CC BY
50
УДК 621.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-458-470
АНАЛИЗ СПОСОБОВ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ
ПОКРЫТИЙ
В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева, Д.Н. Паньков, С.А. Войнаш, В.А. Соколова, А.А. Ореховская
Представлены сведения о способах нанесения порошковых лакокрасочных покрытий, а также их отличие от традиционных технологий. Рассмотрены такие методы распыления как пневматическое, под высоким давлением, в электрическом поле высокого напряжения. Изучен метод формирования покрытия в кипящем слое. Представлена технология окраски электростатическим напылением. Показаны преимущества и недостатки видов и способов сушки покрытий.
Ключевые слова: порошки, лакокрасочные покрытия, способы нанесения, технологии, полимеры, свойства, краски, процесс, адсорбция частиц, распылители.
Порошковая окраска - это безотходная и экологически чистая технология получения полимерных покрытий с высокими защитными и декоративными свойствами. Технология порошковой окраски была разработана и начала применяться в 50-60 х годах прошлого столетия. В настоящее время порошковыми красками обрабатывается примерно 15% окрашиваемых изделий в мире [1-31].
Современные методы нанесения порошковых красок позволяют получать долговечные и надежные покрытия на поверхности материалов, в частности металлических. Порошковая краска значительно превосходит жидкие аналоги по прочности и сроку эксплуатации. В ее состав входят: пигменты, пленкообразователи, катализаторы для быстрого отверждения покрытия. Дисперсионной средой при окрашивании является воздух, а летучий растворитель в них полностью отсутствует, что удешевляет производство и делает сами краски безопасными, а именно нетоксичными.
Порошковый способ окраски используется, когда необходимо обеспечить прочность, долговечность, защитить изделие от коррозии, а в отдельных случаях позволяет осуществить дополнительную электроизоляцию.
Преимущество технологии порошкового напыления в том, что можно использовать различные методы нанесения порошковых красок, в том числе автоматические.
Основное различие между технологией нанесения традиционных жидких и порошковых материалов заключается в том, что порошковые краски не содержат в своем составе органических растворителей, жидкого пленкообразователя и изначально находятся в твердом агрегатном состоянии.
Наиболее широко используются термореактивные краски (80% от всего объема), готовое покрытие образуется после значительных химических преобразований, и становится неплавким и нерастворимым.
Термопластическая краска работает без химических реакций при нанесении, только под действием температуры частицы красящего порошка сплавляются в пленку, а далее расплав охлаждается. Так как состав затвердевающего покрытия соответствует составу исходного материала, возможно вторичное использование после повторного плавления. В качестве плен-кообразователей применяются полиэфиры и олигомеры нейлона и винила.
Порошковая краска представляет собой твердую многокомпонентную композицию, которая под воздействием высокой температуры образует тончайшую пленку, плотно сцепленную с окрашиваемой поверхностью.
ЛКМ материалы наносят на поверхность изделий различными методами: пневматическим распылением, распылением под высоким давлением, распылением в электрическом поле. аэрозольном распылением, электроосаждением, струйным обливом, окунанием, наливом, валками, в барабанах и др., кистью и шпателем.
Наиболее эффективный метод нанесения ЛКМ для конкретного изделия выбирают исходя из требований к покрытию, габаритов и конфигурации изделия, условий производства и экономической целесообразности.
Около 70% выпускаемых лакокрасочных материалов наносят методом пневматического распыления, применяющимся без нагрева (основной способ) и с нагревом.
1. Нанесение покрытий методами распыления. Распылением без нагрева можно наносить лакокрасочные материалы на основе почти всех видов пленкообразующих. Он применяется при окраске изделий всех групп сложности.
К недостаткам метода относятся: потери на туманообразование от 20 до 40 % (в отдельных случаях и более) и, как следствие, значительный удельный расход лакокрасочных материалов; необходимость применения специальных окрасочных камер с устройствами для вытяжки и очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха, загрязненного красочным туманом; дороговизна их эксплуатации; большие расходы растворителей для разведения красок до рабочей вязкости.
При распылении с нагревом снижается вязкость лакокрасочных материалов и поверхностное натяжение, что позволяет распылять вязкие материалы без дополнительного разведения растворителями.
Распыление лакокрасочных материалов под высоким давлением (безвоздушное распыление) применятся с нагревом и без нагрева. Для окраски распылением с нагревом лакокрасочные материалы нагревают до (40.. .60) оС и специальным насосом подают к распылительному устройству под давлением (40.100) кгс/см2. При нагреве снижается поверхностное натяжение и вязкость лакокрасочного материала, а в сочетании с высоким давлением обеспечивается возможность распылять лакокрасочные материалы значительной вязкости. Факел распыления формируется за счет перепада давления при выходе лакокрасочного материала из сопла распылителя и последующего мгновенного испарения части нагретого растворителя, сопровождающегося значительным его расширением. Летучая часть рецептуры лакокрасочных материалов для распыления с нагревом должна состоять из нерастворителя (разбавителя), выполняющего функцию распыляющего агента, который испаряется из факела, и растворителя, остающегося в краске при достижении ею окрашиваемой поверхности, что позволяет обеспечить нормальный розлив лакокрасочного материала.
