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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf Beschichtungen für hochfeste
Stahlobjekte, wie Federn, die aus hochfestem Stahl gebildet werden,
die dem hochfesten Stahl Korrosions- und Splitterbeständigkeit
verleihen.
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Hintergrund der Erfindung
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Stahlschraubenfedern
in den Laufzeugen von Autos und anderen Fahrzeugen unterliegen sehr
korrosiven Bedingungen. Es wurde angenommen, daß konventionelle Stahlfedern
rosten, und unter Berücksichtigung
dieses Rosten wurden konventionelle Schraubenfedern aus gebührend dickem
Stahl geformt.
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Um
die Lenk- und Fahrsteuerung von Autos zu verbessern, ist es wünschenswert,
die Reifen nach außen
hin zu den Ecken des Fahrzeugs zu bewegen. Dies erhöht die Drehbeanspruchung
auf die Autokörperstruktur,
die unter Verwendung eines stärkeren
Rahmenbaus oder Gewichtreduktion der Aufhängungskomponenten, die sie
zu den Ecken bewegen, aufgehoben werden muß. Hochfeste Stahlschraubenfedern
mit verringertem Durchmesser wiegen weniger als konventionelle Autoaufhängungsschraubenfedern,
so bieten sie Mittel, um das Gewicht von diesen Komponenten zu verringern.
Hochfester Hochleistungsstahl ermöglicht weitere Gewichtsverringerung.
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Hierin
wird definiert, daß der
hochfeste Stahl MPa (Megapascal (N/m2))
zwischen 1800 MPa und 2100 MPa aufweist; dies umfaßt hochfesten
Hochleistungsstahl von 1950 MPa bis 2100 MPa oder darüber.
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Hochfeste
Stahlschraubenfedern sind kratz- und kerbempfindlich, daher benötigen sie
Schutz vor Stoßschäden, die
durch fliegende Steine und Kiesel, denen man wäh rend des Fahrens auf befestigten
oder unbefestigten Straßen
begegnet, verursacht werden. Um ebenso die gewünschten metallurgischen Eigenschaften
aufrechtzuerhalten und vorzeitige Biegeschäden zu verhindern, kann der
hochfeste Stahl nicht über 325 °F (163 °C) erhitzt
werden.
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Konventionelle „E"-Grundierungen und/oder
Epoxypulverbeschichtungen, die auf Autoaufhängungsfedern vom Stütztyp verwendet
werden, inhibieren Steinschlagschäden nicht akzeptabel, wie durch
den Niedrigtemperatur-Gravelometer-Test bestimmt, gefolgt vom beschleunigten
Scab-Korrosions-Test von hochfesten Federn. Keine Schicht, die allein
aufgebracht wird, wird den erforderlichen Splitter- und Korrosionsschutz
bereitstellen.
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Ein
derzeitiger Ansatz zur Bereitstellung der Korrosions- und Splitterbeständigkeit
von hochfestem Stahl wird in US-A-2981086 beschrieben. Dieses Patent
beschreibt eine Doppelschichtbeschichtung, einschließlich einer
zinkreichen, wärmegehärteten Epoxygrundschicht,
die Korrosionsbeständigkeit
bereitstellt, und eine thermoplastische äußere Beschichtung, die die
Splitterbeständigkeit
bereitstellt. Der spezielle thermoplastische Kunststoff, der in
US-A-5981086 gelehrt wird, ist ein Ethylen/Acrylsäure-Copolymer,
ein relativ teures Material. Die Ethylen/Acrylsäure-Copolymere können durch
Polyolefine ersetzt werden, und obwohl Polyolefine weniger teure
Materialien sind, sind dickere Schichten erforderlich, um die notwendige
Splitterbeständigkeit
bereitzustellen. Das Verarbeiten der thermoplastischen Kunststoffe
ist ebenso teuer. Ein allgemeiner Nachteil einer solchen Doppelschichtbeschichtung
ist, daß zwei
separate Beschichtungsvorgänge
erforderlich sind und zwei separate Heizzyklen erforderlich sind,
der erste, um mindestens teilweise das Epoxyharz der Grundschicht
zu schmelzen und zu härten,
und ein zweiter, um den thermoplastischen Kunststoff der äußeren Beschichtung
zu schmelzen und die Epoxygrundschicht vollständig zu härten. Sowohl das Material der
Grundschicht als auch der äußeren Schicht
muß bei
einer Temperatur unter der, bei der der Stahl seine hohe Zugfestigkeit
verliert, im Kreislauf bearbeitet werden folglich ist die Wahl von
geeigneten Harzsystemen für
die zwei Schichten eingeschränkt.
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Es
ist folglich ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Beschichtungen
für hochfesten
Stahl bereitzustellen, die preisgünstiger als die derzeit in
Verwendung befindlichen Beschichtungen sind, und die mit einem einzelnen
Heizzyklus verarbeitet werden können.
