СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Работа добавлена: 2016-07-08





2 СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Способы нанесения жидких лакокрасочных материалов

Окраска деталей жидкими лакокрасочными материалами при ремонте автомобилей может осуществляться следующими способами: с помощью кистей и накатных валиков; окунанием; струйным обливом; воздушным и безвоздушным распылением; распылением в электростатическом поле.

Окраска кистями и накатными валиками получила ограниченное распространение, особенно при использовании быстросохнущих лакокрасочных материалов. Преимуществами этого метода являются простота и универсальность, позволяющие окрашивать поверхности различных размеров и конфигураций. Кроме того, при окрашивании кистью достигается большое сцепление краски с поверхностью детали за счет втирания [21].

Окраска окунанием имеет широкое распространение вследствие простоты исполнения, высокой производительности, уменьшения потерь лакокрасочного материала и возможности хорошего прокрашивания деталей сложной формы. Подлежащие окраске детали завешивают на подвески, которые погружают в ванну, заполненную лакокрасочным материалом.

Окраска окунанием полностью механизирована, за исключением работ по навеске и съему деталей с подвесок. Этот способ применяется при окрашивании деталей, для которых не требуется тщательная отделка, так как на окрашенной поверхности образуется значительное количество потеков. Толщина защитной пленки регулируется вязкостью лакокрасочной эмали, скоростью высыхания покрытия [21].

Окраска струйным обливом заключается в том, что детали подают в специальную установку, где обливают лакокрасочным материалом, а затем выдерживают в парах растворителей. Высокая концентрация задерживает испарение, улучшает разлив эмали, что уменьшает количество потеков. Способ струйного облива требует больших производственных площадей для размещения оборудования и характеризуется повышенным расходом растворителей. Однако высокая производительность процесса и возможность окраски деталей различных размеров и форм позволили его использовать при нанесении грунтовок или эмалей на нелицевые поверхности [21].

Воздушное (пневматическое) распыление (рис. 2.1) основано на превращении лакокрасочного материала при помощи сжатого воздуха в тонкую дисперсную массу, которая наносится на поверхность детали в виде мельчайших капель. Капли, сливаясь, друг с другом, образуют покрытие, отличающееся высокими защитно-декоративными свойствами. Разведенная краска из нагнетательного бака поступает в краскораспылитель и наносится на окрашиваемую поверхность. Воздух из компрессора через масловлагоотделитель подается к краскораспылителю под давлением 0,3…0,7 МПа. С помощью регулятора давления в нагнетательном баке устанавливается давление 0,15…0,20 МПа [22].

Рисунок 2.1 – Схема установки воздушного распыления:

1 – масловлагоотделитель; 2 и 4 – шланги подачи воздуха;   

3 - красконагнетательный бак;  5 – шланг для подачи краски; 6 – краскораспылитель.

Недостатками пневматического распыления эмали являются: высокий расход материалов вследствие потерь на туманообразование; необходимость в специальных окрасочных камерах с приточно-вытяжной вентиляцией и в высококвалифицированных рабочих. Для уменьшения туманообразования при нанесении эмали применяются бестуманные краскораспылители с нижним расположением резервуара с краской. Подача краски к соплу краскораспылителя производится под действием эжекции (подсоса) воздушной струей.

Эффективным процессом является окраска распылением подогретых эмалей. В этом случае к оборудованию для распыления красок добавляется еще подогреватель. Краска от нагнетательного бака проходит через подогреватель и имеет температуру на выходе из краскораспылителя 50…600С. Распыление с подогревом краски позволят получить более ровные покрытия с высоким блеском, снизить расход растворителей на разведение красок, увеличить толщину наносимого слоя покрытия и тем самым сократить количество наносимых слоев эмали и трудоемкость процесса.

