JPH08503414A

JPH08503414A - 強化樹脂マトリックスによる基材被覆装置

Info

Publication number: JPH08503414A
Application number: JP6512486A
Authority: JP
Inventors: エル．ホール，テリー; ジー．スキャーパ，ジャック; ディー．マシアス，デイヴィッド
Original assignee: ユーエスビーアイ，カンパニー
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 1996-04-16
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: EP0773834A4; EP0773834A1; US5579998A; CA2147981C; JP3255644B2; WO1994011113A1; EP0773834B1; DE69323784T2; US5307992A; DE69323784D1; CA2147981A1

Abstract

(57)【要約】液状樹脂、及び強化材料を含有する強化樹脂マトリックスによる基材の被覆が、液状樹脂と強化材料が装置の外部で、基材に接触する前に混合される装置によって行われる。液状樹脂はシリンダー（１２）を通過し、その後ノズル（１）のオリフィス（７）を通過して噴出され、同時に強化材料はシリンダー１２の回りにあるキャビティー（１３）を通過するガス流により輸送される。強化材料は、ノズル（１）を通過する際に液状樹脂に導入される。液状樹脂流の周囲における強化材料に応じて、強化材料は基材に接触する前に実質的に液状樹脂によって均一に濡らされる。

Description

【発明の詳細な説明】強化樹脂マトリックスによる基材被覆装置技術分野本発明は、基材を被覆するための方法及びその装置に関するものであり、より具体的には強化材料を含有する樹脂溶液による基材の被覆方法及びその装置に関するものである。発明の背景例えばファイバー、ガラス微粒子、又はその他の強化材料で強化した液状樹脂等の強化樹脂マトリックスによる基材の被覆は、従来では液状の樹脂と強化材料を混合し、その後に前記混合物を基材上に塗布、スプレーするか、又は前記混合物中に基材をディップすることが必要であった。前記基材の一部分の塗布が必要な場合には、精密な制御が必要とされるために一般的にはスプレーコーティング法が使用される。スプレーコーティング方法はしかしながら、一般に高粘度な液状樹脂のスプレー能力が低いこと、達成できる膜厚が制限されてしまうこと、及び大量の廃棄材料が発生してしまうことなどから限界が有った。スプレーコーティング法においては、粘度が約２０，０００センチポイズ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅ）ｃｐｓ以上の種々の液状の樹脂が使用される。このような高粘度においては、前記液状の樹脂をスプレーコーティング装置の配管やノズルを通過させて送液することは、困難であり、また極めて多大なエネルギーを消費する。要求されるエネルギーを低減しスプレーコーティング方法をより簡単にするため、液状樹脂の粘度は多くの場合、前記樹脂に溶媒を混合して約２，０００ｃｐｓにまで低下される。しかし、一般的にスプレーコーティング方法において有用な溶媒は、通常では環境を害するものである。このためスプレーコーティング法により廃棄された材料は有害な廃棄物となる。通常のスプレーコーティング方法では、液状樹脂、溶媒、強化材料、及びその他の、例えば硬化剤、殺菌剤等といった通常の構成成分がバット中で混合されて混合物が形成される。この混合物は、前記のバットから配管を通って気化が行われるノズルへとポンプで輸送され、基材上にスプレーされる。前記混合物を基材上に塗布した後、揮発性気体を自然放出させるか、又は溶媒の放出を速めるため前記混合物を加熱するかして溶媒が除去される。溶媒が放出される間、基材表面近傍の溶媒は、被覆基材中にマイグレートする。溶媒のマイグレートにともない液状樹脂も基材表面に侵入する。その結果被膜中で樹脂が欠乏した領域が形成される。このように樹脂が欠乏した領域は被膜と基材との間の接着力を弱め、潜在的に被膜欠陥を生じさせる点となる。かかる溶媒のマイグレーションの効果は、基材に対して約０．０４インチ未満の薄い被膜を形成することで低減される。