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Gemäß der Erfindung
werden splitter- und korrosionsbeständige Beschichtungen für hochfesten
Stahl bereitgestellt, in denen die Harzkomponente ein „zäh gemachtes" Epoxyharz ist. Die
Korrosionsbeständigkeit wird
durch die hohe Zinkbeladung, speziell in dem Teil der Beschichtung,
die mit dem hochfesten Stahl in Kontakt ist, bereitgestellt.
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Als
ein Verfahren zur Zähmachung
des Epoxyharzes wird aus dem Epoxy mit 5 bis 25 Gew.-% (bezogen
auf das Gesamtgewicht der Epoxykomponente und der Elastomerkomponente)
eines Elastomers mit einer Glasübergangstemperatur
(Tg) von –30 °C oder niedriger,
vorzugsweise einer Tg von –40 °C oder niedriger, ein
Addukt gebildet (chemisch gebunden). Eine speziell geeignete Elastomerkomponente
ist Carboxyl-terminierter Butadien/Acrylnitril-Kautschuk (CTBN).
Die Elastomerkomponente macht das Harz weich und bleibt unter den
Temperaturen, denen der Komponententeil bei kalten Wetterbedingungen
unterzogen werden kann, flexibel.
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In
dieser adduktgebildeten Beschichtungszusammensetzung wird das Epoxyharz
als eine äußere Schale
an das Elastomer, das in der Form eines weichen Kautschukkerns,
beispielsweise eines Acrylatkautschukkerns mit Carbonsäurefunktionalität, durch
die das Epoxyharz der Schale gebunden wird, vorliegt, chemisch gebunden.
Solche Acrylatkautschuke können
aus (Meth)acrylsäure
und (Meth)acrylsäureestern
gebildet werden. Es wird angenommen, daß bei der geschmolzenen und
gehärteten
Beschichtung, die durch ein solches Pulver bereitgestellt wird,
die Acrylatkautschukkerne dahingehend fungieren, jegliche Bruchbildung der
Beschichtung zu beenden, die aufgrund eines Stoßes ausgelöst werden kann. In den Kern/Schale-Harzen, die
verwendet werden, um das Beschichtungspulver zu bilden, umfaßt der Acrylatkautschuk
zwischen 5 und 20 Gew.-% des Harzes, bezogen auf die Gesamtheit
der Epoxyschale und den Acrylatkautschukkern, und das Epoxy der
Schale macht den Rest von 80 bis 95 Gew.-% aus.
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Gemäß einem
anderen Verfahren zur Zähmachung
des Epoxyharzes wird das Epoxyharz mit einem multifunktionellen
Hydroxyhärtungsmittel
mit einem Hydroxyläquivalentgewicht
von mindestens 200, vorzugsweise mindestens 300, bis zu 500 gehärtet. Der
Abstand zwischen Hydroxylgruppen eines solchen Härtungsmittels stellt die Flexibilität des gehärteten Epoxyharzes
bereit. Dieses Zähmachungsverfahren
kann allein oder zusammen mit einem der zwei oben erläuterten
Zähmachungsverfahren
verwendet werden, und mindestens 150 phr des Zinkpulvers werden
in dieser Ausführungsform
verwendet.
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Obwohl
jedes der oben beschriebenen gehärteten
Epoxide Splitterbeständigkeit
aufweist, ist diese Splitterbeständigkeit
unzureichend, um die Erfordernisse für hochfeste Stahlfedern zu
erfüllen.
Jedoch, wie oben angemerkt, werden die gehärteten Epoxide zinkbeladen,
gleich welches Zähmachungssystem
verwendet wird, d. h. mit mindestens 75 Teilen je hundert Teilen
Harz (bezogen auf die Gesamtheit an Epoxyharz, wenn vorhanden, härtendem
Harz und Epoxyvernetzer), vorzugsweise mindestens 150 phr Zink,
und stärker bevorzugt
mindestens 200 phr Zink. Überraschenderweise
und unerwarteterweise macht das Zink, das für die Korrosionsbeständigkeit
zugegeben wird, das Epoxy weiter zäh, das durch irgendeines der
oben erläuterten Verfahren
zäh gemacht
wird. Folglich kann ein zäh
gemachtes, zinkbeladenes Epoxy bei einer geschmolzenen und gehärteten Dicke
von 305 bis 508 μm
(12 bis 20 mil), vorzugsweise mindestens 381 μm (15 mil) als eine einzelne
Beschichtung auf hochfesten Stahl, einschließlich hochfesten Stahlfedern,
aufgetragen werden, und erfüllten
gegenwärtig
kommerzielle Erfordernisse für
die Splitter- und Korrosionsbeständigkeit.
