用于对工件进行静电涂覆的装置和减少其污染的方法

申请号 CN200880130222.8 申请日 2008-07-04 公开(公告)号 CN102083544A 公开(公告)日 2011-06-01
申请人 ABB研究有限公司; 发明人 A·马托齐;
摘要 为了使用于对 工件 进行静电涂覆的装置(1)的污染最少并且提高该装置的可清洁性,该装置的外表面涂有疏 水 硬涂层。
权利要求

1.一种用于对工件进行静电涂覆的装置,所述装置包括:雾化器;电绝缘聚合物材料的外壳,所述壳包围和容纳所述雾化器;用于将所述装置装配到操纵器的装配装置,所述装配装置具有电绝缘聚合物材料的外表面,其特征在于所述外壳和/或所述装配装置外部涂有与接触至少为90°并且根据ASTM D785的硬度至少为100个洛氏硬度的涂层。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述涂层具有至少为100°的与水的接触角。
3.根据权利要求1或者2所述的装置,其中所述涂层在暴露于甲基乙基和/或丁基溶纤剂10分钟之后与水的接触角是在所述暴露之前与水的接触角的至少80%。
4.根据任一前述权利要求所述的装置,其中所述涂层为金属化物溶胶涂层。
5.根据任一前述权利要求所述的装置,其中所述涂层为溶胶涂层。
6.根据任一前述权利要求所述的装置,其中所述涂层为氟改性硅溶胶涂层。
7.根据任一前述权利要求所述的装置,其中所述装置适合于直接静电充电。
8.一种减少用于对工件进行静电涂覆的装置的污染险的方法,所述装置包括:雾化器;电绝缘聚合物材料的外壳,所述壳包围和容纳所述雾化器;用于将所述装置装配到操纵器的装配装置,所述装配装置具有电绝缘聚合物材料的外表面,所述方法包括将所述外壳和/或所述装配装置外部涂覆与水的接触角至少为90°并且根据ASTM D785的硬度至少为100个洛氏硬度的涂层。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述涂层具有至少为100°的与水的接触角。
10.根据权利要求8或者9所述的方法,其中所述涂层在暴露于甲基乙基酮和/或丁基溶纤剂10分钟之后与水的接触角是在所述暴露之前与水的接触角的至少80%。
11.根据权利要求8-10中的任一权利要求所述的方法,其中所述涂层为金属氧化物溶胶涂层。
12.根据权利要求8-11中的任一权利要求所述的方法,其中所述涂层为硅溶胶涂层。
13.根据权利要求8-12中的任一权利要求所述的方法,其中所述涂层为氟改型硅溶胶涂层。
14.根据权利要求8-13中的任一权利要求所述的方法,其中在所述涂覆之前用等离子体处理所述壳和/或装配装置的外表面以便增强所述涂层的粘附性。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述等离子体为氩等离子体或者氧等离子体。
16.根据权利要求8-15中的任一权利要求所述的方法,其中用等离子体处理所述涂层以便增加所述涂层的疏水性。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述等离子体为六甲基二硅氧烷或者全氟正己烷等离子体。

说明书全文

用于对工件进行静电涂覆的装置和减少其污染的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于对工件进行静电涂覆的装置和一种减少这样的装置的污染的方法。