Применение для распыления лакокрасочных материалов сжатого воздуха имеет ряд существенных недостатков. Дело в том, что окружающий нас воздух содержит около 20% кислорода и примерно 78% азота. Остальное -  различные примеси: другие газы, загрязнения и водяной пар. При сжатии воздуха объемная концентрация примесей возрастает, а, кроме того, дополняется частичками масла, неминуемо присутствующего в любом компрессоре. Загрязняющие сжатый воздух субстанции провоцируют образование подавляющего большинства возможных дефектов при нанесении ремонтного покрытия, и для защиты от них приходится идти на различные дорогостоящие ухищрения. Возникает необходимость в применении систем различных фильтров, холодильника-осушителя, влаго- и маслоотделителей. Тем не менее, стопроцентной защиты от загрязнений распыляемого материала такая система обеспечить не может. В свою очередь и кислород, содержащийся в воздухе, также оказывает влияние на качество получаемых лакокрасочных покрытий. Кислород химически активен и способен мгновенно вступать в реакцию с компонентами лакокрасочных материалов. Некоторые специалисты полагают, что именно этот газ «повинен» в понижении блеска нанесенного декоративного покрытия [23].

Поэтому итальянские специалисты по окраске внедрили в практику новейшую инновационную технологию распыления материалов с помощью сжатого азота, а не воздуха.

Практическое воплощение такого способа окраски запатентовано компаниейEurosider.

В основу способаNitrothermspray заложена технология получения азота из воздуха -DerivairMembraneSystems этой же компании. Следует отметить, что технология получения азота, базирующаяся на основе использования мембранных фильтров, известна давно и хорошо отработана. К примеру, она уже используется в автосервисной индустрии при накачке азотом шин.

В мембранных системах реализуется принцип молекулярной фильтрации газовой смеси, в нашем случае воздуха. Молекулы газов (кислорода и азота) отличаются своими размерами и скоростью проникновения через мембранный фильтр, что позволяет эффективно отделять так называемые «быстрые» газы, в первую очередь кислород, от «медленных», ярким представителем которых является азот.

Ключевыми компонентами системы являются модулиMembranaDerivair, каждый из которых содержит тысячи мембран на специальных волоконных кабелях, которые позволяют отделить кислород, водяные пары и углекислый газ, в результате чего получается поток азота. Регулируя скорость и количество воздуха, проходящего через мембраны, можно изменять концентрацию азота в газовом потоке на выходе из установки [23].

Ещё одним из способов, позволяющим наносить ЛКМ является безвоздушное распыление лакокрасочных материалов, которое  осуществляется в результате резкого изменения давления краски, находящейся в системе под высоким давлением, при выходе её из краскораспылителя специальной конструкции в атмосферу (рис. 2.2). При выходе краски из сопла краскораспылителя давление падает до атмосферного, и растворитель мгновенно испаряется. Так как процесс сопровождается значительным расширением, то это способствует измельчению эмали.

Рисунок 2.2 – Схема установки безвоздушного распыления:

1 – бачок для краски; 2 – питающая линия; 3 – регулирующий клапан; 4 – шланг;    5 – краскораспылитель; 6 - нагреватель; 7 - насос

При нанесении покрытий безвоздушным распылением краска подается к соплу от гидравлического насоса под давлением 4,0…6,0 МПа при температуре 70…1000С. Применение окрасочных аппаратов безвоздушного распыления требует более тонкого помола лакокрасочного материала [24].

Нанесение покрытий безвоздушным распылением обеспечивает такую же адгезию с металлом, как и использование кистей, что позволяет применять его при нанесении грунтовочного слоя. Достоинствами этого способа окраски являются: высокая производительность; небольшой удельный расход лакокрасочного материала и растворителей; высокое качество покрытия; возможность применения менее мощной вентиляции; снижение затрат на оборудование; снижение продолжительности окраски; возможность применения всех лакокрасочных материалов, используемых для окраски.

Окраска деталей в электростатическом поле в последние годы получило широкое распространение. Сущность процесса состоит в том, что электрическое поле высокого напряжения создается между деталями, движущимися по заземленному конвейеру, и краскораспыляющим устройством, на которое подается высокий электрический потенциал. Частицы краски, получая отрицательный заряд, притягиваются к положительно заряженной детали и осаждаются равномерным слоем [21, 24].

Распыление краски в электростатическом поле может осуществляться двумя способами: пневматическими распылителями с установкой электродной корронирующей сетки между распылителем и окрашиваемой поверхностью; специальными быстровращающимися электростатическими распылителями. При применении пневматических распылителей не достигается полного осаждения частиц краски на детали, поскольку краскораспылитель расположен на некотором расстоянии от корронирующей зоны, и часть краски, не получившая электрического заряда, теряется. Для полного осаждения лакокрасочного материала на окрашиваемую поверхность сообщают заряд высокого напряжения непосредственно краске и распыляют её с помощью электростатических распылителей.