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Eine
Einzelbeschichtung aus zäh
gemachtem, zinkbeladenem Epoxy weist den Vorteil der Einfachheit auf,
wobei sie in einem Einzelpulverbeschichtungsvorgang auftragbar ist
und dann durch einen einzelnen Heizzyklus verarbeitet wird, um das
Epoxyharz zu erhitzen und zu härten.
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Andererseits
geht die Einzelbeschichtung des zäh gemachten, zinkbeladenen
Epoxys verschwenderisch mit Zink um, indem nur das Zink in der Mähe des hochfesten Stahls
Korrosionsbeständigkeit
bietet. Da Zink ein relativ teures Material ist, wird gemäß der Erfindung
eine Doppelbeschichtungsausführungsform
bereitgestellt, bei der eine innere Beschichtung mit einer Dicke
von 38 bis 76 μm
(1,5 bis 3 mil) eine Beschichtung des oben beschriebenen zäh gemachten,
zinkbeladenen Epoxids in bezug auf die Einzelbeschichtungszusammensetzung
ist, und eine äußere Beschichtung
mit einer Dicke von 254 bis 381 μm
(10 bis 15 mil) dasselbe zäh
gemachte Epoxy wie die innere Beschichtung ist, aber ohne Zink.
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Wie
oben angemerkt, stellt jedes der oben beschriebenen zäh gemachten
Epoxide Splitterbeständigkeit
bereit, aber unzureichende Splitterbeständigkeit, um die gegenwärtigen Erfordernisse
für hochfeste
Stahlfedern zu erfüllen.
Folglich wird die zinkfreie äußere Beschichtung
weiter zäh
gemacht. Ein Verfahren zu weiteren Zähmachung der äußeren Schicht
ist, Fasern zu der äußeren Schicht
zuzugeben, die aus einem Material, wie Glas, Aramid oder Kohlenstoff,
gebildet werden, welches bei den Verarbeitungstemperaturen, denen das
Beschichtungspulver unterzogen wird, nicht schmilzt oder sich zersetzt.
Nützliche
Fasern weisen Durchmesser zwischen 5 und 20 μm auf, und werden zwischen 20
und 80 phr des Harzes, das verwendet wird, um die äußere Beschichtung
zu bilden, verwendet. Ein anderes Verfahren zur weiteren Zähmachung
der äußeren Beschichtung
ist, ein Treibmittel zu dem äußeren Beschichtungsharz
zuzugeben, so daß bei
der Verarbeitung die Dichte der äußeren Beschichtung
um mindestens 25 %, vorzugsweise mindestens 40 % in bezug auf die theoretische
Dichte verringert wird. Eine Verringerung der Dichte von über 65 %
schwächt
die Beschichtung. Die Schaumbildung verleiht der äußeren Beschichtung
Porosität.
Eine poröse äußere Beschichtung
kann, wenn sie durch ein Material wie Kies getroffen wird, eingebeult
werden, aber wird nicht brechen. Am stärksten bevorzugt wird das Harz
der äußeren Beschichtung
weiter durch sowohl die Zugabe von Fasern als auch durch die Schaumbildung
unter Verwendung eines Treibmittels zäh gemacht.
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Die
Doppelbeschichtung wird durch ein „Trocken-in-Trocken"-Verfahren hergestellt
und in einem einzigen Heizzyklus verarbeitet. Zunächst wird
das zäh
gemachte, zinkbeladene Epoxybeschichtungspulver beispielsweise elektrostatisch
auf den hochfesten Stahl, beispielsweise eine Feder, in einer Menge
aufgebracht, die ausrei chend ist, die innere Beschichtung mit der
gewünschten
Dicke zu bilden. Dann wird das Beschichtungspulver für die äußere Beschichtung
in einer Menge aufgebracht, die ausreichend ist, die äußere Beschichtung
mit der gewünschten
Dicke zu bilden. Dann wird das pulverbeschichtete hochfeste Stahlobjekt
erhitzt, um die Beschichtungspulver zu schmelzen und zu härten, wodurch
die Doppelbeschichtung hergestellt wird. Da dasselbe zäh gemachte
Epoxyharz verwendet wird, um sowohl die inneren als auch die äußeren Beschichtungen
zu bilden, stellt der Heizzyklus eine Doppelschichtstruktur her,
bei der die zwei Schichten vollständig durch die Vernetzung der
Epoxyharze der inneren und äußeren Schicht
miteinander verbunden werden.
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Ausführliche Beschreibung der bestimmten
bevorzugten Ausführungsformen
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Hier
werden, wenn nicht anders angegeben, alle Prozente in bezug auf
das Gewicht angegeben. In den hierin beschriebenen Beschichtungspulvern
werden das Epoxyharz und jedes zäh
gemachte Harz, das ein vollständiger
Teil der vernetzten Struktur wird, als das Harzsystem betrachtet.