しかしながらまた、基材の熱的な保護を達成をするためには約０．２５インチから約０．５０インチ以上の厚い被覆が要求される場合がある。かかる被覆工程の別の欠陥は、系が目詰まりを起こすことである。すべての被膜構成成分がバット中で混合されるため、その全てが前記コーティング装置中に単一の混合物としてポンプで供給される。ポンプで供給する間に、液状樹脂は系中で硬化し始めるため、ノズルやラインを目詰まりさせてしまうことになる。さらに、強化材料が、配管中又はノズルに蓄積してそれらを目詰まりさせてしまうことになる。すなわち当業界においては、廃材や、系の目詰まりを軽減し同時に厚い被膜を構造的に堆積させることができる改善されたスプレーコーティング装置が要求されていた。発明の開示本発明は、基材に強化樹脂マトリックスをコーティングするための装置に関する。本発明の装置は前記基材に向けて液状の樹脂を噴出させるためのスプレーノズルを有する。このノズルにはノズルの実質的な中心に設置されたオリフィス、該オリフィスの周囲を取り囲むようにして配設された平面上の噴霧口、及び前記噴霧口よりもオリフィスから遠くに、前記オリフィスを取り囲むようにシェーピング（ｓｈａｐｉｎｇ）ホールが配設されている。本ノズルはノズルに液状樹脂を導入するための手段の第１の端部に取り付けられている。液状樹脂を導入するための手段は第１の端部、第２の端部及び第１と第２の端部とが交差した軸を有する。外部ハウジングは液状樹脂の導入手段の周囲に同軸、かつその周囲を取り囲むように配設されていて、それらの間でキャビティーを形成する。本ハウジングは開口端と閉鎖された端部を有しており、外側ハウジングの開口端部は液状樹脂を導入するための手段の第１の端部の近傍に配設されている。本発明はさらに、強化樹脂マトリックスによる基材のコーティング方法に関するものである。本方法は前記の液状樹脂導入手段に液状樹脂を導入し、前記液状樹脂をオリフィスを通過させて液状樹脂を噴霧し、液状樹脂の形状を整えることからなるものである。強化材料はキャビティー中に導入され、導入された液状樹脂が実質上均一に前記手段の周囲に分布される。強化材料は、前記のキャビティー及び前記ノズルを通過してきた気体流によって輸送され、前記液状樹脂中に導入された後、混合流を形成する。基材は前記混合流で接触する。本発明はまた、ノズルに関するものである。このノズルはノズルの実質的な中心に設置されたオリフィスを有し、該オリフィスの周囲を取り囲むようにして配設された平面上の噴霧口、及び前記の噴霧口よりもオリフィスから離されれて、前記オリフィスを取り囲むようにシェーピング（ｓｈａｐｉｎｇ）ホールが配設されている。本ノズルはまた、第１のガス配管と第２のガス配管を有しており、第１のガス配管は噴霧口に取り付けられており、第２のガス配管はシェーピングホールに取り付けられ、このため異なった圧力のガスを噴霧口とシェーピングホールを通過させることができる。以下、本発明の上述した特徴、他の特徴及び効果については、後述する記載及び図面によってより明確とされる。図面の簡単な説明図１は、本発明のスプレーコーティング装置の１態様を示したものである。図２は、本発明のスプレーコーティング装置を示した部分断面図図である。上述の図は、本発明をより明確に示し、かつ本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。発明の最良の実施態様本発明は、スプレーコーティング法を廃棄物を低減し、目詰まり等の装置場の問題を減少することによって改良することを目的とする。廃棄材料の量は、液状樹脂を他の液状樹脂や、他の通常の組成物をスプレーノズルの直前で混合したり、環境を害する溶剤のかわりに加熱することによって液状樹脂の粘度を低下させることによって低減することができる。ノズルの直前で混合することによって、スプレー工程中に樹脂混合物で装置及び配管が詰まることが低減できる。加えて、配管中での樹脂混合物の移動量を短くするすることによって、配管中や装置中での目詰まりの原因となる液状樹脂の硬化も発生しにくくなる。同時に前記液状樹脂の粘度を低減する手段として加熱を使用することで、バット中で溶媒と液状樹脂を混合する必要がなくなり、かつこのため液状樹脂が迅速にスプレーコーティング装置に輸送され、ノズル直前で構成成分が混合できる。したがって、前記本発明のスプレーコーティング方法は典型的には通常のスプレーコーティング方法よりも約１０分の１程度の廃棄材料を生じるにすぎないものである。