背景技术

[0002] 静电涂覆例如在汽车业中常用于涂刷车体。一种用于静电涂覆的装置包括用于雾化涂料或者涂层粒子的雾化器。从雾化器雾化/喷涂的涂料粒子经受一般为-30至-90kV的高电压所生成的静电场。粒子因此借助静电场而带电并且被送往工件,该工件继而接地。
[0003] 该装置还包括包围和容纳雾化器的壳。壳一般由电绝缘聚合物材料制成。该装置也包括用于将装置装配到操纵器(例如机器人、机器人臂或者往复机构)的装配装置,所述装配装置通常具有电绝缘聚合物材料的外表面。
[0004] 静电涂覆一般分为直接静电涂覆和间接静电涂覆这两类。在直接静电涂覆工艺中,涂料或者涂层粒子在粒子被雾化之前借助高电压而带电。在间接静电涂覆工艺中,涂料或者涂层粒子在粒子已经被雾化之后借助高电压而带电。因此用于间接使得粒子带电的装置具有如下外部电极,这些电极被定位成使得它们在粒子离开雾化器和装置时使粒子带电。
[0005] 用于静电地涂覆工件的装置在操作中受雾化器雾化的涂层材料污染。污染意味着雾化的粒子粘附于装置的不同部分如外壳或者装配装置的外表面。装置的污染在涂刷操作中是一个重要问题。涂料粒子无法到达待涂刷/涂覆的工件,并且它们中的一些可能在雾化器操作之时脱离雾化器本体而到达工件,从而造成涂刷的工件质量不佳。
[0006] 又一险在于产生导电涂料路径并且因而降低例如壳的外表面的绝缘质量,从而造成部分放电并且因而造成涂覆操作的安全停止。
[0007] 因此必须频繁和定期地清洁装置。这是一项涉及到长时间停机的相对令人厌烦和耗时的操作,这些停机特别不利于大规模生产涂覆。例如用于清洁装置的时间常与涂刷两个车体所需要的时间近似地相同。
[0008] 另外,一般而言有必要将溶剂如甲基乙基或者丁基溶纤剂用于清洁装置的外表面以便维持装置的外表面(比如壳的外表面)上的绝缘质量。
[0009] US 5 085 373公开一种用于静电地涂覆工件的装置。该装置包括:喷涂设备,具有旋转雾化器;外壳,由绝缘材料制成;以及内壳,设置于外壳内。该装置将外部电极用于使得雾化的涂料粒子带电。US 5 085 373公开了可以通过使用适当绝缘材料来减少装置在电极的区域中涂覆其本身的危险。推荐使用氟化合物、具体为聚四氟乙烯(PTFE)作为绝缘材料。认为污染在使用PTFE时比利用常用材料如聚甲(POM)明显更少。然而PTFE是相当软的材料并且可能在装置的清洁期间容易被刮擦。因此PTFE并非一种适当的材料选择。
[0010] 本发明的目的因而在于减少用于对工件进行静电涂覆的装置的污染并且提高装置的可清洁性。

发明内容

[0011] 该目的借助根据独立权利要求1的一种用于对工件进行静电涂覆的装置来实现。该目的还借助根据独立权利要求8的用于减少用于对工件进行静电涂覆的装置的污染风险的方法来实现。在从属权利要求中给出优选实施例
[0012] 一种对工件进行静电涂覆的装置包括:雾化器;电绝缘聚合物材料的外壳,该外壳包围和容纳雾化器;以及用于将该装置装配到操纵器的装配装置,所述装配装置具有电绝缘聚合物材料的外表面。壳和/或装配装置涂有大体上疏硬涂层。
[0013] 根据本发明的壳和/或装配装置的外表面上的涂层使表面在该装置的操作期间以及在该装置的停用和启动期间的污染最少。因此可以长时间维持外表面的绝缘质量,即在为了清洁根据本发明的装置而停机之间的时间比先前已知涂覆装置长得多。因此也提高该装置的生产率。
[0014] 另外,涂层有助于装置的清洁,因为在装置的表面上的粒子具有对表面的更少粘附性。
[0015] 涂层一般是疏水性的,即水在涂层的表面上的接触至少为90°,优选为至少100°。涂层的硬度至少为根据ASTM D785测量的100个洛氏硬度。
[0016] 本发明尤其适合于使用使雾化的涂料/涂层粒子的直接带电的装置,但是也可以用于使雾化的涂料/涂层粒子的间接带电的装置、即使用外部电极的装置。附图说明
[0017] 图1a图示了用于使用间接充电对工件进行静电涂覆的装置,该装置装配于涂刷机器人上。
[0018] 图1b图示了用于使用间接充电对工件进行静电涂覆的另一装置,该装置装配于涂刷机器人上。
[0019] 图2图示了用于对工件进行静电涂覆的另一装置。
[0020] 图3图示了固体表面上的液滴和接触角。

