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"Prooddée et appareils pour la revêtement électrostatique"
La présente invention est relative au revêtement d'ar- tioles avec des matières de revêtement entraînées dans des gaz, par exemple une poudre entraînée dans de l'air, et plus partiou- lièrement à un prooédé et à un appareil pour charger'une telle i matière de revêtement, la décharger dans un champ électrostatique et la déposer sur un article.
Il existe das matières, telles que les matières plas- tiques synthétiques par exemple, qui possèdent des propriétés de revêtement désirables maisqui ne peuvent pas être avantageuse- : ment mises en solution pour l'application avec un équipement de
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pulvérisation normale, avec une brous* à peindi,ou par d'autres moyens classiques. Desappareils et d.ea procédés ont été conque pour appliquer des matières août forme pulvérulente sur dea arti- peuvent être oies. Les particules de poudre/fondues par de la chaleur pen- dant ou après l'application, de toile sorte qu'elles se lient ensemble et à la surface de l'article pour former un recouvrement solide.
Dana un procédé, les articles chauffes sont plonges dans un lit de particules de poudre fluidifiées, de telle sorte que les particules soient amenées à fondre sur ces articles et à y former un revêtement. Dans un autre procédé connu, les particules de poudre sont entraînées dans de l'air et projetées par un courant d'air sur un article chauffé. Dans chaque cas, les articles doivent être chauffés à une température égale ou supérieure au point de ramollissement de la matière de revêtement avant que les particules de poudre ne soient*appliquées, de telle aorte que les particules soient ramollies lors du oontaot aveo l'article, adhèrent à oet article et se réunissent pour former un revêtement.
Dans ces deux procédés, de la ohaleur est 'requise pour amener les partioules de poudre à adhérer à l'artiole. La nécessité de préchauffer l'article et les problèmes impliqués par le maintien de l'entièreté da l'article à une température relativement uniforme pendant l'opération de revêtement, oe qui est né- cessaire pour obtenir un revêtement uniforme, rendent ces procédés indésirables. Dans un autre procédé connu sous le nom de pulvérisation à la flamme, les articles sont chauffés par un contact direct aveo une flamme et les particules de poudre sont projetées à travers la flamme et sur l'article chauffé.
Aveo une pulvérisation à la flamme, un chauffage inégal de l'artiole est probable, avec une répartition inégale en résultant des partiou- les de poudre sur cet article. En outre, la flamme pout affeoter de façon perturbatrice les propriétés désirables de certaines matières de revêtement. Un équilibre thermique convenable
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entre la température de 1'article, la température de la matière plastique- et la. température de l'air est difficile à maintenir de telle aorte que la pellicule formée possède toutes ses proprié tés désirables.
L'on a proposé un appareil dans lequel de la poudre est entraînée dans un courant d'au? et soufflée vers l'article à chauf, ter, une charge électrostatique étant communiquée à la poudre alors qu'elle quitte le dispositif afin d'effectuer son dépôt sur l'article. Un désavantage majeur de cet appareil est que le courant d'air dans la direction des articles tend à chasser les parti cules déposées hors de l'artiole à revêtir. Ceci est particulier rement gênant lorsque l'artiole poauède une grandi surface qui tend à faire dévier l'air. Lorsque l'artiole possède des zones ouvertes relativement grandes ou qu'il est de petite dimension, le courant d'air tend à entraîner les particules à travers ou au- delà de l'article.
Un autre désavantage de cet appareil est l' utilisation d'une structure d'ajutage électroconductrice de grande dimension, sur laquelle la poudre s'accumule jusqu'1 un point où l'appareil devient très ineffioaoe ou inopérant. De plua, la capacité efficace élevée d'un tel ajutage entraîne des dangers de décharge électrique dangereuse. En outre, il n'y a pas de moyens pour reproduire utilement et aisément des débits de poudre désirables.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour le revêtement électrostatique, qui surmonte ces diffi- cultés.
