Quel est le meilleur four pour cuire un revêtement ?

Choisir le four le plus adapté et la technique de polymérisation dépend de nombreux éléments variables, y compris la taille et la géométrie des pièces à revêtir, leur forme, leur épaisseur, leur composition, les cadences de production, les coûts d’exploitation et le type de poudre à utiliser doivent être pris en considération…Les poudres sont durcies, le temps et les températures sont des éléments essentiels. La température du four doit être contrôlée avec précision, si possible dans les ± 3 ° C de la température de durcissement spécifiée.

La polymérisation des peintures en poudre est une réaction chimique majoritairement utilisée, de polycondensation entre une résine et un agent réticulant, chacun d’eux ayant les fonctions chimiques capables de réagir avec celles de la partie complémentaire. Cette réaction est catalysée et accélérée par une élévation de température qui permet une plus grande mobilité des chaînes moléculaires mises en jeu. Cette réaction est catalysée et accélérée par une élévation de température qui permet une plus grande mobilité des chaînes moléculaires mises en jeu.La plupart des systèmes de peintures en poudre demandent une réticulation entre 160 °C et 200 °C (Température objet), avec un temps de contact qui peut varier de 5 à 20 minutes en moyenne de la cuisson, la poudre passe par trois étapes importantes :

  • La Fusion
  • La Gélification
  • La Polymérisation

Le but est de transformer un produit à l’état de poudre en un revêtement thermodurcissable solide, homogène et continu dans son réseau tridimensionnel.

Les modes de polymérisation, transmission de chaleur

  • La conduction
  • La convection
  • Le rayonnement ou radiation

1 – La Conduction : Ce principe est basé sur la conductivité des supports. Il implique un contact direct entre la source de chaleur et l’objet à chauffer, qui joue le rôle de résistance thermique et s’échauffe par effet Joule.

2 – Les fours à convection : C’est de loin la méthode la plus populaire où des chauffages au gaz ou au mazout sont utilisés pour chauffer l’air. Il est  ensuite distribué à travers un espace clos où il fournit la température requise. Les pièces en poudre sont ensuite distribuées dans cet espace où elles absorbent la chaleur, pour atteindre la température ambiante et sont maintenues à cette température pendant la durée spécifiée.

Ce principe est basé sur le phénomène de déplacement des gaz entre la chambre de combustion et l’ambiance du four. La circulation d’air chaud est un moyen d’apport d’énergie au support. Ce principe est le plus utilisé pour la polymérisation industrielle des peintures en poudre.

Dans un four à chauffage direct, les produits de combustion du brûleur sont réalisés directement dans la zone de chaleur de maintien, tandis que dans un four à feu indirecte des produits de brûleur passent à travers un échangeur de chaleur de telle sorte que seul l’air propre entre la chaleur zone de maintien. Dans ce dernier cas, l’air chaud est exempt de produits de combustion qui peuvent  interférer dans certains cas nuisiblement avec la poudre pendant le cycle de durcissement. La quantité de l’air évacué à partir d’un four à convection doit être suffisante pour maintenir l’atmosphère dans le four en dessous de la limite inférieure d’explosivité des gaz étant libérés dans le four.

Des précautions doivent être prises, en particulier dans le cas de fours alimentés directement, d’inspecter régulièrement et nettoyer l’intérieur du four comme des matières étrangères peuvent s’accumuler sur les sections intérieures du four, qui peut de temps à paillettes du temps libre et d’adhérer à des pièces qui, à leur tour peut conduire à un rejet.

Direct : Les gaz de combustion sont mélangés à l’air ambiant du four et directement en contact avec les pièces revêtues. Des phénomènes d’oxydation des polymères peuvent apparaître. Avantage : économie d’énergie Inconvénient : les formulations de poudres doivent être adaptées pour résister aux phénomènes d’oxydation.

Indirect : Les gaz restent piégés dans une chambre de combustion. L’air passe par un échangeur, et seul de l’air chaud, sans résidu de combustion, est au contact des pièces revêtues. C’est le type de four le plus utilisé. Il offre l’avantage de ne pas  requérir de peintures en poudre spécifiques.

3- Le Rayonnement :Ce principe est basé sur l’aptitude de certains matériaux à capter certaines radiations de longueur d’onde (l) déterminée (micro-ondes, Ultra Violet, Infra Rouge). L’absorption d’énergie, à ces longueurs d’onde provoque une excitation du matériau avec un phénomène exothermique et dégagement de chaleur (micro-ondes, I.R.) ou formation de radicaux libres dans des matériaux initialement chauffés (U.V.). Le pouvoir absorbant et émissif des corps varie suivant leur nature et leur température.Dans le domaine industriel des peintures en poudre, la principale source de rayonnement utilisée est le rayonnement I.R.

De l’énergie thermique infrarouge est émise par un corps chaud, elle est  transférée dans des lignes droites jusqu’à ce qu’elle entre en contact avec un autre corps lorsque la chaleur est absorbée par celui-ci faisant monter la température. Le principal avantage du chauffage par rayonnement, c’est qu’il produit une augmentation rapide de la température de l’objet. La température de la source de chauffage est augmentée, de sorte que la proportion de la chaleur transférée par le rayonnement par rapport à l’augmentation de convection notablement. La quantité d’énergie thermique rayonnée à partir de n’importe quelle source dépend de sa zone, sa température et de son émissivité.