具体实施方式

[0021] 在本公开内容中,操纵器应当视为用于操作和/或移动装置的任何装置,比如机器人、机器人臂或者往复机构。
[0022] 一种用于对工件进行静电涂覆的装置包括用于雾化涂料/涂层粒子的雾化器。雾化器一般由电绝缘材料的壳包围。该装置借助装配装置来装配于操纵器如机器人、机器人臂或者往复机构上。至此描述的装置为先前已知并且例如在汽车业中常用于涂刷车辆。
[0023] 图1图示了用于对工件进行静电涂覆的装置1的一个示例。装置1包括:雾化器,由第一壳3a和第二壳3b包围;以及装配装置4,用于将装置1装配到涂刷机器人7的机器人臂5这一形式的操纵器。图1a中的装置适合于使从雾化器经由它的旋转钟状物2喷涂的粒子间接带电,并且因此具有用于生成电场的外部电极6。
[0024] 图1b图示了用于对工件进行静电涂覆的装置1的另一示例。该装置包括雾化器,由第一壳3a和第二壳3b包围。该装置通过装配装置4来装配到涂刷机器人7的机器人臂5。图1b中的装置适合于直接使粒子带电,并且粒子因此在它们经由装置的旋转钟状物2离开装置之前带电。
[0025] 即使上述附图都示出了该装置借助装配装置来附着到机器人臂的实施例,但是本领域技术人员清楚该装置可以通过装配装置来附着到任何种类的操纵器。另外,即使已经在图中图示了旋转钟状物,但是清楚的是,粒子可以通过已知用于这一类装置的任何其它喷涂装置从雾化器送往工件。
[0026] 根据本发明,壳和/或装配装置具有外涂层,以便使装置的外表面在操作期间的污染最少并且有助于装置的清洁。已经发现本发明减少用于清洁装置的时间、因此提高装置的生产率,这是因为停机时间减少了。另外,本发明减少装置的污染、因此需要更少停机进行清洁。由于减少污染而维持装置的外表面的绝缘质量更长的时间、因此使在出现壳和/或装配表面的表面上的放电时需要的安全停止最少。另外明显减少借助该装置涂覆的工件的不良质量风险。
[0027] 图2图示了用于对工件进行静电涂覆的另一装置。该装置包括由壳8包围的雾化器和旋转雾化钟状物9(粒子从该钟状物送往工件)。壳经由颈部10附着到装配装置11。与颈部10相反,装配装置装配到机器人臂12。在根据图2的装置中示出的颈部11优选地也以与壳和/或装配装置相同的方式涂有根据本发明的涂层以避免其污染。
[0028] 根据本发明向装置涂敷的涂层与水具有至少90°或者更多、优选为至少100°、更优选为至少105°的接触角。这一性质保证由该装置雾化和使之带电的涂料粒子并未完全地润湿装置的表面。由此明显减少装置的污染并且有助于装置的清洁,因为在装置表面上的涂料数量比在未涂覆的装置上少得多,并且涂料粒子少得多地粘附到装置的表面。
[0029] 如图3中所示,接触角α是在液体l的液滴D与固体表面s之间分界面处的切角。接触角可以在均衡时由杨氏方程确定:
[0030]
[0031] 其中α为接触角,γ代表在对应分界面之间的表面张,并且s代表固体、v代表蒸汽而l代表液体。测量接触角的方法为公知的方法。
[0032] 另外,本发明的一个基本部分在于涂层具有足够的硬度,因为也常机械地清洁装置。例如使用通常具有60-85个洛氏硬度的PTFE涂层将并非一种适当选择,因为它会在第一次清洁就已经被刮擦、因此在第一次清洁操作之后具有更少抗污染性。因此根据本发明必需的是涂层的硬度至少为根据ASTM D785测量的100个洛氏硬度、优选为至少110个洛氏硬度。用硬度至少为120个洛氏硬度的涂层实现最佳结果。
[0033] 一般在存在清洁溶剂时进行清洁装置的外表面以便保证从表面充分地溶解粘附的粒子。因此根据一个优选实施例,涂层由如下材料制成,该材料在暴露于常用于清洁装置的某些清洁溶剂一段时间之后与水具有与在它未暴露于所述溶剂时它与水的接触角相比未明显更改的接触角。这意味着在暴露于这样的溶剂之后与水的接触角必须是在所述暴露之前与水的接触角的至少80%、优选为至少90%。常用于清洁装置的溶剂为甲基乙基酮和丁基溶纤剂。为了提供对清洁溶剂的充分抵抗力,希望涂层可能经受溶剂的时段应当至少为10分钟、优选为至少20分钟。
[0034] 优选涂层材料是下文称为金属化物溶胶涂层的所谓溶胶-凝胶涂层。可以通过在液体中形成粒子的稳定散布(溶胶)、随后通过改变适当电解质的浓度、老化或者添加从而诱发网状结构来生产这样的涂层。在制备溶胶时使用的原材料通常为无机金属盐或者金属有机化合物,比如金属醇盐。这些原材料经历反应以形成胶质、即散布于溶剂中的固体粒子。