Mengen von anderen Materialien, wie Zinkpulver, Glas, Aramid oder
Kohlenstoffasern, Treibmitteln usw. werden als Teile pro hundert
Gewichtsteile in bezug auf das Harzsystem, berechnet als 100 Teile,
ausgedrückt.
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Hier
werden Standards, die von General Motors aufgestellt wurden, als
ein zuverlässiger,
gegenwärtiger
Standard für
die Splitter- und Korrosionsbeständigkeit
betrachtet, speziell General Motor's „Chip
Resistance of Coating" Test
(GM veröffentlichte
Test Nr. GM9508P), gefolgt von GM's „Scab
Corrosion Creepback Test" (GM
veröffentlichte
Test Nr. GM9511 P).
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Das
Beschichtungspulver des Zn-beladenen Epoxyharzes kann direkt auf
eine hochfeste Stahlkomponente beschichtet werden. Vorzugsweise
wird jedoch der hochfeste Stahl zunächst mit Zinkphosphat beschichtet.
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Das
Epoxyharz kann aus einer Vielzahl von Epoxyharzen, die für die in
der Technik bekannten Beschichtungspulver nützlich sind, ausgewählt werden,
wie die, die durch die Reaktion von Epichlorhydrin oder Polyglycidylether
und einem aromatischen Polyol, wie Bisphenol, beispielsweise Bisphenol
A, hergestellt werden. Das Epoxyharz sollte eine Epoxyfunktionalität größer als
1,0 und stärker
bevorzugt größer als
1,9 aufweisen. Im allgemeinen sollte das Epoxyäquivalentgewicht mindestens
170 betragen, aber niedrigere Werte können in einigen Fällen möglich sein;
beispielsweise kann es 100 oder mehr betragen. Vorzugsweise beträgt das Epoxyäquivalentgewicht
weniger als 2300, insbesondere weniger als 1000, beispielsweise
130 bis 1500, insbesondere 150 bis 800. Solche Epoxyharze können beispielsweise
durch eine Veretherungsreaktion zwischen einem aromatischen oder
aliphatischen Polyol und Epichlorhydrin oder Dichlorhydrin in Gegenwart
eines Alkalis, wie Ätznatron,
hergestellt werden. Das aromatische Polyol kann beispielsweise Bis(4-hydroxyphenyl)-2,2-propan
(d. h. Bisphenol A), Bis(4-hydroxyphenyl)-1,1-ethan, Bis(4-hydroxyphenyl)-1,1-isobutan, Bis(4-hydroxy-t-butylphenyl)-2,2-propan,
Bis(2-hydroxynaphthyl)methan, 4,4'-Dihydroxybenzophenon oder 1,5-Pentandiol,
1,6-Hexandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol,
Polypropylenglykol oder Dipropylenglykol sein, beispielsweise können Diglycidylether
oder kondensierte Glycidylether von diesen Diolen verwendet werden.
Andere Oxirangruppen-enthaltende Polymere, die als das Epoxyharz
in den hybriden Pulverbeschichtungszusammensetzungen gemäß dieser
Erfindung verwendet werden können,
umfassen Polyglycidyl-funktionelle Acrylpolymere oder Epoxynovolakharze.
Bevorzugte Epoxyharze zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
sind die, die auf Bisphenol A basieren.
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Gemäß dem ersten
oben beschriebenen Epoxy-Zähmachungs-Verfahren
wird aus dem Epoxyharz, vorzugsweise Bisphenol-A-Harz, mit einem
Elastomer mit einer Tg von –30 °C oder niedriger,
vorzugsweise –40 °C oder niedriger
ein Addukt gebildet. Das bevorzugte Elastomer ist CTBN-Kautschuk.
Derartige Epoxy/CTBN-Kautschukaddukte werden beispielsweise in der
UK-Patentbeschreibung 1,407,851 (C.G. Taylor), veröffentlicht
am 24. September 1975, und Powder Coatings. 184 „Elastomer-Modified Epoxy Powder Coatings: a Review", 13. April 1994,
Nr. 4347 beschrieben. Um die notwendige Flexibilisierung für die Kalttemperatur-Splitterbeständigkeit
bereitzustellen, sollte die CTBN-Komponente bei mindestens etwa
5 Gew.-% der Gesamtheit der CTBN- und der Epoxykomponenten vorliegen. Über etwa
25 Gew.-% CTBN wird kein weiterer Vorteil realisiert und es ist
für eine
gute Härtung
nicht ge wünscht,
25 Gew.-% zu überschreiten,
damit keine unzureichende Epoxykomponente vorliegt. Die Tatsache,
daß die
Elastomerkomponente chemisch an die Epoxykomponente gebunden ist,
d. h. durch Veresterungsreaktion der Carboxylgruppen des CTBN mit
Epoxygruppen, gewährleistet,
daß keine
vollständige
Phasentrennung während
der Schmelzung und Härtung
des Beschichtungspulvers auftritt. Jedoch gibt es Mikrodomänen von
Epoxy und Kautschuk.