Le rayonnement thermique moyen offre la source la plus efficace de chaleur rayonnante pour guérir en poudre thermodurcissable. Habituellement les panneaux d’émetteur sont au gaz donnant une température de surface du panneau de 850-950oC, ou en variante gainés panneaux électriques d’une température de surface de 750-850oC. La pièce à usiner est maintenue à environ 30 cm de la surface du panneau d’émetteur avec une distance minimale de 15 cm.

La couleur de la poudre est une considération importante – des couleurs claires peuvent refléter (en fonction de la composition en poudre) des rayonnements proportionnellement plus infrarouge et ne chauffent pas aussi rapidement que les couleurs foncées. Cela signifie que la poudre de chaque doit être évaluée afin de déterminer les conditions optimales de durcissement. Comme pistes de chaleur par rayonnement dans les lignes droites, des articles revêtus de conception complexe, ou des sections ayant à l’abri de la source de rayonnement ne peuvent pas être traitées en utilisant cette méthode. Idéalement le rayonnement infrarouge est utilisé pour des pièces simples telles que les surfaces relativement plates.

Les fours basés sur le seul rayonnement I.R. sont peu courants. L’utilisation de tels fours demande soit des formulations de poudres spécifiques soit une plage de longueurs d’onde émises particulière et des pièces de géométrie peu compliquée ou un système de convoyage permettant l’exposition aux rayonnements, de toutes les faces des pièces.Les rayonnements I.R., montés en panneaux radians, sont particulièrement utilisés comme complément aux fours à convection.

La mise en œuvre des principes ci-dessus énoncés est réalisée au moyen de :

  • fours à convection d’air chaud,
  • fours à rayonnement Infra Rouge,
  • fours “mixtes” (infra rouge plus convection),
  • fours à thermoréacteurs
  • fours à ultra-violet

Les four à convection Les éléments constitutifs d’un four à convection sont un convoyeur aérien avec ses pièces,une enceinte calorifugée, un caisson de chauffage de l’air avec la source de chaleur par chauffage indirect ou direct,la circulation de l’air, réalisée par des groupes moto- ventilateurs, un ensemble distribuant l’air dans le four par l’intermédiaire de gaines de soufflage et d’aspiration, reliées au caisson de chauffage, des sas, d’entrée et de sortie, intégrés dans l’enceinte calorifugée, limitant les déperditions calorifiques. Une cheminée d’extraction qui permet l’équilibre aéraulique du four en créant une légère dépression. Cette cheminée permet aussi l’extraction des gaz brûlés dans le cas d’un brûleur à gaz direct Une régulation composée, un capteur de température (thermocouple ou sonde platine) et un régulateur de température, permettent de réguler la source de chaleur par calcul entre la consigne de température affichée et la température du four mesurée par le capteur. Avantages : Le four Canopy permet d’exploiter le phénomène physique de la montée de l’air chaud. Cette disposition en élévation sur pilotis permet de placer le four de séchage en dessous. Inconvénients : Cette installation nécessite une hauteur importante sous plafond et des montées et descentes du convoyeur.

Les fours basés à rayonnement I.R. sont peu courants. L’utilisation de tels fours demande soit des formulations de poudres spécifiques soit une plage de longueurs d’onde émises particulière et des pièces de géométrie peu compliquée ou un système de convoyage permettant l’exposition aux rayonnements, de toutes les faces des pièces.Les rayonnements I.R., montés en panneaux radians, sont particulièrement utilisés comme complément aux fours à convection.

Les fours mixtes Les rayonnements «Infra Rouge», sous forme de panneaux radiants, sont placés à l’entrée du four à convection. Ce type de système c’est fortement développé pour les installations de laquage.La mise en place de rayonnements «Infra Rouge» permet  de gélifier rapidement la poudre d’éviter les pollutions de réduire les dimensions du four d’améliorer l’efficacité et la productivité d’un four trop petit d’améliorer le tendu du film de poudre.

Les fours à thermoréacteurs Ces fours sont basés sur le principe de la catalyse des gaz avec émission d’une plage de rayonnements très étroite, totalement absorbables par les polymères et, de ce fait, très efficaces et très puissants. A ce type de four, le système à convection est souvent associé.Les fours à thermoréacteurs sont souvent utilisés pour les pièces de forte masse thermique.

Les fours à ultra-violet Les tunnels ultra-violet doivent être utilisés pour réticuler les peintures en poudre UV. Ce type de four est composé de deux éléments principaux :

Zone IR ou air chaud ou les deux : pour fondre la pièce
Zone UV : pour réticuler la poudre fondue. Les lampes UV sont principalement des lampes au mercure (H) ou dopées au gallium (V) pour des systèmes pigmentés.

Cette technologie permet un temps de cuisson extrêmement rapide (moins de deux minutes en moyenne) et se révèle être une installation assez compacte. Par contre, elle nécessite des poudres spécifiques et des géométries de pièces assez simples (comme pour les fours IR, toutes les zones de l’objet doivent être insolées de la même manière pour obtenir une réticulation homogène sur toute la pièce).

Quel que soit le type de four installé, un entretien suivi, des contrôles d’efficacité et de régulation thermique fréquents (ventilation et courbes de four) seront les garants de l’obtention d’un revêtement aux caractéristiques physico-chimiques attendues.