Une caractéristique de l'invention est qu'un mélange de poudre et d'air est déchargé le long de la face d'une surface qui est mise en mouvement de façon à effectuer une répartition des particulesde poudre. Les particules sont chargées électrostatiquement et déposées sur l'article sous l'influence d'un champ électrostatique s'étendant jusqu'à l'article. Plus particulièrement, une caractéristique de l'invention est que le mélange poudre-air est déchargé à partir d'une ouverture dans le
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ofrb4 d'un jutag. à\i"'4'U!)JI cloche rotative.
La faoe de la clocha fait de pré$'A1MC l'axe de l'ajutage un angle inférieur à 900 et aU1i 50 et l'ajutage présente une extrémité frontale qui est de ldrenoe espacée en arrière du bord frontal de la cloche
Une autre caractéristique est que la face de la cloche est faite d'une matière non conductrice, tandis que le bord fron-
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tal de cette cloche cet conducteur et fait partie d'un circuit de mise en charge à haute, tension.
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Encore une atrtre caractéristiques est que la source de poudre entraînée dans 1\a1r sous pression comprend une pompe a injecteur aveo un orifiee de sortie possédant une superficie en section transversale dû môme ordre de grandeur que la superficie
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en aaction transversale- des moyens de passage qui connectent 1' orifice de sortie à 1.4ut&ge. Ce rapport de dimensions oontri-
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bue à un écoulement 0#, A et uniforme des particules de poudre.
D'autres &4&tâ-$& et particularités de l'invention ressortiront de la desort.#6* oi-aprèb, donnée à titre d'exemple noo 11m1tatit et en aq a?4f iront aux dessins annexée, dans les- quels :
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La figure 1 ;f;e représentation schématique d'un sva4&m: incorporait ,.ni#lony'
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La figure e / t.... en ooupe longitudinale d'un ga#oeE ut1l1s4 '; 4- me.
La tif " % , vue longitudinale, f pt1ellement GA O,, PHW1 -4f"1Í à un travail manuel.
..>/'/x.,- r '0 ï4*. JWrt que vue en coupe longitudinale, à , 3J..,'j'j,e, de 3r 4 ablage d'ajutage et de cloche du piato-
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fr Jtjf La figure 4Q.:éeente une autre forme de réalisation de 1'aeblaga dl'ajut*o et de cloche. La figure 9 est une vue en coupe longitudinale de la
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pompe à injecteurs
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De nombreuse matières et en particulier dee matière* plastiques synthétiques possèdent dea caractéristiques, telle. que la résistance à la corrosion$ la oouleur ou la rigidité di- électrique qui les rendent désirables en tant que matières de re- vêtement.
Par exemple,les résines époxy peuvent être appliquées sur des tuyaux et des raccorde utilisés pour manipuler des matiè- res corrosives et des poudres de ohlorure de polyvinyle peuvent être utilisées comme ravétement pour la protection et la. décora- tion d'articles* Les matières de revêtement particulière* utili- $des dépendront de la nature du fini requis et de* condition auxquelles l'article doit 4tre nouais: Certaines matières qui ne peuvent pas être mises en solution peuvent tire appliquées en tant que poudre.
En général, les poudres sont préparées en broyant la matière en vrao, de préférence à une température basse. Lee particules de poudre ont une dimension correspondant de préfé- renoe à des tamis de l'ordre de 200 à 400 mailles, mais elles peuvent être plus grossières ou plus fines, suivant la matière et l'application particulières*
Une forme de réalisation de l'invention a été repré- sentée à la figure 1, où un pistolet de pulvérisation de poudre monté sur un support isolant 10a est représenté comme assurant la pulvérisation sur des articles 11 tels que des manches de brosse métalliques portés par un transporteur 12, mis à la terre.
La matière de revêtement pulvérulente est entraînée dans l'air à l' aide d'une pompe spéciale et fournie au pistolet .pulvérisateur 10 par un tuyau flexible 13 et elle est évacuée à l'extrémité frontale du pistolet à partir d'un assemblage rotatif d'ajutage et de cloche 14. Une alimentation de puissance à haute tension en courant continu 15 ont connectée par un câble 16 et une ré- sistance série 17 (figure 3), enfermée dans un carter isolant 18, aux parties conduetrices de l'assemblage d'ajutage et de clo- che, ce qui établit un champ électrostatique à partir desdites
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parties vers les artioles à revêtir. Le tension apoliquée est de préférence négative.