Возможна окраска изделий простой, средней и сложной конфигурации. Потери лакокрасочного материала составляют (5. 12) %.
По сравнению с окраской пневматическим распылением этот метод имеет следующие преимущества:
- за счет большей плотности и меньшей зоны разброса факела потери на туманообразование сокращаются на (20.35) %;
- сокращается расход растворителей, требуемых для разбавления до рабочей вязкости, для большинства групп лакокрасочных материалов на (15 .25) %, так как распыляются более вязкие материалы;
- создается возможность окраски крупногабаритных изделий вне распылительных камер при наличии местной вытяжной вентиляции;
- сокращается цикл окраски благодаря возможности увеличения толщины слоя покрытия до (40.60) мкм и уменьшения в связи с этим числа слоев.
При окраске распылением под высоким давлением без нагрева лакокрасочный материал при (18.23)°С подается к распылительному устройству под давлением (100.250) кгс/см2.
Распыление без нагрева имеет ряд преимуществ по сравнению с распылением с нагревом: 1) установки проще по конструкции, имеют меньший вес, проще в обслуживании; 2) ниже энергозатраты; 3) можно применять более широкий ассортимент лакокрасочных материалов. Недостатки метода: 1) ниже получаемый класс покрытий по внешнему виду; 2) больше потери лакокрасочных материалов на туманообразование на (10.15) %.
Распыление без нагрева рекомендуется при грунтовании и окраске средних, крупных и особо крупных изделий с получением покрытий III—II класса по внешнему виду. Методом распыления под высоким давлением без нагрева можно наносить все основные группы лакокрасочных материалов (по аналогии с пневматическим распылением) с рабочей вязкостью до 50 с по ВЗ-4 при (18.23)° С и получать покрытия толщиной до (35.40) мкм за одну технологическую операцию.
Метод распыления в электрическом поле высокого напряжения (электроокрашивание) основан на переносе заряженных частиц краски в электрическом поле высокого напряжения, создаваемом между системой электродов, одним из которых является коронирующее краско-распыляющее устройство, другим - окрашиваемое изделие.
Окраску производят с помощью стационарных установок на конвейерных линиях и ручными электрораспылителями. На стационарных установках в электрополе окрашивают изделия относительно несложной конфигурации, например, кузова и другие детали автомобилей, холодильники, стиральные машины, электродвигатели, корпуса приборов.
Ручные электрораспылители наряду с большими преимуществами, к которым относятся почти полное отсутствие потерь краски, возможность качественной окраски изделий решетчатой конструкции (сеток и т. д.), труб при нанесении краски с одной стороны характеризуются малой производительностью.
Принцип аэрозольного распыления заключается в следующем. В аэрозольном баллончике находится смесь лакокрасочного материала и распыляющего вещества (пропеллента) в жидкой фазе; пространство над жидкой смесью заполнено парами пропеллента, оказывающими постоянное давление на смесь. При открывании распыляющего клапана смесь под давлением паров выдавливается через сифонную трубку и, проходя через сопло, распыляется вследствие перепада давления и испарения пропеллента, образуя лакокрасочный факел. Основным условием распыления является совместимость лакокрасочного материала и пропеллента, давление насыщенного пара которого в интервале применяемых температур превышает атмосферное давление. В среднем рабочее давление пропеллента в аэрозольном баллончике равно (3.3,5) кгс/см2.
Эффективность, распыления зависит от выбора пропеллента, в качестве которого применяют фторхлорпроизводные простейших алифатических углеводородов, главным образом, метана и этана (фреоны), реже углекислоту, азот и др. Фреоны представляют собой инертные, без запаха, нетоксичные, низкокипящие жидкости; некоторые из них хорошо совмещаются с лакокрасочными материалами.
Аэрозольный метод нанесения эффективен при ремонтных работах, нанесении трафаретов и надписей и других окрасочных операциях небольшого объема.
2. Методы нанесения покрытий электросаждением. Нанесение покрытий электроосаждением водоразбавляемых лакокрасочных материалов в производственных условиях осуществляют путем погружения изделий, движущихся на конвейере, в ванну с водоразбавляемым лакокрасочным материалом, обладающим специфическими свойствами. Изделия в ванне -анод, корпус ванны или специальные пластины - катод. Осаждающаяся на аноде водонераство-римая пленка обезвоживается и приобретает плотность вследствие вытеснения из нее воды под влиянием электроосмоса.
