropolymers on substrates, preferably metal. The use of such a coating composed of fluoropolymers on a substrate provides a surface having anti-adhesion and slip properties. STATE OF THE PRIOR ART [0003] The state of the art comprises numerous documents that disclose the use of a fluoropolymer coating in order to improve the anti-adhesion and sliding properties of a support. It is known from the state of the art, to apply a fluoropolymer coating, on substrates including using a method of applying fluoropolymers in liquid form such as a lacquer, as disclosed WO application 1981/001375. Indeed, the application WO 1981/001375 A1 discloses a method of applying a fluoropolymer coating to a composite material which comprises a protective outer layer deposited by sintering and consisting of polytetrafluoroethylene particles (PTFE) dispersed in a polyimide lacquer. The composition comprises from 90 to 80% by volume of thermosetting polyimide lacquer and from 10 to 20% by volume of self-lubricating additives such as PTFE. For substrates having a complex geometry, it is difficult to obtain a uniform and very thin coating of less than 20 μm, preferably of the order of 5 to 10 μm when fluoropolymers in liquid form are used. Similarly, it is not easy to visualize this application in particular if the liquid composition, comprising at least one fluoropolymer, is transparent. SUMMARY OF THE INVENTION [0007] The purpose of the invention is to remedy the disadvantages of the state of the art and, in particular, to propose a new inventive fluoropolymer-based coating composition and its method of application. For this purpose, a process is proposed for coating with fluoropolymers a surface of a suitable substrate, comprising steps of: A. producing a homogeneous micro-powder composition comprising at least one fluoropolymer, B. applying said composition by electrostatic spraying onto said surface, C. polymerizing said composition. The fluoropolymers in the form of micro-powder of the invention can overcome the disadvantages of the prior art in terms of slip and nonstick effect but also in terms of mechanical strength and fineness of the coating, while facilitating applying said composition to the substrate. The projection of a micro-powder makes it possible to uniformly treat pieces of complex geometries. In addition, the application of the mixture of micro-powders creates a whitish effect on the part before polymerization, to ensure the correct application on the entire desired surface. In addition, these micro-powders are currently not subject to European REACH legislation on solvents in products since they are used without solvents, and preferably pure. By "surface of a suitable substrate" is meant a sufficiently resistant surface treatments related to the application and polymerization of fluoropolymers. In particular, the high firing temperatures used to polymerize the fluoropolymers do not deteriorate such a surface. For example a metal substrate or having a metal surface adapted to withstand said cooking temperatures such as 400 ° C or 380 ° C, can among others be intended to subsequently receive an elastomer such as a tire rubber. By "electrostatic projection" is meant any means for projecting, spraying or transferring a micro-powder on a substrate and to keep it in place by means of electrostatic charges. To do this, an electrostatic gun, an electrostatic fluidized bath, an electrostatic fluidized bed or any technically equivalent means known to those skilled in the art can be used. According to another characteristic of the invention, said micro-powder composition comprises a mixture of fluoroethylenepropylene (FEP) and polytetrafluoroethylene (PTFE), preferably between 40 to 60% by weight of FEP and 60 to 40% by weight of PTFE, advantageously in a proportion of 50/50 weight. The applicant has discovered, surprisingly, that the FEP / PTFE mixture has the following advantages vis-à-vis the coatings of the state of the art: anti-adhesion, anti-friction, chemical inertness, electrical insulation, thermal resistance and low thickness. [0016] Advantageously, said fluoropolymers have a particle size of between about 1 and 7 nm, preferably 4 nm. The fact of having an identical particle size for said fluoropolymers provides a homogeneous composition to facilitate its application by electrostatic spraying. According to another characteristic of the invention, step B of application of said composition is carried out by electrostatic spraying or electrostatic spraying. That is, the application means, such as an electrostatic gun, is adapted to spray on the surface of a substrate, said composition of the invention. For example, a WAGNER® electrostatic gun can be used as a means of application. According to another embodiment, step B of applying said composition is carried out by the use of an electrostatic fluidized bath. Advantageously, the polymerization step C is carried out at a temperature between about 360 ° C and 420 ° C, preferably about 380 ° C, until complete polymerization of said fluoropolymers, preferably for 1 hour. In addition, the method according to the invention may comprise preliminary steps of preparation in step A, such as a thermal bleeding step and / or a saving step and / or a sandblasting step, at less partial, of the surface to be coated. Preferably, said micro-powder of FEP or PTFE used is obtained by evaporation of the aqueous phase solution of liquid FEP / PTFE, and then ground and / or sieved to obtain the usable particle size. Another object of the invention consists of a fluoropolymer coating kit of a surface intended to receive an elastomer, configured for the implementation of a method defined below and comprising: - a composition micro-powder composition comprising a mixture of fluoroethylenepropylene (FEP) and polytetrafluoroethylene (PTFE), preferably in a proportion of 50/50; means for applying said composition by electrostatic spraying on said surface, preferably a means of polymerization of said composition. The invention also relates to a substrate, preferably a metal, comprising a surface coated with fluoropolymers, and intended to receive an elastomer, obtained by the method defined above. In addition, the invention relates to a composition, preferably in the form of micro-powder, suitable for carrying out the method according to the invention. That is to say a homogeneous micro-powder composition comprising at least one fluoropolymer, more