Les particules d poudre prennent une charge électrique, sont évacuées dane la champ électrostatique et attirées sur l'article à revêtir où elles Ront déposées. Le ni¯tolet peut tire adapté à un Usage manuel simplement en reti- rant le support 10a et en lui tirant une soignée oonduotrioe 19 mise à la terre, comme représenté à la figure 3.
La source des particules de poudre comprend un lit fluidifia 20 dans lequel une certaine quantité de la poudre est maintenue à l'état fluide par un passage d'air à travers elle.
Un assemblage de panneau de commande 22 oomprend une soupape 23 qui oommande l'écoulement de l'air à partir d'une source (non représentée) par l'intermédiaire d'un tuyau 24 et d'un tuyau 25 vers le lit fluidifié. Une pompe à injeoteur 26 placée dane le lit fluidifié est associée à un tuyau d'admission d'air 27, une soupape à adénoïde de ooupure 29 , un tuyau 27', une soupa- pe régulatrice de pression 28 et un tuyau d'alimentation en air 24. La sortie de la pompe 26 est connectée par un tuyau 13 au pistolet de pulvérisation.
La pression de l'air envoyé à la pompe à injecteur 26, commandée par la soupape 28, modifie le dé- bit dea particules de poudre,, La pression de l'air, comme indi- quée sur la jauge 30, donne une référence qui peut être utilisée pour reproduire utilement et aisément des débits de poudre dési- rables.
L'assemblage d'ajutage et de cloche 14 est mis en ro- tation par un moteur pneumatique 31 (figure 2) pour effecteur une répartition des particules de poudre. Le moteur 31 est con- necté par un tuyau 32, un interrupteur d'écoulement (non repré- senté), un tuyau 32', une soupape régulatrice de pression 33 et une soupape de coupure 34 au tuyau d'alimentation en air 24.
Lorsque le bloo est adapté à un usage manuel, la soupape 34 ou son équivalent est situé de préférence au voisinage du pisto- let, à la portée de l'opérateur. La variation de la pression
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de l'air envoyé au moteur 31 modifie la vitesse de rotation de l'assemblage d'ajutage et de oloohe 14. Pour assurer auxune répartition convenable des partioules de poudre, la vitesse de rotation doit de préférence être de l'ordre de 400 tours par minute ou plus.
La construction interne du pistolet de pulvérisation 10 est représentée à la figure 2. Un corps 35 de matière isolan- te comporte un évidement 36 à son extrémité frontale, fermé par un oouverole 37, également fait de matière isolante. Un canon 38 en matière isolante s'étend vers l'avant à partir du couvercle 37. Une tige 39 de matière isolante est supportée à rotation à l'intérieur du canon par un palier 40 montédans le corps 35 et une surface de palier 41 montée à l'extrémité avant du canon 38 .
Une roue dentée 43 sur l'arbre 39 engrène avec une roue dentée 44 entraînée par le moteur pneumatique 31, afin de faire tourner la tige 39.
Le tuyau 13, partant de la pompe à injecteur 26 est connecté à un bouchon 46 viseé à l'arrière du corps 35 et présentant un passage interne 46a. Lo passage pour l'écoulement de la matière de revêtement pulvérulente est complété vers la tige tubulaire par un joint de surface rotatif 47 comportant un siège de joint en matière céramique 47a porté par une bague de support 48 et une faoe de joint en graphite 47b montée sur l'extrémité de la tige 39. Un ressort 49 s'étend entre le palier 40 et la face de joint 47b, en repoussant ainsi l'assemblage joint-tige vers l'arrière pour établir un joint étanche avec le siège 47a.