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Bei
dem zweiten obigen Zähmachungsverfahren
wird ein Kern/Schale-Harz verwendet, bei dem ein Acrylatkautschukharz
den Kern bildet und das Epoxyharz, vorzugsweise ein Bisphenol-A-Epoxyharz,
die Schale bildet. Außerdem
verhindert die chemische Bindung zwischen Carboxylfunktionalität des Acrylatkautschukharzes
des Kerns und dem Epoxyharz der Schale die Phasentrennung während des
Schmelzens und Härtens
des Beschichtungspulvers, das unter Verwendung des Kern/Schale-Harzes
gebildet wird. Derartige Acrylatkautschuk-modifizierte Epoxide werden
beispielsweise von Dow Chemical Company in Polymer Reprints, 32
3 S. 358-9 von H-J Sue und E. I. Garcia-Melfin beschrieben.
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Hitzehärtbare Epoxyharze
enthalten entweder ein Vernetzungsmittel, wie eine Polyhydroxylverbindung,
oder einen Härtungskatalysator,
um die Selbstvernetzung des Epoxyharzes zu bewirken.
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Als
ein drittes Zähmachungsverfahren
wird das Epoxyharz mit einer Polyhydroxylfunktionalität mit einem
relativ hohen Hydroxyäquivlentgewicht,
d. h. mindestens etwa 200 bis zu etwa 500, vorzugsweise mindestens
etwa 300, gehärtet.
Das relativ hohe Hydroxyäquivalentgewicht
des Vernetzungsmittels gewährleistet eine
relativ lange Kettenlänge
zwischen OH-Gruppen, wobei die Kettenlänge der gehärteten Beschichtung Flexibilität verleiht,
was hilft, die Beschichtungen splitterbeständig zu machen. Geeignete Härtungsmittel,
die in der Praxis der Erfindung nützlich sind, werden durch phenolische
Härtungsmittel,
wie ein Bisphenol-A-endgeschützten
Diglycidylether von Bisphenol A veranschaulicht, was das Reaktionsprodukt
eines Diglycidylethers von Bisphenol A und Bisphenol A ist, sind
aber nicht darauf beschränkt.
Beispiele von bevorzugten phenolischen Härtungsmitteln für die Epoxyharzkomponente
umfassen die, die unter den Markennamen D.E.H.TM87 und D.E.H.TM85 von Dow Chemical Company verkauft werden,
wobei angenommen wird, daß beide
Bisphenol-A-endgeschützte
Diglycidylether von Bisphenol A sind. Andere Klassen von phenolischen
Härtern
können verwendet
werden sowie Phenol- und Cresol-Novolak-Härtungsmittel, verkauft von
Georgia Pacific, Reichold Chemicals und Ciba Geigy.
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Zinkpulver
wird zugegeben, um die Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen, aber,
wie oben angemerkt, fungiert das Zn ebenso als ein Zähmachungsmittel
zusammen mit irgendeinem der oben beschriebenen zäh gemachten
Epoxide. Folglich kann eine Einzelbeschichtung einer solchen Zn-reichen,
zäh gemachten
Epoxybeschichtung verwendet werden, um eine Einzelbeschichtung auf
einer hochfesten Stahlkomponente zu bilden und dieser Komponente
sowohl Splitterbeständigkeit
als auch Korrosionsbeständigkeit
zu verleihen. Zinkpulver, das in der Erfindung nützlich ist, weist typischerweise
eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 4,0 μm auf.
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Außerdem werden
Kosteneffizienzen durch Auftragen einer inneren Beschichtung mit
einer Dicke von 38 bis 76 μm
(1,5 bis 3 mil) auf zinkbeladenes, zäh gemachtes Epoxy beim Kontakt
mit dem hochfesten Stahl und Auftragen einer äußeren Beschichtung auf zäh gemachtes
Epoxy, das zinkfrei ist, aber das entweder Verstärkungsfasern enthält und/oder
unter Verwendung eines Schaumbildners geschäumt wird, erreicht. Vorzugsweise
enthält
eine zinkfreie äußere Beschichtung
sowohl Fasern und wird geschäumt.
Wenn eine Doppelbeschichtung gebildet wird, ist es bevorzugt, daß die Harzzusammensetzung
der zwei Beschichtungen im wesentlichen identisch ist, wodurch sich
eine im allgemeinen kontinuierliche Thermoharzstruktur mit der inneren Beschichtung
bildet, die reich an Zink ist, und die äußere Beschichtung durch Fasern
verstärkt
und/oder geschäumt
wird.