装置の目詰まりの問題は、さらにスプレーコーティング装置の外部で液状樹脂を強化材料と混合することによっても解決できる。液状樹脂と強化材料の双方が、液状樹脂を取り囲むようにして強化材料が周囲に平行に配列された状態で前記基材に噴出される。一度液状樹脂がスプレーコーティング装置のノズルを通過すれば、強化材料は液状樹脂中に導入される。本装置の構成及び方法によればは、強化材料で引き起こされる目詰まりと言った問題を排除することができる。上述したことが達成できる装置は、シリンダーの周囲を取り囲み、かつ同軸に配設された外部ハウジングを有し、これによってシリンダーと前記他のハウジングの間でシリンダーの一方の端部に取り付けられた液体用オリフィス、噴霧口、シェーピングホールを有するキャビティーが形成されたものを挙げることができる。シリンダー１２は、液状樹脂をノズル１に導入するための手段として機能し、また、第１の端部１２ａ及び第２の端部１２ｂを有し、１２ａの第１の端部がノズル１に取り付けられており、液状樹脂をノズル１に輸送できる手段であれば導管、パイプ、又はその他のいかなる従来のものであってもよい。同様にノズルはブリンクス（Ｂｒｉｎｋｓ）、フランクリンパーク（ＦｒａｎｋｌｉｎＰａｒｋ）、イリノイ（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）、ガラコ（Ｇｒａｃｏ）、デトロイト（Ｄｅｔｒｏｉｔ）、ミシガン（Ｍｉｃｈｉｇａｎ）等によって製造されている通常のノズルを使用することができ、シリンダー１２から液状樹脂が流出されるオリフィス７、オリフィス７を通過した液状樹脂を噴霧するための複数の噴霧口６、及び所望のスプレー幅の扇形を形成させ液状樹脂のスプレー領域を制御するためのシェーピングホール８を有している。オリフィス７は、通常実質的にノズル１の中心に設置されている。このオリフィス７は、単一のホールであっても複数のホールを有するものであってもよく、液状樹脂をノズル１から基材上に噴出させるためのものであり、また所望の液状樹脂流量を維持するものであればいかなる形状、大きさであってもよい。一般には、本オリフィス７は、粘度が約１，０００ｃｐｓから約５，０００ｃｐｓの液状樹脂のほとんどの物については、直径約０．０２０インチから０．５インチ、約０．１００インチから約０．２インチであることが好ましい。噴霧口６は、オリフィス７の周囲を取り囲むようにして配設されている。上記の噴霧口６の特性値は、当業者により容易に決定することができ、噴霧される液状樹脂の種類、噴霧に使用される圧力及び噴霧された液状樹脂のサイズ等、系に依存する。強化材料が液状樹脂中に噴出された際に強化材料の濡れ性を良くするためには液滴サイズをできるだけ小さくすることが好ましい（下記に記載する）。強化材料を十分に濡れさせることによって、構造に欠陥のない安定な、特性及び表面仕上がりが改善された被膜を製造することができる。液滴のサイズを減少させるには、噴霧口６直前の気体の圧力を増加するか、又は噴霧口６の直径を減少すればよい。例えば、コルクを強化材料として使用したエポキシコート系では、約１５ｐｓｉｇから４５ｐｓｉｇの気体圧を使用し、約０．０３０インチから約０．１００インチの直径を有するオリフィス７を、液状樹脂が約５０ｐｓｉｇから約１２５ｐｓｉｇの圧力で通過させる際には、好適な噴霧口の直径は約０．０１０インチから約０．０３０インチである。噴霧口６とともに、シェーピングホール８が、同様にオリフィス７の周囲に配設されているが、通常オリフィス７から噴霧口６よりも離れたところに配設されている。これは、液状樹脂の液状樹脂流が形成された後の噴霧化によって、基材の望ましくない領域に液状樹脂が塗布されることがないように液状樹脂流の流れ形状を制御及び減少させることができるようにするためである。上述したシェピングホール８は、液状樹脂流のスプレー領域を制御し、通常本質的に楕円の周囲形状をとる扇形の流れを形成して、該樹脂が基材の所定の領域にスプレーされる。所望の扇の幅に応じて、液状樹脂の種類、シェーピングホールのサイズ及び数、及び液状樹脂流の軸とシェーピングホールとの角度、シェーピングホールに入る際のガス圧が調節される。基材の塗布されるべき領域が対称的であるとは限らないため、液状樹脂の扇形の幅をコーティング工程中にシェーピングホール８への気体圧を変更して調節することもできる。