Применение метода электроосаждения позволяет автоматизировать процесс окраски и, в отличие от других методов, хорошо защитить от коррозии острые углы и кромки изделий, внутренние полости, сократить потери лакокрасочных материалов, исключить пожаро- и взры-воопасность окрасочного процесса, оздоровить санитарно-гигиенические условия труда.
Метод эффективно используют для нанесения грунтовочного слоя покрытия, перекрываемого последующими слоями с помощью других методов или однослойного защитно-декоративного покрытия не выше II класса (по внешнему виду).
Метод струйного облива заключается в том, что изделие, окрашенное лакокрасочным материалом из сопел обливающего устройства, помещают в атмосферу, содержащую контролируемое количество паров органических растворителей. Выдержка нанесенного слоя лакокрасочного материала в атмосфере паров растворителей позволяет замедлить процесс испарения из него растворителя в начальный момент формирования покрытия. Это дает возможность избыточному количеству лакокрасочного материала стечь с изделия, а оставшемуся - равномерно распределиться по поверхности.
3. Методы нанесения покрытия окунанием. Метод струйного облива применим для грунтования и окрашивания изделий различной конфигурации в серийном и массовом производстве, в особенности на автоматизированных окрасочных линиях. Окрашиваемое изделие не должно иметь глубоких «карманов», внутренних полостей, затрудняющих отекание излишка лакокрасочного материала.
Методом струйного облива можно наносить лакокрасочные материалы: алкидные, ме-ламиноалкидные, мочевинные, битумные и др.; метод непригоден для нанесения материалов, быстро высыхающих, а также имеющих ограниченный срок годности или склонных к сильному ценообразованию. Данный метод позволяет значительно улучшить санитарно-гигиенические условия труда, получить экономию лакокрасочных материалов за счет сокращения потерь на (25.30)% по сравнению с пневматическим распылением.
По сравнению с окраской окунанием количество краски в системе требуется в 10 раз меньшее и потери сокращаются на (10.15)%.
К недостаткам метода относятся: невозможность многоцветной окраски одного изделия; необходимость больших производственных площадей; повышенный расход растворителей.
Преимуществами метода окунания являются: простота, возможность легко механизировать весь процесс, незначительные затраты труда. Недостатки: возможность окраски изделий только сравнительно простой конфигурации (для обеспечения стока, исключения уноса лакокрасочного материала в «карманах» изделий); покрытия по внешнему виду уступают покрытиям, полученным методом распыления (неравномерность пленки по толщине, подтеки, наплывы на острых кромках и т. д.); невозможность применения быстросохнущих лакокрасочных материалов.
Установки для окунания должны быть снабжены устройствами для пожаротушения.
При окрашивании наливом плоские изделия окрашиваются широкой, плоской струей лакокрасочного материала. Окрашивание производится автоматически, сокращаются потери лакокрасочного материала и расходы на вентиляцию (по сравнению с окрашиванием методом распыления, так как отсутствует туманообразование), производительность окрашивания высокая (до 2,0 м/с). Лакокрасочный материал, не попавший на изделие, стекает в загрузочный бак, из которого шестеренчатым насосом снова перекачивается в наливные головки.
Недостатки метода: возможность окрашивания только плоских изделий, необходимость более тщательной подготовки поверхности деревянных изделий (грунтование, пороза-полнение и т. д.).
Окрашивание валками осуществляется при вращении валка, нижняя часть которого погружена в ванну, лакокрасочный материал захватывается его поверхностью и через систему других валков переносится на изделие. Изделия можно окрашивать с одной или с двух сторон. Валками окрашиваются только плоские изделия: листовая сталь, фанера, металлическая лента и т.п.
При окрашивании в барабанах в барабан загружают мелкие изделия и определенное количество лакокрасочного материала. При вращении барабана лакокрасочный материал равномерно распределяется по всей поверхности изделий, образуя ровное покрытие. Количество лакокрасочного материала определяют экспериментально.
В барабанах окрашивают мелкие изделия: болты, крючки для одежды, пряжки и т. п. Барабаны могул быть разных объемов и иметь нагреватели для подсушки изделий. Пары растворителя выходят через отверстия в крышке барабана.
Сущность метода получения покрытий в кипящем слое заключается в том, что изделие, нагретое несколько выше температуры плавления порошкового материала, погружают в ванну, в которой этот материал находится в кипящем или псевдоожиженном состоянии (рис. 1).