Рисунок 2.3 – Схема ручной установки для нанесения покрытий в электрическом поле:

1 – краскораспылитель; 2 – насос; 3 – источник высокого напряжения; 4 - бачок

Нанесение краски электрическими распылителями может выполняться в стационарных проходных камерах или с помощью переносных окрасочных установок.

Недостатками окрашивания деталей в электростатическом поле следует считать: трудность окраски поверхностей деталей сложной конфигурации (ребра, выступы, впадины); необходимость применения специальных экранов или токопроводящих вставок при окрашивании деталей из неэлектрических материалов (пластмассы, дерево и др.); повышенные требования к лакокрасочным материалам, которые должны иметь определенные электрические параметры (объемное сопротивление, диэлектрическую проницаемость); невозможность нанесения материалов повышенной вязкости или содержащих металлические порошки; необходимость применения сложного и дорогостоящего оборудования, а также использование высоко квалифицированного персонала.

2.2 Способы нанесения порошковых лакокрасочных материалов

Появление в серединеXX века нового вида ЛКМ (порошковых красок) привело к необходимости разработки способов их нанесения на поверхность подложки. Поэтому одновременно с разработкой порошковых красок создавались соответствующие способы и оборудование для нанесения порошковых лакокрасочных материалов [25, 26].

Наиболее широко распространены способы, при которых перевод порошка в состояние аэрозоля достигается распылением или псевдоожижением, а его удержание на поверхности – за счёт электролизации частиц или нагревания. Выбор того или иного способа определяется  типом лакокрасочного материала, характером покрываемых изделий, требованиям к покрытиям [27].

Нанесение способом электростатического распыления является наиболее распространённым способом. В электрическом поле представляется возможным наносить порошковые лакокрасочные материалы без предварительного нагрева изделий. Благодаря этому, а также возможности получения тонких покрытий хорошего качества, относительно большой производительности способ получил широкое распространение; около 80 % порошковых лакокрасочных материалов наносят этим способом [28].

Рисунок 2.4 – Классификация способов нанесения порошковых лакокрасочных материалов

В основе электростатического нанесения порошков, как и жидких красок, лежит принцип электризации частиц, находящихся в состоянии аэрозоля. Перевод порошков в аэрозоли осуществляется псевдоожижением, а их транспортировка к распылителю – пневматически по шлангам. Зарядка частиц (контактная или посредством ионной адсорбции) достигается воздействием внешнего поля или трением.

Вследствие высокого электрического сопротивления порошковых красок приобретённый их частицами заряд длительно сохраняется при контакте с любой (в том числе электропроводящей) поверхностью. Это позволяет транспортировать заряженные частицы (аэрозоль), а также перемещать изделия с нанесённым на них порошком, не опасаясь осыпания частиц с поверхности.

С другой стороны, медленная разрядка частиц, обусловленная высоким электрическим сопротивлением материала, способствует накоплению зарядов в слое  и возникновению явления обратной короны. В результате предельная толщина наносимых слоёв не превышает 100...150 мкм (в расчёте на готовое покрытие). Для получения более толстых покрытий принимают меры, направленные на снижение электрического сопротивления порошковых красок или используют при распылении импульсные источники высокого напряжения [29].

Различают два способа нанесения красок в электрическом поле: электростатический (с зарядкой в поле коронного разряда) и трибостатический (с зарядкой за счёт трибоэффекта).

В системах зарядки коронным разрядом к зарядным электродам распылителя подаётся высокое напряжение, и между распылителем и заземлённой деталью создаётся сильное электрическое поле.

В большинстве случаев в системах зарядки коронным разрядом используется отрицательная полярность зарядного электрода. Напряжённость электрического поля достигает максимального значения у конца зарядного электрода, и при достижении некоторого уровня здесь происходит коронный разряд. Коронный разряд представляет собой тип холодной плазмы, когда в области короны появляются свободные электроны, которые заполняют пространство между распылителем и деталью.