シェーピングホール８への気体の圧力を増加することは、扇形の幅を減少させ、シェーピングホール８への気体圧を減少させることは扇の幅を増加することになる。不都合なことには、従来のノズルは噴霧口６とシェーピングホール８の双方に共通した圧力制御を使用していたため、シェーピングホール８へのガス圧の範囲は、液状樹脂を噴霧させるのに要求される最低圧力に依存したものとなっていた。このため、前記液状樹脂を連続的に噴霧しつつ、広範な圧力範囲にわたってシェーピングホール８への圧力を調節するには、噴霧口６とシェーピングホール８で独立した圧力調節が要求される。従って、圧力制御、及びガス供給ラインが、噴霧口６及びシェーピングホール８で独立していることが好ましい。一般に、シェーピングホール８と液状樹脂流の軸とがなす角度は約５゜から約８５゜であり、約２０゜から約４５゜であることが好ましい。気体が流入する角度が約２０゜から約４５゜の、直径が約０．０１インチから約０．２インチのシェーピングホール８の圧力としては、約１０ｐｓｉｇから約７０ｐｓｉｇの範囲であることが好ましい。直径が０．０３インチから約０．１５インチを有するホールである場合には、約１５ｐｓｉｇから３０ｐｓｉｇの圧力であることが好適である。シェーピングホールの数が少ない場合や、角度が約４５゜よりも大きいか、又は約２０゜未満のシェーピングホールでは異なった圧力であることが好ましい。シリンダー１２を通過する液状樹脂の流れ、オリフィス７を通過する前記液状樹脂の流れ、液状樹脂の噴霧、とそのシェーピングが合流して、強化材料がガス流で前記シリンダー１２を取り囲むキャビティー１３を通じて輸送され、ノズル１を通過して液状樹脂中に強化材料が混合されて実質的に均質な混合流が形成される。前記キャビティー１３は、シリンダー１２の回りを取り囲む同軸に配設された外部ハウジング１４と、シリンダー１２の第１の端部１２ａ近傍に配設された開口端１４ａ、シリンダー１２の第２の端部１２ｂ近傍に配設された閉鎖された端部１４ｂによって形成される。本キャビティー１３は、強化材料の流れを制御する様に機能すると同時に、キャビティー１３を通過するガス流の流れに強化材料を浮遊させる。またガス流によって該強化材料はキャビティー１３を通過して輸送され、強化材料の流れがシリンダー軸に平行となり、これによって液状樹脂の流れと平行にされる。強化材料が液状樹脂に不均等に導入されると、強化材料と液状樹脂が完全に混合されず、これにより強化材料の濡れ性を低下し、被膜の構造的無欠陥性が低下することになる。強化材料が単に、液状樹脂中にシリンダー１２の周囲にある数点から導入された場合、得られる被膜に、強化材料が樹脂に浸されずに樹脂が欠乏した領域が形成される。本領域は被膜にクラックや基材からのはがれが発生しやすい欠陥部位となる。強化材料の濡れ性は、実質的に均一に強化材料をシリンダー１２の回りに分布させ、より均一に強化材料を液状樹脂中に導入することで改善される。シリンダー１２を取り囲んだ実質的に均一な強化材料の分布は、強化材料を輸送するガス流を形成するエアディスク２２と、強化材料をキャビティー１３に導入する導管１６との組み合わせによって達成される。エアディスク２２は、外部ハウジング１４を仕切る端部を形成し、シリンダー１２を取り囲むガス流を形成するための複数のホール１８を有する。前記ホール１８のサイズと数、及びこれらを通過するガスの流速は、ガス流中に強化材料を浮遊させ、強化材料を基材に向かって輸送し、強化材料の流れをシリンダーの軸に対して平行とし、かつ液状樹脂の流れに強化材料をほぼ均一に導入するに十分であるようにされる。上記の特性値は、当業者によって容易に決定されるが、直接的には使用される樹脂の種類によって決定され、また所望のガス圧及び所望のホールサイズに依存して変化させることができる。強化材料としてコルクや、ガラス微粒子を使用する系では、直径約０．０６２インチから０．１２５インチを有する８から約３２個のホールをほぼ等距離に離し、かつ実質的にシリンダー１２と外部ハウジング１４との間の等距離に設けることが好ましい。また、約２５ｐｓｉｇ（ポンドパースクエアインチ単位）から約４０ｐｓｉｇのガスフロー圧が、コルクや、ガラス微粒子の系については好ましく、またガス圧としては、約２８ｐｓｉｇから約３５ｐｓｉｇであることが特に好ましい。導管１６は、強化材料をキャビティー１３に導入するためのものであり、エアディスク２２とホール１８とが組み合わされて、確実に前記強化材料をシリンダー１２の回りに均等に分布させ、かつ実質的に均等にキャビティー１３から噴出させるためのものである。