а
ш Ж
к^ст
Рис. 1. Схема нанесения порошковых красок в кипящем (а) и виброкипящем (6) слое: 1 - корпус ванны; 2 - кипящий слой порошка; 3 - изделие: 4 - пористая перегородка; 5 -уплотнительный элемент; 6 - вибратор
Частицы материала, приходящие в контакт с изделием, плавятся, образуя на его поверхности равномерный слой. Последующее нагревание изделия вне ванны улучшает растекание расплава, а его охлаждение завершает процесс получения готового покрытия. По значимости этот способ занимает в технологии покрытий второе место после электростатического распыления.
Порошковый материал, находящийся в состоянии псевдоожижения, может быть нанесен не только на нагретое, но и на холодное изделие. В последнем случае к псевдоожиженному материалу посредством электродной сетки или специального игольчатого контура подводится высокое напряжение (знак "-"). Вторым (заземленным) электродом служит покрываемое изделие.
В результате ионной адсорбции частицы порошка приобретают электрический заряд и равномерно осаждаются на изделии. Осаждение порошка может происходить как при непосредственном погружении изделия в кипящий слой, так и при его перемещении над слоем в так называемом облаке заряженных частиц. При этом способе не требуется специальных распылительных устройств, практически отсутствуют потери порошкового материала, процессе легко автоматизируется.
Рис. 2. Схема установки для получения покрытий в кипящем слое: 1 - ванна; 2 - печи для предварительно и дополнительного нагрева изделий; 3 - конвейер; 4 - изделия
В кипящем слое чаще всего получают покрытия из термопластичных порошковых красок - поливинилбутиральных, поливинилхлоридных, полиэтиленовых, полиамидов, фторопластов, пентапласта. Не исключается, однако, применение термореактивных материалов. Установка для их нанесения (рис. 2) включает ванну кипящего слоя и нагревательные устройства (печи) для предварительного и дополнительного нагрева изделий. В отдельных случаях в комплект установок входят камера для охлаждения изделий и вспомогательное оборудование, например конвейер, пульт управления и др. Объём ванн выбирается с учетом габаритов покрываемых изделий и колеблется от нескольких литров до 1 м3 и более.
4. Порошковая окраска. Существуют различные технологии нанесения порошковых покрытий. Электростатический и трибостатический методы являются наиболее популярными и распространёнными.
Популярность технологии порошковой окраски электростатическим напылением обусловлена следующими факторами: высокая эффективность зарядки почти всех порошковых красок, высокая производительность при порошковом окрашивании больших поверхностей, относительно низкая чувствительность к влажности окружающего воздуха, подходит для нанесения различных порошковых покрытий со специальными эффектами (металлики, шагрени, мауары и т.д.).
о - О /о - _ ® -
О О_о о ^ _ - ««
[ ° 6 ° ТрУзУ ° в
Рис. 3. Технология зарядки коронным разрядом
Наряду с достоинствами электростатическое напыление имеет ряд недостатков, которые обусловлены сильным электрическим полем между пистолетом распылителем и деталью, которое может затруднять нанесение порошкового покрытия в углах и в местах глубоких выемок. Кроме того, неправильный - выбор электростатических параметров распылителя и расстояния от распылителя до детали может вызвать обратную ионизацию и ухудшить качество полимерного порошкового покрытия.
Эффект клетки Фарадея - результат воздействия электростатических и аэродинамических сил.
На рис. 4 показано, что при нанесении порошкового покрытия на участки, в которых действует эффект клетки Фарадея, электрическое поле, создаваемое распылителем, имеет максимальную напряженность по краям выемки. Силовые линии всегда идут к самой близкой заземленной точки и скорее концентрируется по краям выемки и выступающим участками, а, не проникает дальше внутрь.
Это сильное поле ускоряет оседание частиц, образуя в этих местах порошковое покрытие слишком большой толщины.
Эффект клетки Фарадея наблюдается в тех случаях, когда наносят порошковую краску на металлоизделия сложной конфигурации, куда внешнее электрическое поле не проникает, поэтому нанесение ровного покрытия на детали затруднено и в некоторых случаях даже невозможно.
При технологии порошковой окраски трибостатическим напылением в отличие от электростатического напыления, нет генератора высокого напряжения для распылителя. Порошок заряжается в процессе трения.
©
о ©
0 в © ® ©
ш о © ©
е -
Рис. 5. Трибостатическое напыление - зарядка трением
Главная задача - увеличить число и силу столкновений между частицами порошка и заряжающими поверхностями пистоле распылителя.
Одним из лучших акцептов в трибоэлектрическом ряду является политетрафторэтилен (тефлон), он обеспечивает хорошую зарядку большинства порошковых красок, имеет относительно высокую износоустойчивость и устойчив к налипанию частиц под действием ударов.
//// . ' ^ -
о о
^ С
у ^
—
Чч
Рис. 6. Отсутствует эффект клетки Фарадея
В распылителях с трибостатической зарядкой не создаётся ни сильного электрического поля, ни ионного тока, поэтому отсутствует эффект клетки Фарадея и обратной ионизации. Заряженные частицы могут проникать в глубокие скрытые проемы и равномерно прокрашивать изделие сложной конфигурации.