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Wenn
ein Schaumbildner verwendet wird, kann er entweder in trockener
Form mit dem Beschichtungspulver gemischt werden, worauf er wahrscheinlich
die Oberflächen
der Beschichtungspulverteilchen beschichtet oder (vorzugsweise)
in das Beschichtungspulver selbst vollständig aufgenommen wird. Wenn
er vollständig gemischt
wird, muß der
Schaumbildner bei einer Temperatur über der, bei der die Beschichtungspulverzusammensetzung
zu einem Beschichtungspulver geschmolzen wird, aber bei oder unter
der Temperatur, bei der das Beschichtungspulver geschmolzen und
gehärtet
wird, um den hochfesten Stahl zu beschichten, aktiviert werden.
Typischerweise wird der Schaumbildner bei 0,1 und 5 phr, vorzugsweise
mindestens 0,5 phr, verwendet, wobei die tatsächliche Menge von dem speziellen
Schaumbildner, dem speziellen Harzsystem, den Verarbeitungsbedingungen
und dem Grad, bei dem die Dichteverringerung gewünscht ist, abhängt. In
Abhängigkeit
der Menge an Inhaltsstoffen zusätzlich
zu dem Harz wird der Schaumbildner zwischen 0,1 und 3 Gew.-% der
gesamten Formulierung, vorzugsweise mindestens 0,3 Gew.-% verwendet.
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Die
schäumenden
Beschichtungspulver, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, können selbst
verwendet werden, um die Substrate zu beschichten. Im allgemeinen
ist das Schäumen
bei Beschichtungspulvern wünschenswert.
Daher ist es ein allgemeiner Gegenstand der Beschichtungspulver
gewesen, das Entgasen, beispielsweise Entgasen von Wasser, das Löcher erzeugt
und das Aussehen der Beschichtung beeinträchtigt, zu vermeiden. Jedoch
werden gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung funktionelle Vorteile für die Beschichtungspulver,
die eine geschäumte
Beschichtung erzeugen, festgestellt. Während eine geschäumte Beschichtung
oben als eine Deckschicht in bezug auf eine Doppelbeschichtung für hochfesten Stahl
beschrieben wird, kann eine geschäumte Beschichtung selbst hinsichtlich
der Stoßfestigkeit,
wo die Bestimmungen weniger streng sind, verwendet werden.
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Geschäumte Beschichtungen
stellen ebenso sowohl Wärme-
als auch akustische Isolierung bereit. Daher kann beispielsweise
eine geschäumte
Beschichtung verwendet werden, um eine Autoölwanne zu beschichten oder
um auf der Innenseite von Autotürverkleidungen
die Vibration zu dämpfen.
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Geschäumte Beschichtungen,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind nicht elastisch,
aber ziemlich eingedrückt
oder gequetscht, wenn sie anstoßen.
Eine Anwendung für
eine solche brechbare geschäumte
Beschichtung liegt in dem Bereich der Bereitstellung des Auftretens
von sehr minimaler Toleranz zwischen Komponententeilen, wo die Herstellungserfordernisse
eine größere Toleranz
ermög lichen. Beispielsweise
werden geschäumte
Beschichtungen auf der Tür
und dem Türpfosten
eines Hotelsafes gequetscht, wodurch eine sehr dichte Paßgenauigkeit
gebildet wird, selbst wenn die tatsächliche Toleranz größer ist.
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Ein
Treibmittel oder Schaumbildner, der in ein Beschichtungspulver eingebracht
werden soll, muß so ausgewählt werden,
um nicht während
des Wärmeschmelzens
der Materialien zu schäumen,
wodurch das Beschichtungspulver gebildet wird, typischerweise bei
einer Temperatur zwischen etwa 180 °C und etwa 240 °C für Epoxybeschichtungspulver,
aber produziert signifikant Gas zum Schäumen bei der Schmelz/Härtungs-Temperatur
des Beschichtungspulvers, typischerweise etwa 300 °C oder darüber für Epoxybeschichtungspulver.
Ein derzeit bevorzugter wärmeaktivierter
Schaumbildner für
Epoxybeschichtungen ist p-Toluolsulfonylhydrazid, wie das, das als
Celogen®TSH,
verkauft von Uniroyal Chemical Company, verkauft wird. Andere geeignete
Treibmittel umfassen 2,2'-Azobisisobutyronitril,
Dinitrosopentamethylentetramin, Natriumbicarbonat, Ammoniumcarbonat,
Siliciumoxyhydrid und Azocarbonamid, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Chemische
Schaumbildner, wie Natriumborhydrid, können ebenso verwendet werden,
um Schäumen zu
erzeugen. Um zu schäumen,
benötigt
das Natriumborhydrid einen Protonengeber, wie Wasser. US-Patent Nr.