particularly a fluoroethylenepropylene (FEP) and polytetrafluoroethylene (PTFE) mixture, preferably in a 50/50 proportion and more preferably preferably having a same particle size of between about 1 and 7 nm, preferably 4 nm. The subject of the present application also relates to the use of such a composition, preferably comprising at least one fluoropolymer in the form of micro-powder as a coating in order to obtain a surface having anti-blocking properties. adhesion, anti-friction, chemical inertness, electrical insulation, thermal resistance and / or slip. Alternatively, it can be provided to use perfluoroalkoxy (PFA) instead of fluoroethylenepropylene (FEP). BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURE [0028] Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge on reading the description which follows, with reference to the appended FIG. 1, which illustrates a method according to a variant of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT According to the representation of the single figure, the process preferably begins with a step 10 of thermal penetration of the workpiece according to the means known to those skilled in the art under operating conditions. not degrading the substrate. This step of thermal bleeding removes impurities that may be on the workpiece and interfere with the adhesion of the coating according to the invention. Advantageously, a sanding step 30 may be performed to prepare the surface of the substrate. The sanding is done for example by means of corundum @ white grade 120. The sanding pressure is adjusted depending on the substrate so as to avoid damage, for example between about 2 to 3 bars. For a metal substrate, a pressure of 3 bar is preferred. One or more passes of the sanding means may be implemented according to the wishes of the operator depending on the nature of the substrate and the desired result. Subsequently, a cleaning step 40 may be performed for example by blowing compressed air on the appropriate surfaces, in order to remove residues of corundum and / or loose material from the substrate. Optionally, a saving step 20 can then be implemented before and / or after the sanding step 30 in order to delimit the area of sanding and / or application of the composition according to the invention on the surface of the substrate. . Saving can be mechanical or manual according to the means known to those skilled in the art such as the apposition of a mask on surface parts that we do not wish to treat for example using a scotch tape sandblasting. In particular, areas that should not be paved are protected by such savings. Finally, the step 60 of application of the composition according to the invention by electrostatic spraying is performed using an electrostatic gun, at a rate of about 10 to 30 g / m2, preferably about 20g / m2. The micro-powder composition according to the invention was previously prepared during step 50 in Figure 1, by mixing micro-powders of FEP and PTFE obtained by grinding and sieving the dry matter after evaporation of FEP and PTFE liquid. These micro-powders of fluoropolymers can be purchased commercially or manufactured locally. However, the Applicant has noted that it is very difficult to find commercially available micro-powders having the particular particle size, suitable for the present invention. It therefore seems preferable to produce them by oneself according to the protocol described in the present application. [0036] Said mixture of micro-powders of FEP and PTFE is produced in the following proportions: between 40 to 60% by weight of FEP and 60 to 40% by weight of PTFE, preferably in a proportion of 50/50 by weight. In addition, the composition according to the invention may comprise other compounds than fluoropolymers as far as they do not oppose the application and polymerization of the composition according to the invention. By way of example, mention may be made of: dyes such as graphite, and / or lubricating agents such as PFA, and / or hardening agents such as polyetheretherketone (PEEK). Finally, a polymerization step 70 is carried out at a temperature adapted to the substrate generally between about 360 ° C and 395 ° C, preferably about 380 ° C, for about 1 hour, according to the means known to those skilled in the art such as for example using a furnace or infrared radiation. The thus coated substrate is subsequently cooled, for example until the ambient temperature, then quality checks 80 can be made. [0040] Said checks may consist of dimensional readings, preferably at several points, of the surface thus coated. These surveys are done for example at the permascope. It is thus possible to ensure the thickness of the coating and its uniformity. We can also check for blisters or oxidation. Advantageously a grid test on tracer test piece can be realized. In some cases, it is preferable to start the process with a step of alkaline degreasing of the surface of the substrate before said step of thermal bleeding (or pyrolysis).
EXEMPLE(S) : [0042] Les données suivantes ont été obtenues après lecture au permascope d'un substrat métallique recouvert d'un revêtement composé de 50/50% poids de FEP/PTFE - Coefficient de frottement : 0,02 ; - Température maximum d'utilisation : 260°C en continu / 280°C en intermittence ; - Température minimale d'utilisation : -180°C - Epaisseur : 5 pm ; - Teinte : couleur du substrat. [0043] De nombreuses combinaisons peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention ; l'homme de métier choisira l'une ou l'autre en fonction des contraintes économiques, ergonomiques, dimensionnelles ou autres à respecter. L'homme du métier adaptera par exemple les températures aux masses thermiques du substrat.5EXAMPLE (S): The following data were obtained after reading the permascope of a metal substrate coated with a coating composed of 50/50% by weight of FEP / PTFE - Coefficient of friction: 0.02; - Maximum operating temperature: 260 ° C continuous / 280 ° C intermittently; - Minimum temperature of use: -180 ° C - Thickness: 5 pm; - Hue: color of the substrate. Many combinations can be envisaged without departing from the scope of the invention; the skilled person will choose one or the other depending on the economic, ergonomic, dimensional or other constraints to be respected. Those skilled in the art will, for example, adapt the temperatures to the thermal masses of the substrate.
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