Также возможно нанесение нескольких слоёв краски для получения толстых порошковых покрытий.
Распылители С использованием трибостатической зарядки конструктивно более надежны, чем пистолеты распылители с зарядкой в поле коронного разряда, поскольку они не имеют элементов, преобразующих высокое напряжение. За исключением провода заземления, эти распылители являются полностью механическими, чувствительными только к естественному износу.
Установки для нанесения порошковых материалов в псевдоожиженном слое в зависимости от условий образования взвешенного слоя имеют различную конструкцию и делятся на установки вихревого, вибрационного и вибровихревого нанесения.
2 - пористая перегородка; 3 - воздушная камера
Установка вихревого нанесения (рис. 7) представляет собой ванну 1 диаметром до 0,5 м высотой до 1 м, изготовленную из тонколистовой стали. В нижней части ванны расположена воздушная камера 3, отделенная от ванны пористой перегородкой 2 и связанная с воздушной системой. На пористую перегородку насыпан слой мелкодисперсного порошка. В воздушную камеру подаётся сжатый воздух под давлением до 0,5 МПа. Проходя через пористую перегородку, восходящий поток воздуха разделяется на множество струй, которые, воздействуя на частицы порошка, переводят их во взвешенное (псеводожиженное) состояние.
Одним из основных элементов установки для вихревого нанесения является пористая перегородка (ложное дно) с размером пор 40-150 мкм, равномерно распределяющая подаваемый воздух по всему сечению ванны и обеспечивающая стабильность псевдоожиженного порошка.
Для изготовления пористой перегородки применяют керамические плиты толщиной 20 мм из кизельгура и стеклянной муки, пористые фильтры, изготовленные из порошков методом спекания, стеклоткань с размером пор 50-100 мкм, уложенную в три-четыре слоя между двумя латунными сетками, пористые плитки из поливинилхлоридных смол, технический войлок толщиной 30-35 мм и другие материалы. Для предохранения пористой перегородки от разрушения ее заключают между двумя жесткими металлическими решетками.
Образование взвешенного слоя в установках вибрационного нанесения происходит в результате воздействия на порошок вынужденных колебаний определенной частоты и амплитуды (вибрации).
1 - электромагнит; 2 - вибратор; 3 - эластичное днище; 4 - ванна псевдоожижения;
5 - стойка; 6 — основание
На рис. 8 приведена схема установки вибрационного нанесения с электромагнитным вибратором. Установка выполнена в виде стационарной ванны 4 с эластичным днищем 3, установленной с помощью стоек 5 на основании 6. Под днищем смонтирован якорь вибратора 2, а на определенном расстоянии от него (зазор С) на основании установлен сердечник электромаг-
464
нита 1. Аппарат работает на двух частотах сети (50 и 100 Гц), частоту колебаний изменяют в широких пределах регулированием зазора между сердечником электромагнита и якорем вибратора. При работе установки под действием вибратора днище ванны колеблется и переводит порошок в псевдоожиженное состояние.
Наилучшие результаты по нанесению порошковых материалов в псевдоожиженном слое достигаются при совмещении вихревого и вибрационного способов. При вибровихревом нанесении наблюдается более равномерное распределение частиц порошка по его объему, что дает более равномерное по толщине покрытие. В этом случае установку для вихревого нанесения устанавливают на мембрану, которая при помощи электромагнитного вибратора получает вертикальное перемещение с определенной частотой.
псевдоожиженном слое: 1 - ИВН; 2 - пористая перегородка; 3 - ванна псевдоожижения;
4 - конвейер; 5 - изделие; 6 - кородирующне электроды, 7 - изоляторы;
8 - воздушная камера
Для нанесения порошкового материала в ионизированном псевдоожиженном слое в промышленности применяют установки, конструкции которых аналогичны устройствам для нанесения порошка в псевдоожиженном слое. Установка (рис. 9) представляет собой ванну 3, установленную на изоляторах 7 и имеющую в нижней части пористую перегородку (ложное дно) 2, которая отделяет ванну от воздушной камеры 8. Над пористой перегородкой расположена система коронирующих электродов (ионизаторов) 6, представляющая собой решетку с иглами, сетку или тонкую нихромовую проволоку. Электроды соединены с отрицательным полюсом ИВН 1 (положительный полюс заземлен).