В результате между распылителем и деталью создаётся облако заряженных частиц порошка и свободных (неприсоединившихся) ионов. Совокупный заряд частиц порошка и свободных ионов, составляющих облако, называется «пространственным зарядом». Пространственный заряд создаёт своё собственное электрическое поле, которое взаимодействует с полем высоковольтного электрода и помогает осаждению частиц порошка на заземлённую подложку.

Рисунок 2.5 – Схема нанесения порошковых красок методом электростатического распыления:

1 – заборная труба, 2 – пульт управления, 3 – эжектор, 4 – распылитель, 5 – заземлённая деталь, 6 – питатель, 7 – пористая перегородка

Трибостатическая зарядка (зарядка трением). Материалы с разными физико-химическими свойствами могут обмениваться электронами при непосредственном контакте друг с другом. Некоторые материалы легко отдают электроны, тогда как другие с готовностью их принимают. Трение улучшает контакт между материалами и облегчает обмен электронами. Распылители с трибостатической зарядкой порошка сконструированы с таким расчетом, чтобы создать условия для многочисленных столкновений между поверхностью и частицами осуществляется передача электрического заряда [29].

Рисунок 2.6 – Схема трибостатического распылителя:

1 – подача воздуха; 2 – подача порошка; 3 – заземление; 4 – зарядное устройство: 5 – распылительная насадка; 6 – распыляемый порошок

Оба способа примерно равнозначны по масштабам применения; каждый из них имеет свои положительные и отрицательные стороны (таблица 2.1).

Электростатическим способом, используя разные типы распылителей, можно окрашивать изделия разных типоразмеров и групп сложности и применять при этом практически любые виды порошковых красок. Необходимое требование к изделиям – объёмная или поверхностная электрическая проводимость. Оно легко реализуется при окрашивании металлических деталей машин. В случае неэлектропроводящих материалов (стекло, пластмассы) принимают меры для увеличения проводимости: например, поверхность обрабатывают антистатиками – растворами ПАВ или токопроводящими грунтовками. В противном случае предусматривается нанесение красок на предварительно нагретую поверхность [29].

Таблица 2.1

Достоинства и недостатки способов нанесения порошковых красок в электрическом поле

Способ нанесения

Достоинства

Недостатки

1

2

3

Электростатический способ

Возможность нанесения любых порошковых красок; высокая производительность; высокая степень осаждения порошка; неподверженность влиянию влажности окружающего воздуха

Повышенная стоимость установки из-за наличия высоковольтной аппаратуры; потребность в источнике питания; трудность прокрашивания изделий с глухими отверстиями и углублениями

Трибостатический способ

Хорошее прокрашивание участков с глухими отверстиями и углублениями; равномерность осаждения порошка на выступающих и вогнутых участках; отсутствие обратной ионизации; невысокая стоимость установок

Необходимость подготовки воздуха (кондиционирования); введения антистатических добавок в гибридные и полиэфирные краски; пониженная производительность

Газопламенное напыление. Это способ пневматического распыления порошков при одновременном их плавлении, которое достигается тем, что порошок при выходе из сопла распылителя проходит через пламя газовой горелки с температурой свыше 1500°С. За сотые доли секунды частицы порошка нагреваются приблизительно до 120...150 °С, плавятся, и в таком состоянии наносятся на покрываемую поверхность. Для снижения вязкости нанесенного материала, улучшения адгезии и внешнего вида покрытия поверхность нагревают той же газовой горелкой сначала до нанесения порошка, а потом после его нанесения. Способом газопламенного напыления с применением установок УПН-4Л, УПН-6 наносят разные порошковые композиции. Толщина покрытий 0,5...3 мм. Недостатки способа — низкая производительность (3...4 м2/ч) и невысокое качество покрытий из-за разложения полимеров в процессе нанесения[7, 22, 29].

Плазменное напыление. В отличие от газопламенного напыления этот способ позволяет получать относительно тонкие покрытия более высокого качества. Нагревание распыляемого порошка осуществляется с помощью ионизированного газа — плазмы. Используют низкотемпературную плазму с температурой 8000...10000 °С, которую получают пропусканием инертного газа (аргон, гелий, азот) через электрическую дугу. При плазменном напылении исключается окисление полимеров, однако возможно их термическое разложение. Поэтому способ находит применение для нанесения термостойких пленкобразователей (полифторолефины, полиарилаты и др.) на термостойкие подложки (металлы, керамика)[7, 22, 29].