4,491,554 beschreibt die Verwendung von Salzhydraten zusammen mit
Alkalimetallborhydriden in Kunststoffen, um das Schäumen bei
erhöhter
Temperatur zu erzeugen, wobei das Salzhydrat Wasser nur über einer bestimmten
Schwellentemperatur freisetzt. Für
Epoxy-basierende Beschichtungspulver ist die Kombination von Natriumborhydrid
und Aluminiumoxidhydrat eine nützliche
Kombination des Schaumbildners und Protonengebers. Wein US-Patent
Nr. 4,491,554 beschrieben, setzt Aluminiumoxidhydrat kein Wasser
unter 260 °C frei,
aber setzt signifikante Mengen an Wasser bei Temperaturen von über 300 °C frei. Daher
kann das Beschichtungspulver bei Temperaturen unter 260 °C gemischt
und bei Temperaturen über
300 °C geschmolzen/gehärtet werden,
um so eine geschäumte
Beschichtung herzustellen.
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Der
Begriff der geschäumten
Beschichtungspulver ist nicht auf Epoxy-basierende Beschichtungspulver
beschränkt,
aber trifft auf alle Typen von Beschichtungspulvern zu, einschließlich Acrylatbeschichtungspulver,
Polyesterbeschichtungspulver, Silikon-basierende Beschichtungspulver
usw., aber sind nicht darauf beschränkt. Die Wahl der Schaumbildner
für diese
Beschichtungspulver wird gemäß der Unterschiede
in den Temperaturen, bei denen die Beschichtungspulver gemischt
werden, und den Temperaturen, bei denen die Beschichtungspulver
geschmolzen und gehärtet
werden, ausgewählt.
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Ein
alternativer Weg zur Herstellung einer geschäumten Beschichtung, bei dem
zwei chemische Komponenten erforderlich sind, um Gas herzustellen,
ist, eine Trockenmischung aus zwei Beschichtungspulvern herzustellen,
wobei das eine eine der chemischen Komponenten enthält, und
das andere die andere chemische Komponente enthält. Beispielsweise kann ein
Epoxybeschichtungspulver, das Natriumborhydrid enthält, mit
einem Acrylatbeschichtungspulver, das Carbonsäure-funktionelle Acrylatpolymere
enthält,
trockengemischt werden. Wenn geschmolzen und gehärtet, wird die Carbonsäurefunktionalität des Acrylatbeschichtungspulvers
die Protonen für
die Schaumbildung des Natriumborhydrids beitragen.
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Die
Beschichtungspulver, die in der Erfindung nützlich sind, können ebenso
geringe Komponenten, die in der Technik bekannt sind, beispielsweise
Pigmente, Verlaufmittel usw. einbringen.
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Beschichtungspulver,
die verwendet werden, um die splitterbeständigen und korrosionsbeständigen Beschichtungen
der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, werden in der üblichen
Weise hergestellt. Die Komponenten werden gemischt und dann unter
Erhitzen über
dem Schmelzpunkt des Harzes für
eine kurze Zeit, beispielsweise 30 bis 90 s, schmelzgemischt, so
daß kein
signifikantes Härten
auftritt. Die geschmolzene Verbindung wird extrudiert und nach der
Extrusion wird die Zusammensetzung schnell abgekühlt. Die Zusammensetzung wird
dann zerkleinert und, wenn notwendig, die Teilchen gemäß der Größe sortiert.
Zum elektrostatischen Beschichten liegen die Teilchen im allgemeinen
in dem Größenbereich
von 5 bis 100 μm,
wobei der Hauptteil im allgemeinen in dem Größenbereich von 20 bis 40 μm liegt.
Größere Teilchen
sind für
Fließbettbeschichtungsvorgänge nützlich.
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Die
Erfindung wird nun durch die speziellen Beispiele ausführlicher
beschrieben.
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Beispiel 1
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Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Araldite® GT
7074 | 92 |
| Araldite® GT
7226 | 8 |
| D.E.H.
TM 87 | 20,8 |
| Epon
TM P-101 | 3 |
| Zinc
Dust 64 | 250 |
| Raven
1255 | 3 |
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Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
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Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
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Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 1 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
gesprüht.
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Beispiel 2
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Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| RSS-1704 | 100 |
| Casamine
OTB | 3,7 |
| MB
2Ml | 0,15 |
| Resiflow® P-67 | 1,4 |
| Zinc
Dust 64 | 250 |
| Raven
1255 | 4 |
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Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
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Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
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Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 2 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
gesprüht.
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Beispiel 3
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Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Zähmacher | 100 |
| Casamine
OTB | 4,84 |
| MB
2 Ml | 0,20 |
| Resiflow® P-67 | 1,4 |
| Zinc
Dust 64 | 250 |
| Raven
1255 | 4 |
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Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
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Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
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Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 3 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
aufgesprüht.
-
Beispiel 4 (Vergleich)
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Araldite® GT
7074 | 92 |
| Araldite® GT
7226 | 8 |
| D.E.H.