При подаче в камеру 8 сжатый воздух, равномерно распределяясь, проходит через пористую перегородку и образует взвешенный слой порошкового материала. Окрашиваемые изделия 5 с помощью подвесного конвейера 4 перемещаются над ванной и погружаются во взвешенный слой. Для осаждения порошка равномерным слоем на поверхности холодного - изделия и возможности регулирования его толщины в ванне создается электрическое поле. Частицы порошка, получая отрицательный заряд, равномерно покрывают изделие, имеющее противоположный заряд, и прочно удерживаются на его поверхности. Толщина покрытия определяется временем нахождения изделия в ванне (от 2 до 10 с) и напряжением электрического поля (от 10 до 50 кВ).
При нанесении порошка в ионизированном псевдоожиженном слое на поверхность изделий сложной конфигурации в ванне размещают дополнительные электроды. Во всех случаях расстояние между электродами должно быть не менее 50 мм, а между изделием и ближайшим электродом - не менее 200 мм.
На рис. 10 схематически показан принцип работы установки для нанесения порошковых материалов на изделие в облаке заряженных частиц. Установка имеет ванну 3 с пористой перегородкой 2 и систему электродов 6, соединенную с ИВН 1. Изделия 5 на конвейере 4 проходят над ванной с взвешенным ионизированным слоем порошка, не погружаясь в нее; электроды представляют собой решетки с иглами, острия которых поняты почти до поверхности взвешенного слоя порошка. При работе установки над поверхностью взвешенного слоя образуется облако заряженных частиц, проходя через которое заземленное изделие покрывается равномерным слоем порошка.
Поскольку в этом случае окрашиваемые изделия не погружаются в ванну, можно увеличить их размеры (по сравнению с размерами изделий при нанесении порошка в ионизированном псевдоожиженном слое), а также скорость конвейера.
1 - ИВН; 2 - пористая перегородка; 3 - ванна псевдоожижения; 4 - конвейер;
5 - окрашиваемое изделие; 6 — электроды
5. Другие методы окрашивания и сушка покрытий. Окраска ручным методом достаточно распространена, но постепенно заменяется другими менее трудоемкими и более производительными методами. К ручному инструменту относятся кисти, валики, шпатели.
Под сушкой лакокрасочных материалов понимают процесс перехода пленки из жидкого в стеклообразное состояние с фиксированием требуемых технологических, физико-механических и защитных свойств.
У термопластичных материалов процесс формирования лакокрасочной пленки сводится к удалению растворителя, а у термореактивных он связан как с удалением растворителя, так и с химическими превращениями (поликонденсацией, полимеризацией), приводящими к образованию пленки с необратимой структурой.
При выборе метода и режима сушки лакокрасочных покрытий учитывают следующие факторы: применяемый лакокрасочный материал: характеристику окрашиваемых изделий; технологические ограничения по температурному режиму, производительности, способу транспортировки изделий; наличие производственных площадей для организации процесса сушки и т.д.
Сушка лакокрасочных покрытий может быть естественной на открытой площадке или в помещении при (12...20)°С (холодная сушка) и принудительной искусственной при повышенных температурах (горячая сушка).
Холодную сушку применяют преимущественно для быстровысыхающих покрытий. На процесс сушки подобных покрытий существенно влияет интенсивность солнечной радиации, температура, скорость движения воздуха.
Конвективная сушка состоит в нагревании деталей в специальных сушильных установках воздухом или продуктами сгорания газообразного или жидкого топлива. Окрашенному изделию тепло передается в результате конвективного теплообмена с сушильным агентом.
Терморадиационная сушка широко распространена в промышленности благодаря ее отличительным особенностям. Инфракрасное излучение распространяется со скоростью света, что способствует быстрому переходу энергии излучения в тепловую при поглощении ее объектом. Излучение способно проникать на некоторую глубину в лакокрасочные покрытия и вызывать возникновение источника тепла внутри покрытия, интенсифицировать удаление растворителя. Наиболее эффективно применение терморадиационной сушки для покрытий, утверждаемых в результате физико-химических процессов (эпоксидные, меламиноалкидные, мочевино-формальдегидные и другие материалы на основе поликонденсационных смол) при повышенных температурах сушки.
Терморадиационная сушка рекомендуется как для грунтовок, так и для покрывных эмалей. В тех случаях, когда при повышенных температурах недопустимо меняется оттенок цвета покрытия, возможность применения этого способа сушки существенно снижается.
Для изделий сложной конфигурации с экранированными участками поверхности рекомендуется терморадиационная сушка с принудительной циркуляцией воздуха. Этот метод иногда называют терморадиационно-конвективной сушкой.
Сушка ультрафиолетовым излучением применима для лакокрасочных материалов на основе растворов олигомеров в мономерах с введенными фотосенсибилизаторами. Для процесса отверждения применяется излучение в ультрафиолетовом диапазоне спектра (300.400) нм.