Струйное напыление. Это беспламенный способ нанесения порошковых материалов. Порошок наносят на предварительно нагретые изделия из специального распылителя пневматического типа. Подача порошка в распылитель осуществляется с помощью пневмошнекового питателя. Струйное напыление может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режимах[7, 22, 29].

Сущность способа получения покрытия в кипящем слое заключается в том, что деталь, нагретую несколько выше температуры плавления порошкового материала, погружают в ванну, в которой этот материал находится в кипящем, или псевдоожиженном, состоянии. Частицы материала, приходящие в контакт с деталью, плавятся, образуя на её поверхности ровный слой. Последующее нагревание детали вне ванны улучшает растекание расплава, а его охлаждение завершает процесс получения готового покрытия.

Свойства получаемых при этом покрытий во многом зависят от состояния псевдоожиженного слоя. Важными характеристиками слоя является коэффициент расширенияК (отношение высоты псевдоожиженного и неподвижного слоёв), характеризующий его неоднородность. Чем вышеК, тем лучше происходит обтекание порошком поверхности детали, что положительно сказывается на равномерности и внешнем виде покрытий. Для большинства порошковых красок при псевдоожиженнии газомК =1,3…1,9, что является нормальным. Но лучшие результаты достигаются, если псевдоожижение проводят вибрацией и газом одновременно, тогдаК возрастает до 1,8…2,8 [7].

Многие свойства покрытий (толщина, сплошность, нередко и адгезия и внешний вид) зависят от технологических параметров их получения: температуры предварительного и дополнительного нагрева деталей, времени выдержки их в кипящем слое. Закономерным является увеличение массы осаждаемого порошка и соответственно, толщины покрытия с ростом температуры и времени пребывания детали в слое. Чем больше масса детали и его теплоёмкость, т.е. чем больше она аккумулирует теплоты, тем толще получается покрытие при однократном нанесении.

Одной из разновидностей нанесения порошков в кипящем слое является  - нанесение в электростатическом кипящем слое. Порошковый материал, находящийся в состоянии псевдоожижения, может быть нанесён не только на нагретую, но и на холодную деталь. В последнем случае к псевдоожиженному материалу посредством электродной сетки или специального игольчатого контура подводится высокое напряжение (знак «минус»).

Рисунок 2.7 – Схема нанесения порошковых красок в электростатическом кипящем слое:

1 – облако заряженных частиц краски, 2 – заземлённая деталь, 3 – пористая перегородка, 4 – ионизированный воздух, 5 – зарядное устройство, 6 – поток воздуха, 7 – воздушная камера, 8 – подача осушенного воздуха, 9 – источник высокого напряжения

Вторым (заземлённым) электродом служит покрываемая деталь. В результате ионной адсорбции частицы порошка приобретают электрический заряд и равномерно осаждаются на детали. Осаждение порошка может происходить как при непосредственном погружении детали в кипящий слой, так и при её перемещении над слоем в так называемом облаке заряженных частиц. При этом способе не требуется специальных распылительных устройств, практически отсутствуют потери порошкового материала, процесс легко автоматизируется [7].

Однако при окраске деталей автомобилей предпочтительнее использование электростатических способов нанесения порошковых лакокрасочных материалов. Данные способы позволяют окрашивать детали различной формы и размеров, оборудование для нанесения имеет небольшие габаритные размеры и относительно просто в эксплуатации.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. ОТВЕРЖДЕНИЕ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

2. Определение жесткости материалов при изгибе и драпируемости материалов

3. Правила техники безопасности и противопожарной техники. Основные правила при выполнении лабораторных работ. Определение параметров климатических условий при испытаниях материалов. Кондиционирование материалов перед испытаниями

4. Статистика и сопротивление материалов

5. Исследование магнитотвердых материалов

6. Сопротивление материалов курс лекций

7. Состав и структура строительных материалов

8. Сводка и группировка статистических материалов

9. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

10. Методика обучения декоративной обработки материалов