TM 87 | 20,8 |
| Epon
TM P-101 | 3 |
| Texaquart
900 | 1 |
| Raven
1255 | 3 |
| Cab-O-Sil
M5 | 0,38 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 4 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
gesprüht.
-
Beispiel 5
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| KR-102 | 100 |
| Casamine
OTB | 2,92 |
| MB
2 Ml | 0,12 |
| Resiflow® P-67 | 1,4 |
| Zinc
Dust 64 | 250 |
| Raven
1255 | 4 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 4 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
gesprüht.
-
Beispiel 6 (Vergleich)
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| KR-102 | 100 |
| Casamine
OTB | 2,92 |
| MB
2 Ml | 0,12 |
| Resiflow® P-67 | 1,4 |
| Raven
1255 | 4 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 4 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
gesprüht.
-
Beispiel 7 (Vergleich)
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| KR-102 | 100 |
| Casamine
OTB | 2,92 |
| MB
2 Ml | 0,12 |
| Resiflow® P-67 | 1,4 |
| Suzorite
325-HK-Glimmer | 50 |
| Raven
1255 | 4 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 6 wurde dann
elektrostatisch auf hochfeste Stahlfedern bei verschiedenen Dicken
gesprüht.
-
Beispiel 8 (Corvel®13-7004)(Vergleich)
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| D.E.R.
TM 664U | 84 |
| Araldite® 9496 | 16 |
| Casamine
OTB | 5 |
| MB
2 Ml | 0,2 |
| Zinc
Dust 64 | 250 |
| Tioxide
TR93 | 40 |
| BK-5099 | 0,26 |
| Texaquart
900 | 3,0 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
-
Dies
zeigt, daß die
Beschichtung ohne Zink durchfällt.
-
Dies
zeigt, daß das
CTBN-modifizierte Epoxid ohne Zink durchfällt.
-
Dies
zeigt, daß ein
CTBN-modifiziertes Epoxid mit einem harten Glimmerfüllstoff,
aber ohne Zink durchfällt.
-
Dies
zeigt, daß eine
zinkbeladene Einzelbeschichtung ohne Zähmachung durchfällt.
-
Beispiel 9
-
Grundierung 9
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Araldite® GT
7074 | 92 |
| Araldite® GT
7226 | 8 |
| D.E.H.TM87 | 20,8 |
| EponTMP-101 | 3 |
| Zinc
Dust 64 | 250 |
| Raven
1255 | 3 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Deckschicht 9
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Araldite® GT
7074 | 92 |
| Araldite® GT
7226 | 8 |
| D.E.H.TM87 | 20,8 |
| EponTMP-101 | 3 |
| 737
BC | 50 |
| Raven
1255 | 2 |
| Cab-O-Sil
M5 | 2,5 |
| Texaquart
900 | 3,0 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 9 wurde dann
elektrostatisch auf hochfesten Stahl, gefolgt von Auftragung der
Deckschicht bei verschiedenen Dicken gesprüht.
-
Beispiel 10
-
Grundierung 9 (wie in
Beispiel 9)
-
Deckschicht 10
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Araldite® GT
7074 | 92 |
| Araldite® GT
7226 | 8 |
| D.E.H.TM87 | 20,8 |
| EponTMP-101 | 3 |
| 737
BC | 50 |
| Raven
1255 | 2 |
| Cab-O-Sil
M5 | 2,5 |
| Texaquart
900 | 3,0 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh),
dann Hinzufügen
-
Henschel-Mischen
bei hoher Geschwindigkeit und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Grundpulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 10 wurde dann
elektrostatisch auf hochfesten Stahl, gefolgt von Auftragung der
Deckschicht bei verschiedenen Dicken gesprüht.
-
Beispiel 11
-
Grundierung 9 (wie in
Beispiel 9)
-
Deckschicht 11
-
Ein
Beschichtungspulver wird aus den folgenden Inhaltsstoffen gebildet:
| Komponenten | PHR |
| Araldite® GT
7074 | 92 |
| Araldite® GT
7226 | 8 |
| D.
E. H. TM87 | 20,8 |
| EponTMP-101 | 3 |
| Raven
1255 | 2 |
| Cab-O-Sil
M5 | 2,5 |
| Texaquart
900 | 3,0 |
-
Handmischen,
Extrudieren zu Platten, Luftkühlen,
Brechen in Splitter, dann Hinzufügen
-
Zerkleinern
bei hoher Geschwindigkeit zu Pulver und Sieben bei 149 μm (100 Mesh),
dann Hinzufügen
-
Henschel-Mischen
bei hoher Geschwindigkeit und Sieben bei 149 μm (100 Mesh).
-
Die
Grundpulverbeschichtungszusammensetzung in Beispiel 11 wurde dann
elektrostatisch auf hochfesten Stahl, gefolgt von Auftragung der
Deckschicht bei verschiedenen Dicken gesprüht. Tabelle
2