Процесс протекает наиболее эффективно, если ультрафиолетовая радиация поглощается в объеме слоя покрытия. В пигментированных системах (эмалях, красках, грунтовках и т. п.) из-за экранирующего действия пигмента эффективность действия ультрафиолетового излучения снижается.
Процесс идет быстро: от нескольких секунд до 2-3 мин. Для обеспечения требуемого уровня и равномерности облучения изделия, подвергаемые сушке ультрафиолетовыми лучами, должны быть плоскими (ленты, панели и т. о.).
При сушке потоком электронов ускоренные электроны в отличие от у-лучей обладают относительно малой проникающей способностью, но вполне достаточной при сушке полимерных покрытий.
Этот способ рекомендуется для лаков и эмалей на основе полиэфиров, акриловых, эпоксидных, полиуретановых смол, которые могут отверждаться при малой дозе облучения порядка (2...8) Мрад. Процесс отверждения происходит в течение секунды или доли секунды. При сушке потоком электронов допустимы высокие скорости конвейера (до нескольких десятков метров в минуту).
Сушку в электрическом поле можно применять для быстрой сушки лакокрасочных покрытий на непрерывно движущейся металлической ленте или других плоских объектах, на изделиях с обмоткой проводов, пропитанной полимерными компаундами и т.д. В остальных случаях применять этот метод экономически менее целесообразно.
Список литературы
1. Лакокрасочные покрытия в машиностроении: Справочник / Под ред. канд. техн. наук М.М. Гольдберга. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1974. 576 с.
2. Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы: Справ. пособие. М.: Химия, 1982. 359 с.
3. Индейкин Е.А., Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. Л.: Химия: Ленингр. отд-ние, 1986. 159 с.
4. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К.А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987. 224 с.
5. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И.А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы: учебное пособие для вузов по специальности «Химическая технология лаков, красок и лакокрасочных покрытий». Ленинград: Химия: Ленинградское отд-ние, 1987. 200 с.
6. Андросов В.Ф., Петрова И.Н. Синтетические красители в легкой промышленности: справочник. М.: Легпромбытиздат, 1989. 467 с.
7. Фомин Г.С. Лакокрасочные материалы и покрытия. Энциклопедия международных стандартов. М.: Изд.-во стандартов, 1998. 568 с.
8. Яковлева А.Д. Порошковые краски: технология покрытий / Под ред. А.Д. Яковлева // пер. с англ. СПБ: Химиздат, 2001. 253 с.
9. Рейбан Л.И. Защитные лакокрасочные покрытия. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия: Ленингр. отд-ние, 1982. 320 с.
10. Бондалетова Л.И. Лакокрасочные материалы и покрытия на их основе: методическое пособие / Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов, В.Т. Новиков и др. Томск: Изд. ТПУ, 2002. 41 с.
11. Казакова Е.Е., Скороходова О.Н. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы. М.: Изд-во ПЭЙН-Медиа, 2003. 135 с.
12. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов: справочник. Изд. Перераб. и допол. СПб.: Химиздат, 2003. 214 с.
13. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение. СПб.: Профессия, 2004. 240 с.
14. Садек П. Растворители для ВЭЖХ; пер. с англ. А.А. Гербатенко, Е.И. Ревиной. Москва: Бином. Лаб. знаний, 2006 (Ульяновск: Ульяновский Дом печати). 704 с.
15. Мюллер А. Окрашивание полимерных материалов; пер. с анг. С.В. Бронникова. СПб.: Профессия, 2006. 280 с.
16. Аристов Б.Г., Сморчек В.А., Коничев М.А. Новые добавки для улучшения свойств эмалей и красок // Лакокрасочные материалы и их применение, 2007. №7-8. С. 60-62.
17. Кудрявцев Б.Б. Технология как фактор эффективности лакокрасочных производств // Лакокрасочные материалы и их применение, 2007. №7-8. С.64-72.
18. Михеев В.В. Химия красителей и крашения: учебное пособие / В.В. Михеев, М.М. Миронов, В.Х. Абдуллина; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высшего проф. образования "Казанский гос. техн. ун-т". - Казань: КГТУ, 2009. 87 с.
19. Кузина Н.Г. Химия и технология пленкообразующих веществ: учебное пособие / Н.Г.Кузина и др. - СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2010. 76 с.
20. Мельников Б.Н. Применение красителей: учебное пособие / Б.Н. Мельников, Т.Л. Щечкова, Г.И. Виноградова. - 3-е изд. испр. и допол. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010. 331 с.
21. Хайлен В. Добавки для водорастворимых лакокрасочных материалов / Вернфрид Хайлен; пер. с англ. [А. А. Корда]. - Москва: Пэйнт-Медиа, 2011. 176 с.
22. Кондрашов Э.К. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия авиационного назначение Часть 1. Эрозионные лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных и полиуретановых пленкообразователей (Обзор) / Э.К. Кондрашов, Н.Д. Найдёнов // Труды ВИАМ, 2020. №2(86). С.81-90.