La figure 3 représente un pistolet destiné à un fono- ; tionnement manuel. Intérieurement, le pistolet manuel est identique à celui représenté en détail à la figure 2. Comme indiqué précédemment, le support 10a est remplacé par une poignée métallique 19 fixée par exemple à l'aide de vis 71. Un fil oonduoteur' 72 connecte la poignée à la gaine mise à la terre 73 du cible à haute tension 16. De même, une soupape de ooupure d'air 74, au voisinage du pistolet, est de préférence utilisa à la place
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de la soupape 34. l'assemblage d'ajutage et de cloche 14 (figure 4a) est monté à l'extrémité frontale de la tige rotative 39.
Un ajutage
52 comporte une partie de moyeu 52a qui est placée de façon télesoopique sur l'extrémité de la tige tubulaire 39. Un passage
52b dans l'ajutage se termine par des ouvertures d'échappement latérales 53 à travers lesquelles les particules de poudre s'éooulent suivant une direotion généralement perpendiculaire à 1' axe 52o de l'ajutage* L'extrémité du passage de l'ajutage 52b est fermée par un capuchon 54. L'ajutage 52, le capuchon 54 et la cloche de répartition de poudre 58 sont de préférence faits de matière non oonduotrioe, avec la faoe arrière 60 de la cloche
58 dotée d'un revêtement conducteur 61 possédant une résistivité élevée, par exemple du type déorit dans la brevet aux Etats-Unis d'Amérique No. 3.021.077.
Un balai 17a est oonneoté à l'extrémité frontale de la résistance 17 et s'applique contre le revête- ment conducteur 61. Comme indiqué précédemment, l'autre extrémité de la résistance 17 eat oonneotée par le câble à haute tension 16 à une alimentation de puissance 15. Un champ électro- statique est ainsi établi dans l'espace situé entre le bord de la cloche et l'article à revêtir. A titre de variante, comme représenté à la figure 4b, l'ajutage 52' et le capuchon 54' peu- vent être faits en une matière oonduotrioe, cas dans lequel le balai 17a s'applique contre la surface du moyeu 55 de l'ajutage, en mettant ainsi l'ajutage et le capuchon à un potentiel de oourant oontinu élevé.
En tout cas et en particulier aveo des pistolets actionnés manuellement, il est désirable de maintenir a un minimum la quantité de matière conductrice métallique à l'ex- trémité frontale du pistolet, afin de réduire la capacité éleotrique efficace. Les avantagea d'une réduction da la capacité efficace sont décrits dans le brevet aix Etats-Unis d'Amérique No. 3.048.498.
Les mesures de sécurité décrites dans ce brevet sont
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incorporées de prflrsbos dans le pistolet suivant la présent. invention, en particulier lorsque celui-oi est conçu pour un usage manuel.
La cloche de répartition de poudre 58 est montée sur l'ajutage et oomporte une face ou surface frontale 59 qui est in-
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olinée vera l'avant légèrement à partir d'un plan perpr?4iOU à l'axe de l'ajutage. Lia ouvertures d'éohappemenjK 41 ge sont immédiatement adjacentes à la. face conem.1114,frontale 59 de la. cloche, au voisinage du oentre de rotation de celle-ci, de
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telle aorte que Ificoal4 at des particules de la matière de revêtement se fait vers l'extérieur le long de la- or face 4*r.>la cla
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ohe. La rotation de la. olcnh-e alors que les, particule!; sont é- vacuées tend à provaquer une répartition* filiforme des particu-
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'-*. lea sur l'article, avo un dessin circulaire.
La surface frontale du capuchon d'extrémité 54 de l'a-
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jutage 52 est de préfér3eve légèrement espacée derrière le bord frontal 59a de la face de la cloche. Le champ el.actroi3tatiq.uo destiné à charger et à disposer les particules de poudre a* étend de préférence à partir du bord 59a de la cloche. A titre de va- riante, le ohamp peut s'étendre depuis la bord frontal du capu- chon d'extrémité d'ajutage 54, ou à partir des deux. Lorsque 1' ajutage est conducteur, -l'efficacité est réduite si l'ajutage s' en étend trop/avant du bord de cloche 59a..