この導管１６は、一般にはシリンダー１２の軸に対して垂直に配設されており、また、一般的には外部ハウジング１４から、ホール１８を通過してから噴出される。導管１６をかかる配置とすることで、ホール１８を通過するガスが、キャビティー１３から強化材料を担持する前にキャビティー１３を通過しまうことがないようにしている。これによりシリンダー１２の回りに強化材料を均一に分布させることが妨げられることが無くなる。しかしながら本導管１６の配置は、シリンダー１２の回りに強化材料を十分均一に分布させることができればどのような角度であってもよい。導管１６がホール１８にまで突き出している際には、導管１６の背後にホール１８の少なくとも１個を配設し、導管１６とエアディスク２２の間での傍流の形成を防止することが好ましい。この傍流は強化材料を巻き込み、シリンダー１２の回りに均一に分布させることの障害となる。強化材料は、導管１６から通常の強化材料導入手段２０によって導入される。使用される手段としては、自然落下供給機、コークスクリュー供給機（ｃｏｒｋｓｃｒｅｗｆｅｅｄｅｒ）、ベルト供給機、加圧供給機、振動供給機、及びその他の従来の供給機を挙げることができる。かかる供給機としては、シェンク社（フェアフィールド（Ｆａｉｒｆｉｅｌｄ）、ニュージャージー州）製の重量損失型振動供給機を挙げることができる。この供給機は、強化材料の所定量を導管１６に連続的に導入することができ、実質的に均等量の強化材料を液状樹脂に導入することができかつ、強化材料の濡れ性をを改善することができることから好適である。さらに液状樹脂により強化材料全てが確実に濡らされるようにするため、強化材料の流速を調節することができる。供給速度が大きすぎる場合には強化材料が、樹脂が濡れさせる以上に液状樹脂に添加され、樹脂が欠乏した領域を有する被膜が得られることが確実であり、同時に強化材料の流速が低すぎる場合には、強化材料の量が被膜強化として利用するには十分ではなくなってしまうことになる。強化材料と液状樹脂双方の好適な流速は、特定の強化材料と液状樹脂に応じて当業者により容易に決定される。一般に、エポキシ液状樹脂／コルク被覆系では強化材料が約５０ｇ／ｍｉｎ（グラムパーミニッツ）から２００ｇ／ｍｉｎで供給されることが好適である。しかしながらこの速度は系及び所望の被覆における強化材料の量に応じて変化させることができる。強化材料の濡れ性はさらに、液状樹脂の濡れ性を改善し、また液状樹脂の噴霧性を改善することによってもさらに改善される。液状樹脂の粘度を低下させると、コーティング系を通過する液状樹脂の流動性が改善され、またより微小な液滴とする噴霧特性が改善される。一般には、液状樹脂は約２０，０００ｃｐｓ以上の高い粘度を有し、約２，０００ｃｐｓの粘度であることが好ましく、２２１６Ａ＆Ｂ液状樹脂系では、約９００ｃｐｓから約１，５００ｃｐｓの粘度にあることが特に好ましい。液状樹脂の粘度は、液状樹脂がシリンダー１２へと向かう配管１５にある液状樹脂供給機２４，２６（図１参照）中で、又はシリンダー１２の中でのいずれで過熱することによっても調節される。液状樹脂が十分に加熱されて、液状樹脂の粘度が約２，０００ｃｐｓ以下、好ましくは未然に硬化することなく約１，０００未満にまで低下させ、劣化する事がないようにされる。液状樹脂を加熱するための適切な温度は、当業者によって容易に決定され、液状樹脂自体の特性に依存するものである。２２１６Ａ＆Ｂ液状樹脂系は、３Ｍ社（セントポール、ミネソタ州、（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）製のエポキシ樹脂と加速剤であり、約２０，０００ｃｐｓから約１，０００ｃｐｓにまで粘度を低下させるために約１１０゜Ｆから約１４５゜Ｆにまでエポキシ樹脂と加速剤を加熱することが好ましく、液状樹脂が噴霧できる流速が得られる。これより高い温度では、エポキシ樹脂の硬化が早く、スプレーコート装置を目詰まりさせがちであり、同時にそれよりも低い温度では、エポキシ樹脂の粘度を十分に下げることができない。強化材料が液状樹脂中に混合されて、濡らされてしまえば、混合流はその後基材上に接触される。ノズル１と基材の距離は、通常スタンドオフ（ｓｔａｎｄ− ｏｆｆ）距離として知られており、混合流の飛跡によって決定される。