[0035] 溶胶借助常规方法如蘸涂、流涂或者喷涂来沉积于表面上。随后干燥、热处理和/或固化溶胶以便在表面上形成硬涂层。涂层的厚度优选为至少0.5μm以便保证致密和均匀涂层。
[0036] 在通过引用整体结合于此的DE 10 2004 059 152 A1中公开了适当金属氧化物溶胶涂层的示例。
[0037] 根据一个优选实施例,金属氧化物溶胶涂层为溶胶涂层。这样的涂层公知用于其它类型的应用中、例如用作玻璃和各种金属材料上的防粘顶涂层。根据一个特别优选实施例,涂层为氟改性硅溶胶涂层。
[0038] 壳可以由常用于静电涂覆装置的任何电绝缘聚合物材料,比如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚缩醛(比如聚甲醛(POM))、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。优选地,壳由POM或者PA制成。随后向壳的外表面涂覆根据本发明的涂层。
[0039] 用于将装置装配到机器人或者机器人臂的装置可以适当地具有电绝缘聚合物材料(比如上文提到的用于壳的材料)的外表面。随后向装配装置涂覆根据本发明的涂层。
[0040] 为求简化,优选地在组装该装置之前单独地制造和涂覆该装置的壳和装配装置。然而也有可能在已经组装该装置之后涂覆或者(如果需要则)再涂覆壳和/或装配装置。
[0041] 根据本发明的一个优选实施例,在涂覆之前用等离子体处理待涂覆的表面、即壳和/或装配装置的外表面。这样的等离子体处理的目的在于增强涂层到待涂覆的表面的粘附性。优选地基于在待涂覆的表面中使用的具体电绝缘材料来选择等离子体。适当等离子体为氧等离子体或者氩等离子体。
[0042] 根据一个实施例,在已经向壳和/或装配装置的外表面涂敷涂层之后对其进行等离子体处理。所述等离子体处理的目的在于增强涂层的疏水性并且因而增加水在涂层的表面上的接触角。等离子体优选地基于所选涂层材料来选择,并且可以适当地是六甲基二硅氧烷离子体或者全氟正己烷等离子体。
[0043] 例1
[0044] 向POM的样本涂覆称为H 5068并且由FEW Chemicals GmbH提供的硅溶胶涂层。在涂覆之前用等离子体处理样本的表面以便增强涂层的粘附性。借助喷涂来进行涂覆。
[0045] 使用Kyowa Interface Science公司的测试装置DM500和10μl的液滴体积在五个点处测量在涂覆的样本的表面上的水的接触角。接触角测量为108°。通过相同方法确定在涂覆之后与n-十六烷的接触角为67°。
[0046] 例2
[0047] 通过以0.6Mpa的气压操作的空气喷枪向根据例1的样本喷涂带水涂料30秒来测试样本的污染性能。样本放置于喷涂图案的中心并且与枪相距约50cm。
[0048] 样本在80℃的炉中干燥约一个小时。随后拍摄表面的第一照片。样本随后在基于水的稀释剂中浸泡约一分钟。基于水的稀释剂由丁基溶纤剂、水、二甲胺、异丙醇和乙酸乙酯构成。擦去表面上的过量液体并且拍摄样本的第二照片。对照片进行图像分析以量化涂料和涂料去除的程度(颜色背景比)。
[0049] 为了比较,对POM的未涂覆样本进行与上述相同的测试操作。
[0050] 第一照片的图像定量分析表明根据例1的涂覆样本表现出与未涂覆的样本相比少约50%的污染。
[0051] 另外,第二照片的图像定量分析表明根据例1的涂覆样本表现与未涂覆的样本相比可清洁性增加约200%。
[0052] 例3
[0053] 通过用甲基乙基酮(MEK)擦拭例1的样本的表面来使样本暴露于溶剂。以与例1中相同的方式测量水在表面上的接触角。
[0054] 随后通过在半个样本上泼洒带溶剂的涂料来使样本暴露于涂料。随后允许样本干燥约一个小时、随后再次用MEK来擦拭。随后测量水在表面上的接触角。重复该过程四次并且在每次重复之后测量接触角。
[0055] 接触角测量的结果表明水的接触角和n-十六烷的接触角均未由于暴露而更改。
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