La charge sur les parti-
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;61!i:t"a est maximum lorsque le gradient da ohamp est maximaa sur ,,le bord 59a. '
La face 59 de la cloche est de préférence faite d'une matière non conductrice afin de réduire la tendance des particu-
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les de poudre à s'accumuler en revatemonfs celles-ci et pour des raisons de sécurité, comme indiqué ei-avant. La face fron- tale 59 de la cloche, qu'elle soit droite ou incurvée, possède une légère inclinaison vers l'avant, en faisant un angle de pré-
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féranoe supérieur à 50e et inférieur à 90 avec l'axe 52c de 1' ajutage.
L'écoulement radial sur la surface de la cloche tend à empâcher une accumulation des particules sur cette face sans
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établir une oiroulation d'air dans la direotion des ar@ble à revêtir, ce qui chasserait vraisemblablement les particuler qui ont été déposées et diminuerait l'efficacité du dép6t. La fone arriè re 60 de la cloche fait de préférence un angle de l'ordre de 45 ' avec l'axe 52o de l'ajutage. Ceci réduit la tendance pou les partioules chargées à s'y déposer et affûta le bord 59a, de telle aorte que le gradient du ohamp électrique en cet endroit sera é- levé. Toutetois, les angles peuvent être largement modifias lors- que des variations dans la dimension du dessin sont admissibles.
La pompe à injecteur 26 est représentée en détail à la figure 5. De l'air comprimé est introduit par un tuyau 27 à par- tir de l'assemblage de commanda 22, dans un ajutage 64 qui c'é- tend à travers un aooouplement 65 dans la partie d'admission 66 l'un venturi 67. L'orifice de sortie 68 du venturi est connecté par un adaptateur 69 au tuyau 13. Lorsque cette pompe est immer- gée dans le lit fluidifié 20, les particules de poudre sont pré- levées du lit fluidifié dana la pompe par des lumières 70 prati- quées dans la paroi de l'acoouplamant 65, où elles se mélangent aveo l'air entrant et elles sont chassées à travers le tuyau 1) vera le pistolet 10.
Une oiroulation uniforme des partioules de matière de revêtement à travers le système est désirable. La superficie en section transversale de l'orifice de sortie de la partie d'évacua- tion 68 du venturi a un effet de commande sur la concentration des particules de poudre dans le courant d'air. La superficie en seotion transversale du passage d'écoulement à travers l'adapta- teur 69 et le tuyau 13 est de préférence approximativement iden- tique à la superficie en section transversale de l'orifice d'éva-' ouation du venturi 67, afin d'éviter une accumulation et uns cir- oulation irrégulière des particules de poudre.
Les ouvertures'53 ont une section transversale plus petite que celle du passage d'é- ooulement 52b, ce qui assure une circulation rapide uniforme du mélange poudre-air au voisinage immédiat de cas ouvertures. Dana
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une forme da réalisation particulière, l'orifice de sortie de la pompe à injaoteur a un diamètre de 3/8èmes de pouce et la tige ro- tative 39 a un diamètre interne de 3/8ènes/de pouce également.
Pendant l'opération de revêtement, les particules charg gées sont attirées par l'article mis à la terre et qui doit être revêtu et elles sont maintenues sur l'article par un effet d'at- traction électrostatique. Lorsque le revêtement devient plis épais, les particules conservent leur charge électrique et repous- sent l'accumulation de particules supplémentaires. L'épaisseur maximum du revêtement qui peut être appliquée varie avec les propriétés électriques des différentes matières et aveo la tension appliquée au système. Les particules déposées sur l'article revêtu tendront à s'accumuler tout d'abord dans la zone la plus étroitement alignée aveo l'axe du pistolet.
Lorsque l'épaisseur de revêtement maximum est atteinte dans cette zone, le dessin de dépôt s'étend et les particules sont déposées sur des parties plus éloignées des surfaces de l'article, e résultat en est que, l'entièreté de l'article tend à prendre un revêtement uniforme avec un minimum de déplacement relatif entre le pistolet et l'artiole. Si la pulvérisation est poursuivie après que l'article ait été revêtu jusqu'à l'épaisseur maximum, les particules de poudre ne seront tout simplement pas déposées sur l'article. Ces particules excédentaires peuvent être récupérées à partir des surfaces adjacentes autres que l'article d'une façon appropriée quelconque.