スタンドオフ距離は、混合流の飛跡が重力の影響を受けて下方に弧状となる距離よりも短い距離であることが好ましい。一般に、スタンドオフ距離は約５インチから約３０インチの範囲、約８インチから約１５インチであることが、ほとんどのコルク／ガラス／エポキシ液状樹脂コーティングでは好ましい。被覆された基材は、その後に通常の方法によって硬化されて被覆された製品が形成される。複数の液状樹脂が望ましい場合又は、通常の硬化剤、抗菌剤、等の他の構成成分が使用される場合には、混合手段が使用できる。本混合手段は、シリンダー１２の中のノズル１の手前にあって、液状樹脂、硬化剤、抗菌剤、及び他の構成成分をノズルに入る直前で混合して樹脂混合物を形成する。ノズル１のそばに本混合機を配設するのは、混合機からノズル１までの配管を長くしないようにするためである。樹脂混合物が移動しなければならない距離を短くすることで、液状樹脂を混合してから樹脂混合物が基材上にスプレーされるまでの時間が短縮でき、このことが配管や装置が目詰まりする可能性を低下させている。加えて、移動距離を低下させることは、コーティング工程が完了した際に、配管中の余分な樹脂混合物の量を低減させることができ、このため廃棄される材料を減少させることができる。使用できる混合手段としては、通常の混合機、具体的にはスタティックミキサー、ダイナミックミキサーやその他の通常の手段と言った従来の混合機を使用することができる。ダイナミックミキサーが、最も小さな長さですむため好適である。スプレーコート装置を操作している間、液状樹脂はシリンダー１２を通過してノズル１のオリフィス７の外部へと通過し、同時に強化材料が同時にガス流によりキャビティー１３、及びノズル１を通過して輸送される。１度液状樹脂がオリフィス７から流出すると、噴霧口６を通ったガスによって噴霧され、シェーピングホール８によって扇形の形状に成形されると同時に、強化材料が液状樹脂中に混合される。混合された流れは、その後に基材と接触する。従って、２種の強化材料と高粘度の２種の液状樹脂を含有する４種の材料からなるコーティングでの基材の被覆は、次のようにして行われる。液状樹脂Ａ及びＢが加熱され約１，０００ｃｐｓに粘度が低下されて、別々に液状樹脂供給源２４，２５からそれぞれ第２の端部１２ｂと通過してシリンダー１２の中に輸送される。そこで、これらが定法に従って混合され、樹脂混合物が形成される。この樹脂混合物は、ノズル１から導入され、オリフィス７を通過して、直径約７５μ ｍから約１００μｍの直径の微細な液滴として１０個の噴霧口６を通過してくるガスによって噴霧される。その間に２種の強化材料は導管１６を通過してキャビティー１３に輸送され、エアディスク２２のホール１８を通過してくるガスによって基材に向けて保持、輸送される。強化材料がノズル１を通過した後、樹脂混合物中に混合され、濡らされて、混合された流れを形成する。かかる混合流は基材に向けて進行し、被膜を形成する。被膜の膜圧は、ノズル１と基材の間の運動速度を変更することによって変化させることができる。相対的な運動速度が減少すると膜圧は増加する。加えて、転換効率、液滴サイズ、及び液状樹脂の流速は所望の膜密度及び強度を達成するように調節される。強化材料の流速を増加すると、被膜密度が減少し、強化材料の流れを増加させると被膜強度が増加する。本発明のスプレーコーティング装置及び方法は通常の自動化技術とコンピューター、計量装置、圧力制御装置や他の通常の装置を使用して容易に自動化することができる本発明を後述する代表的な実施例によって説明する。本実施例は、本発明のスプレーコーティング装置を使用した基材のコーティング方法を示したものである。しかしながらこれは、本発明の概略的な広い範囲を制限することを意味するものでない。実施例液状の２２１６エポキシ樹脂、コルク、及びガラス微小粒子の０．５０厚の被膜を被膜を有する基材上に製造するため、次の工程を使用した。１．５ガロンの２２１６液状樹脂（部材Ｂ）及び５ガロンの硬化剤（部材Ａ、末端アミンポリマー）を別々に１１０゜Ｆに加熱し、２２５グラムパーミニンツ（ｇ／ｍｉｎ）（２００ミリリットルパーミニンツ（ｍｌ／ｍｉｎ））の速度でシリンダー１２に送液し、樹脂混合物を形成した。２．かかる樹脂混合物をその後、ノズル１中のオリフィス７を通過させて直径が０．０１５インチから０．０３０インチの１０個の噴霧口６によって２５ｐｓｉｇのエアで噴霧した。３．