23. Кондрашов Э.К. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия авиационного назначение Часть 2. Эластомерные эрозионностойкие радиопрозрачные лакокрасочные покрытия (Обзор) / Э. Кондрашов, Н.Д. Найденов // Труды ВИАМ, 2020. №3 (87). С.94-101.
24. Кондрашов Э.К. Лакокрасочные материалы и покрытия на их основе в машиностроении: монография / Э.К. Кондрашов. - М.: Пэйнт-Медиа, 2021. 255 с.
25. Редакция ЛКМ. Добавки для лакокрасочных материалов; Настоящее и будущее / Редакция // Лакокрасочные материалы и их применение, 2021. №4. С.13-19.
26. Редакция ЛКМ. Наполнители для модификации полиэфирных порошковых красок /Редакция // Лакокрасочные материалы и их применение, 2021. №4. С.36-38.
27. Сердцелюбова А.С. Пути повышения атмосферостойкости лакокрасочных материалов, применяемых для окраски внешней поверхности изделий авиационной техники / А.С. Сердцелюбова, Д.Д. Кречетов //Лакокрасочные материалы и их применение, 2021. №9. С.31-38.
28. Меркулова Ю.И. Система лакокрасочных покрытий на основе полиуретановой эмали холодной сушки для защиты носовых обтекателей самолётов / Ю.И. Меркулова, А.С. Сердцелюбова, В.Г. Железнык // Труды ВИАМ, 2021. №8 (102). С.59-66.
29. Гадалов В.Н. Закономерности формирования структуры частиц порошковых композиций на основе алюминия, получаемых механическим реакционным легированием / Гадалов В.Н., Гвоздев А.Е., Колмаков А.Г., Ворначева И.В., Кутепов С.Н., Ельников Е.А., Алымов Д.С., Нестеров Д.И. // Материаловедение. 2019. № 7. С. 38-42.
30. Гадалов В.Н. Прогнозирование надежности металлоконструкций методами статистического моделирования / Гадалов В.Н., Ворначева И.В., Филонович А.В., Филатов Е.А., Алымов Д.С. // Научная жизнь. 2019. Т. 14. № 4 (92). С. 457-462.
31. Гадалов В.Н. Оптимизация электроакустического нанесения покрытий для повышения эксплуатационных свойств композитов из жаропрочных сплавов на основе никеля / Га-далов В.Н., Емельянов С.Г., Сафонов С.В., Ворначева И.В., Филонович А.В. // Вестник машиностроения. 2017. № 6. С. 7-9.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, gadalov-vn@yandex. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Филонович Александр Владимирович, д-р техн. наук, профессор, filon8@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Ворначева Ирина Валерьевна, канд. техн. наук, доцент, vornairina2008@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Паньков Дмитрий Николаевич, студент, Kafedra. es@,yandex. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Войнаш Сергей Александрович, инженер, sergey_voi@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, ООО «ПРО ФЕРРУМ»,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, sokolovajvika@inbox.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,
Ореховская Александра Александровна, канд. с.-х. наук, начальник отдела, orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru, Россия, Белгородская область, п. Майский, Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина
ANALYSIS OF METHODS FOR APPLICATION OF POWDER COATINGS
V.N. Gadalov, A.V. Filonovich, I.V. Vornacheva, D.N. Pankov, S.A. Voinash, V.A. Sokolova,
A.A. Orekhovskaya
Information about the methods of applying powder coatings, as well as their difference from traditional technologies, is presented. Such spraying methods as pneumatic, under high pressure, in a high voltage electric field are considered. A method of coating formation in a fluidized bed has been studied. The technology of painting by electrostatic spraying is presented. The advantages and disadvantages of the types and methods of drying coatings are shown.
Key words: powders, paint coatings, application methods, technologies, polymers, properties, paints, process, particle adsorption, sprayers.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, South-west State University,
Filonovich Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, fi-lon8@yandex.ru, Russia, Kursk, South-west State University,
Vornacheva Irina Valerievna, candidate of technical sciences, docent, vornair-ina2008@yandex.ru, Russia, Kursk, South-west State University,
Pankov Dmitry Nikolaevich, student, Kafedra.es@yandex.ru, Russia, Kursk, South-west State University,
Voinash Sergey Alexandrovich, engineer, sergey_voi@,mail. ru, Russia, St. Petersburg, LLC «PRO FERRUM»,
Sokolova Viktoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolova_vika@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,
Orekhovskaya Alexandra Aleksandrovna, candidate of agricultural sciences, head of department, orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru, Russia, Belgorod region, Maiskiy village, Belgorod State Agrarian University named after V.Ya. Gorin