Après qu'un revêtement de l'épaisseur désirée ait été -déposé sur l'article, il est cuit d'une iaçon appropriée, par exemple par chauffage jusqu'à la. température de fusion de la matière de revêtement. Dana oertains cas, des applioations supplémentaires de poudre peuvent être nécessaires pour obtenir un revêtement plus épais. Un préchauffage de l'article à revêtir augmente 1' épaisseur maximum du revêtement qui peut tire obtenue
Les particules sont chauffées lors de leur contact avec l'article
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et étant donné que les propriétés électriques de la matière chaude sont différentes de oellea de la matière froide, la charge est dissipée rapidement, oe qui permet le dépôt de particules supplémentaires.
Dans un exemple particulier, trois fila d'acier d'un huitième de pouce disposés à trois pouces de cantre a centre ont été transportés' devant un pistolet de pulvérisation à une vitesse de soixante pieds par minute. Une matière plastique pulvérulente à base de vinyle ("Ploydur" série 7000 do la General Syn- thetics and Plaatios Company) a été pulvérisée en utilisant une pression d'air de 50 livras par pouce oarré, mesurée dans la oonduite vers l'ajutage d'injectour 64, avec un débit de 150 grammes de poudre par minuta. Le pistolet possédait un ajutage oonducteur avec une clocha isolante ayant un angle de face de 800 et l'espacement entre la cloche et le fil était de dix pouces.
La tension fournie par lalimentation de puissance était appro- ximativement de 90.000 volta. Apres la pulvérisation, les fila ont été soumis à un cycle de cuisson de 375 pendant une période de dix minutas. Une pellicule vinylique de trois à quatre aile d'épaisseur a été formée sur les fils.
Dans un autre exemple, un panneau d'aoier stationnaire
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due troia pouoea sur six pr4a8 a été revêtu avec une réaine epoxy de la firme Général Mille (lir-a 1741). La poudre était principalement composée do 265 r particule correspondant à un tamia de ho mailles at; 4Ç-rde particules correspondant à un tamie de 2OC ##ipaillgs. J,i*'"plaqu d'acier L été prëoha.uffée à une \vr'.!p.caX\xT* 1 OP. La matière de revêtement a été évacuée ,.4À l'aida i'Ltn ajutage isolant et d'une cloche isolante revêtus a ¯ av8te:aent conducteur et'présentant un angle de face de 750.
..^oloohe était oopacée 4 aix pouces du panneau et une tension de 60.000 volta a été misa an oeuvre. L'on a laissé la pelliou- le s'accumuler jusqu'à eau épaisseur maximum, qui variait de huit à dix mils sur la surface du panneau, après cuisson.
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Bien que les m<t'MHrea de revêtement utilisées aient été de ignées généralement -par l'exproculon *poudre*, il doit étre tendu que la présente invention n'y est pea limitée. Tel qu'ut. 3.a ,dans le prisant brevet, le terme "poudre" @et ooneidéré V i kae devant inclure n'importe quelles partioulas soldes. Pour f acïlité l'on s'est référé à de la poudre entraînée dans C'' l'air. Toutefois, la poudre peut être entraînée dans des a1 ta gaAm autres que l'air et le terme "air" doit 8ts-e ooueidiré comme comprenant d'autres gaz appropriés.
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f Ri\'E1i!:)I.CATIONS 1 1.
Prooédé pour revêtir un article avec des ou-l.8 de poutre, caractérisé en 09 qu'il consiste à entralner la pou- a dre à*!/ revêtement dans de l'air; à fournir le mélange poudre-
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air sur et généralement le long d'une surface isolante ave-c un bord frontal étendu; à établir un champ électrostatique s'éten-
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dant depuis le voisinage de ladite' eurfaoe isolante vers ledit article pour réaliser une mise en charge des particules de ludite poudre; et à déplacer ladite surface afin d' évaouer 1-esàite%s particules de poudre dans ledit chaiap pour réaliser le dépôt deditea particules sur l'article.