噴霧された樹脂混合物を、その後４つのシェーピングホール８から１５ｐｓｉｇのエアを噴出させることによって形状を整え、８インチの扇形状を形成させた。これらのシェーピングホール８は、樹脂材料の流れる軸に対して２０゜の角度で配設されている。４．この液状樹脂流、１００ｇ／ｍｉｎ（７００ｍｌ／ｍｉｎ）のコルク，及び１００ｇ／ｍｉｎ（４００ｍｌ／ｍｉｎ）のガラス微粒子を２０ｐｓｉｇで合流させ、キャビティー１３にステンレス製の３ｆｔ³の容器から重量減少制御系と導管１６を通じてキャビテイー１３に導入した。５．コルクとガラスは、その後に直径０．０８０インチを有する８つのホール１８を通過して９０゜で通過するエアで保持され基材に向かってシリンダー１２を取り囲むようにして輸送される。６．シリンダー１２の端部で、コルクとガラスは樹脂混合物に混合され、濡らし、混合流を形成させた。７．基材から１０インチのスタンドオフ距離に保持されているノズル１により、前記の混合流は０．５インチの被膜を垂直にされている基材上に４パスして形成した。上述した実施例の被膜は均一であり、密度が約２５ｌｂｓ／ｆｔ³（ポンドパーキュービックフィート）から３０ｌｂｓ／ｆｔ³の範囲の軽量のコルク／ガラス被膜であり、平面的引っ張りに対する接着力は約１００ｌｂｓ／ｉｎ²から約３００ｌｂｓ／ｉｎ²であった。本被膜は断熱材や航空機装置の摩耗性被膜に使用される。本発明は、無駄がなく、低コストであり、補修が容易で、簡略化された系であり、強化材料の濡れ性が向上され、スプレー性能が改善され、ポットライフの問題がなく、良好な接着性を有する均一な厚い被膜を形成することができるという効果を有する。水平面に対しては、膜厚に対する制限はない。垂直面に対しては、初期工程で１インチ以上の被膜が得られると同時に、約１インチ毎に被膜を乾燥させる場合には、約４インチの被膜を得ることができる。液状樹脂は、スプレーコーティング装置中では強化材料と混合されず、また該液状樹脂はノズルの直前まで添加される液状樹脂や他の成分と混合されないため、液状樹脂量、廃材として捨てられる強化材料と液状樹脂の混合物の量が最小とされ、目詰まりの問題が事実上排除できる。一般には、従来のスプレーコーティング方法は、液状樹脂と溶媒をバット中で混合することによって粘度を低下させて被覆用混合物を製造し、その後に該混合物を配管を通じてノズルへと輸送し、該混合物を基材上にスプレーするものである。すべての混合工程が工程の初期になされるため、余剰の混合物が配管中で硬化し始めて系を目詰まりさせることから、全体の系を清掃する必要が生じる。加えて、多くの余剰混合物が製造され、そして前記溶媒が一般には環境を害する物質であるため、余剰の全混合物が有害であり、従って廃棄コスト及び環境汚染を増大させることになる。スプレー性能の向上は、また本発明においては加熱することによって液状樹脂の粘度を低下させることによって達成されている。粘度の低減は、流動性を改善し、このために液状樹脂のスプレー性能が、環境を害する溶媒の使用をせずに改善される。本発明はスプレー性能を改善し、余剰材料を軽減し、さらに有害な廃材を出さずに粘度を軽減させることによる流動性の改善を図るものであって、従来のスプレーコーティング技術を全てにわたって改善したものと言える。本発明について詳細な実施例をもって開示し及び記載を行ったが、その本発明の請求にかかわる要旨の範囲内でなされる形態および細部の種々の変更は、当業者によって容易である。次について請求する。

Claims

【特許請求の範囲】１．ａ．ｉ．ノズルの実質的な中心部に設けられたオリフィスを有し、ｉｉ．前記オリフィスを取り囲んだ周囲に複数の噴霧口が配設され、ｉｉｉ．前記オリフィスに対して、前記噴霧口より外側に前記オリフィスを取り囲むように周囲に配設された複数のシェーピングホールを有する基材に対して液状樹脂を噴出するためのスプレーノズル、ｂ．前記液状樹脂をノズルへ導入するための手段を有し、前記液状樹脂を導入するための手段が、第１の端部と第２の端部、及び前記第１の端部と第２の端部と交差するを有し、前記ノズルが上記第１の端部に結合されており、ｃ．前記液状樹脂を導入するための手段の周囲を取り囲むように同軸に配設され、これらの間でキャビティーを形成するための外部ハウジングを有し、該外部ハウジングが、開口端及び閉鎖された端部を有し、外部ハウジングの開口端に液状樹脂を導入するための前記第１の手段の端部が配設され、前記外部ハウジングよって液状樹脂が前記ノズルを通過した後に該液状樹脂に対して該強化材料を供給させることを特徴とする、基材に対する強化樹脂マトリックス被膜塗布装置。２．さらに液状樹脂を導入するための前記手段の第２の端部においてキャビティーを仕切るように前記外部ハウジングの閉鎖された端部に形成されたエアディスクを有し、前記エアディスクが、前記のキャビティーに十分なガスを導入して、強化材料を保持し、かつ基材に向かってノズルを通じて前記強化材料を輸送し、液状樹脂を導入するための手段の軸に対してフロー経路を平行にするためのガスホールを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。３．独立したガス供給配管が前記噴霧口及び前記シェーピングホールに連結された、複数のガス供給配管をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。４．液状樹脂を導入するために前記手段に連結された、液状樹脂の粘度を減少させるための加熱手段を有した液状樹脂供給手段をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。５．液状樹脂を導入するための手段中に配設された混合手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。６．ａ．ｉ．ノズルの実質的な中心部に設けられたオリフィスを有し、ｉｉ．前記オリフィスを取り囲んで周囲に複数の噴霧口が配設され、ｉｉｉ．前記オリフィスに対して前記噴霧口より外側に、前記オリフィスを取り囲む周囲に配設された複数のシェーピングホールを有し、独立したガス配管が噴霧口と前記シェーピングホールに連結された基材に対して液状樹脂を噴出するためのスプレーノズル、ｂ．前記液状樹脂をノズルへ導入するための手段を有し、前記液状樹脂を導入するための手段が、第１の端部と第２の端部、及び前記第１の端部と第２の端部と交差する軸を有し、前記ノズルが導入用前記手段の上記第１の端部に連結されており、ｃ．液状樹脂を導入するための前記手段に同軸にかつこれを取り囲むようにして周囲に配設した外部ハウジングが液状樹脂を導入するための手段と前記外部ハウジングとの間でキャビティーを形成し、前記ハウジングが、開口端と閉鎖された端部を有し、前記外部ハウジングの開口部が液状樹脂を導入するための手段の第１の端部の近傍に配設されており、液状樹脂が前記ノズルを通じてた後に前記外部ハウジングによって強化材料が前記液状樹脂に導入され、ｄ．外部ハウジングの閉鎖された端部に形成され、液状樹脂を導入する前記手段の第２の端部を仕切る前記のエアディスクが、前記キャビティーに十分なガスを導入して、強化材料を保持し、かつ基材に向かってノズルごしに前記強化材料を輸送し、液状樹脂を導入するための手段の軸に対するフロー経路を平行にするためのガスホールを有することを特徴とする基材への強化樹脂マトリックス塗布装置。７．前記液状樹脂の粘度を低下させるための加熱手段をさらに有する、請求項６記載の装置。８．混合手段が液状樹脂を導入するための手段にさらに配設されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。９．ａ．液状樹脂を、オリフィス、複数の噴霧口、及び複数のシエーピングホールを有するノズルに液状樹脂を導入するための手段へ導入し、ｂ．液状樹脂を前記オリフィスを通過させ、ｃ．前記液状樹脂を噴霧し、ｄ．前記液状樹脂の形状を整え、ｅ．液状樹脂を導入するための手段の周囲を取り囲むように同軸に配設された外部ハウジングによって形成されたキャビティーへ強化材料を導入し、ｆ．前記強化材料を液状樹脂を導入するための手段の回りに実質的に均一に分布させ、ｇ．前記強化材料をキャビティーを通過させたガス流によって輸送して、前記ノズルを通過させた後、前記材料を液状樹脂に導入して混合流を形成させ、ｈ．前記混合流を前記基材に接触させる工程を有する強化樹脂マトリックスによる基材の被覆方法。１０．前記液状樹脂を加熱して前記液状樹脂の粘度を約２，０００ｃｐｓ未満にまで減少させる工程を有すること特徴とする請求項９に記載の被覆方法。１１．前記ノズルを通過する前に第２の液体を前記液状樹脂に混合する工程を有すること特徴とする、請求請９に記載の基材の被覆方法。１２．前記第２の液体が助材である液状樹脂、硬化剤、抗菌剤、又は、それらの混合物であること特徴とする請求項１１に記載の基材の被覆方法。