Порошковая краска. Технология покраски

Основная идея нанесения лакокрасочного покрытия с применением электростатического поля высокого напряжения заключается в том, что частицы с противоположными электрическими зарядами притягиваются друг к другу. Для нанесения порошковых красок подходит большинство термостойких токопроводящих твердых изделий, и прежде всего таких металлических объектов как:

• стеллажные конструкции;
• бытовая техника; 
• офисная мебель; 
• садовая мебель; 
• автомобильные принадлежности; 
• профили; 
• изделия из проволоки; 
• фасадные элементы и прочее.

Порошковые краски - исходные продукты для получения полимерных покрытий. Это многокомпонентные системы, состоящие из твердых частиц - пленкообразующих и разделяющей их среды - воздуха.

Выпускаемые порошковые краски различаются по цвету (возможны все цвета по RAL), типу пленкообразователя (эпоксидные, полиэфирные, полиакрилатные, полиамидные и др.), фактуре поверхности порошковые покрытия (глянцевые, матовые, "муар", текстурированные, под "кожу", "мрамор", "гранит", "золото", с эффектом "металлик", "антик" и т.д.). По назначению порошковые краски различают для наружных и внутренних работ, для защиты труб, для получения химически стойких, антифрикционных, электроизоляционных и других покрытий; общего и функционального назначения.

Порошковые краски обычно поставляются с завода-изготовителя в полиэтиленовых мешках, вложенных в картонную коробку. Вес одной упаковки 20 - 25 кг. Как правило, порошковые краски промышленного изготовления, у которых не истек срок годности, пригодны для получения покрытий без какой-либо подготовки. В тех случаях, когда были нарушены условия хранения или транспортировки материала, требуется его переработка - измельчение и просев.

Порошковые краски, поступающие на участок, должны быть в закрытом виде, снабжены этикеткой, и иметь технический паспорт. Рекомендуемые условия хранения порошковых красок: в помещении при плюсовой температуре не выше 27 С. Типичные дефекты красок, связанные с неправильным хранением: комкование и агрегирование, химическое старение, увлажнение сверх допустимой нормы.

Порошковые краски - материалы промышленного применения. Они требуют специального оборудования для нанесения и формируют покрытия, как правило, выше 100 С (в основном 160-250 С), поэтому пригодны для окрашивания изделий из термостойких материалов.

Технологический процесс получения покрытий из порошковых красок включает три основные стадии:

• подготовка поверхности; 
• нанесение порошковой краски; 
• формирование (полимеризация) покрытия.

Качество покрытия зависит от соблюдения технологических режимов всех перечисленных стадий процесса. В каждом конкретном случае, под конкретное изделие разрабатывается свой технологический процесс. При этом в первую очередь, учитываются условия эксплуатации изделия и конструкционный материал, из которого он изготовлен.

От указанных факторов зависит выбор способа подготовки поверхности (обезжиривание, фосфатирование, хроматирование и пр.) и типа порошковой краски (эпоксидная, полиэфирная, полиуретановая и др.).

Линия для нанесения порошковых красок (покрытий) посредством распыления порошковой краски в электростатическом поле высокого напряжения обычно состоит из:

1. Многоступенчатой системы предварительной обработки поверхности, 
2. Сушильной камеры для удаления адгезионной воды 
3. Камеры нанесения покрытия 
4. Камеры полимеризации порошковой краски 
5. Транспортной системы.

Для небольших партий изделий или же при работе со специальными красками часто можно обойтись одной небольшой камерой для нанесения порошковой краски вручную, которая с учетом стоимости может быть размещена в любой производственной мастерской.

1. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

Подготовка поверхности при нанесении порошковых красок так же важна, как и при нанесении традиционных жидких лакокрасочных материалов.

Изделия, поступающие на окраску, не должны иметь заусенцев, острых кромок (радиусом закругления менее 0,3 мм), выступающих сварных швов, сварочных брызг, прожогов, трещин. Для очистки поверхности от ржавчины, окалины, старых покрытий рекомендуются механические способы (струйная абразивная обработка с применением дробеметных, дробеструйных и пескоструйных аппаратов).

В отдельных случаях рекомендуется продувка поверхности сжатым воздухом, во избежание малейших следов соринок на поверхности.

Перед нанесением порошка поверхность должна быть сухой, чистой без окалины и ржавчины, очищенной от всех загрязнений, консистентных смазок, масел и других загрязнений. Это осуществляется в установке для предварительной обработки, состоящей из нескольких зон. После соответствующей очистки следует чаще всего в зависимости от материала, травление, обезжиривание, фосфатирование или хроматирование.

Существует два основных метода химической обработки поверхности от загрязнения: окунанием в ваннах или распылением растворов в туннеле.

При обработке в туннеле предназначенные для обработки детали проводятся цепным конвейером через различные зоны обработки. Здесь применяются слабые фосфорнокислые соли щелочных металлов, кислоты и основания. В распылительном туннеле размещены распылительные контуры, равномерно обрабатывающие детали со всех сторон. Число сопел, угол струй и производительность насосов должны быть приспособлены к соответствующей детали.

Параметры установок для очистки металлических изделий, построенных по блочному принципу, должны быть рассчитаны на соответствующие индивидуальные случаи применения. Чрезмерные габариты приводят к перерасходу энергии и исходных материалов. В концепцию предварительной обработки должны быть в принципе включены мероприятия по эффективной защите окружающей среды и по переработке исходных материалов. Размеры и последовательность зон очистки могут варьироваться в зависимости от обрабатываемых деталей и с учетом специфических требований клиента.

2. СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ВОДЫ

После того как детали цепным конвейером пропущены через все стадии предварительной обработки, из них остается еще удалить имеющие остатки влаги. Это осуществляется в камере для удаления адгезионной воды. Она подобна печи полимеризации, но проще по конструкции и работает с температурами до 150 С. В зависимости от типа деталей может оказаться достаточной обдувка обычным воздухом из помещения. Однако в каждом случае нужно исходить из того, каких затрат потребует тот или иной процесс сушки адгезионной воды.

3. КАМЕРА НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ КРАСКИ

В основе электростатического нанесения лежит принцип электризации частиц, находящихся в состоянии аэрозоля. Зарядка частиц достигается воздействием внешнего поля.

Различают два способа нанесения порошковых красок в электрическом поле - электростатический (с зарядкой частиц краски за счет источника тока) и трибостатический (с зарядкой частиц порошка за счет трения).

Наиболее распространенный способ нанесения порошковых красок - это электростатическое напыление. Этот способ позволяет наносить любые порошковые материалы (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые), в отличие от трибостатического, которым наносятся, обычно, эпоксидные краски, а остальные требуют специальных добавок. Электростатический способ нанесения краски обеспечивает получение хорошего качества покрытий и достаточно производителен. При электростатическом способе нанесения порошковых красок используются разные типы распылителей. Как правило, по одному каналу пистолета проходит (инжектируется) порошковая краска, по другому - сжатый воздух для распыления. В пистолете же происходит зарядка порошка при 60-70 кВт. Давление воздуха на распылителе 0,8 - 1,5 МПа (1-6 бар). Сжатый воздух должен быть очищен от следов масла, влаги и пылевидных частиц. Содержание масла в воздухе должно быть не более 0,01 мг/м3, влаги не более 1,3 г/м3, точек росы - не выше 7 С, содержание пыли - не более 1 мг/м3.

Для распыления на пистолете применяются различные распылительные насадки. Толщина покрытия за один слой 20 -150 мкм.

Распыление порошковых красок осуществляется в специальных камерах. Конструкция камер различная. Принцип один - краска, не осевшая на поверхности изделий, отсасывается вентилятором и проходит через фильтр или циклон. Отработанный и очищенный воздух выбрасывается, а частицы порошка отделяются на фильтровальном элементе (ткани, бумаге). Далее не осевшая краска собирается в емкости или подается обратно на распыление в пистолет.

При смене цвета краски необходимо чистить или всю камеру или менять фильтр (фильтрующие элементы) и продувать шланги подачи краски.

Полнота осаждения порошковых красок зависит от удельного массового заряда частиц, конфигурации и размеров окрашиваемых изделий, скорости движения воздуха в камере нанесения и равномерной подачи порошковой краски. Поэтому важным является соблюдение требуемых параметров работы электростатических установок нанесения, окрасочной камеры и порошкового резервуара (питателя).

Параметры стабильной работы электростатических распылителей:

• Напряжение на коронирующем электроде 60 - 80 кВт; 
• Давление воздуха на входе в распылитель 0,1 - 0,6 МПа (1-6 бар); 
• Оптимальное напряжение при нанесении порошковых лакокрасочных материалов с различным типом пленкообразующих 70 - 80 кВт; 
• При повторном окрашивании (перекрас) изделия напряжение на коронирующем электроде устанавливается напряжение 60 - 70 кВт.

Однако следует отметить тот факт, что все оптимальные параметры следует подбирать экспериментальным путем с учетом конкретных габаритов изделий и их конфигурации. Также немаловажным фактом для наиболее полного и качественного нанесения порошковых крсаок является выбор типа распыляющей насадки.

Порошковый резервуар (питатель) должен обеспечивать плавную и регулируемую подачу порошкового материала в пистолет в пределах 0-25 кг/ч и такую же подачу воздуха с расходом 0-20 м3/ч.

Несоблюдение требуемых рабочих параметров может привести к возникновению дефектов покрытий.

4. КАМЕРА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ПОРОШКОВОЙ КРАСКИ

При отверждении порошкового покрытия формируется структура его внутренних и поверхностных слоев. При этом характер поверхности определяется не только природой ЛКМ, но и условиями формирования покрытия.

Требуемые условия формирования порошкового покрытия указаны в технической документации, сопровождающий порошковую краску. Соблюдение режима отверждения особенно важно, поскольку любое отклонение от него неблагоприятно сказывается на свойствах получаемых покрытий. Недоотверждение (недогрев), влияет на механические свойства порошкового покрытия (покрытия хрупко разрушаются при ударе и изгибе), переотверждение (перегрев) - на цвет и блеск покрытия.

Обычно для порошковых красок существует несколько режимов отверждения. В зависимости от материала изделия и от условий производства можно выбрать тот или иной режим отверждения. Под температурой отверждения в документации значится температура на поверхности изделия, а не в камере.

Время нагревания (полного прогрева) зависит от толщины изделия, поэтому при навеске окрашиваемых изделий на подвеске необходимо учитывать толщину окрашиваемых изделий. Обычно при конвективном методе сушки время отверждения покрытия составляет 15-25 мин (температура 160-250 ?С).

Использование комбинированной сушильной камеры (с применением ламп инфракрасного излучения) позволяет сократить время отверждения покрытия до 10-12 мин. У такого вида камер есть все преимущества инфракрасной и конвекционной сушилки:

• Повышенная скорость подачи энергии и как следствие сокращение времени нагрева изделия; 
• Не требуется предварительный нагрев деталей; 
• Быстрый выход на рабочую мощность; 
• Хорошая возможность управления и регулировки; 
• Значительное снижение времени отверждения покрытия на тонкостенных изделиях; 
• Не требуется большая зона охлаждения; 
• Быстрое низковязкое оплавление порошка, что позволяет получать улучшенные механические свойства покрытия; 
• Высокий КПД.

5. ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА

Устройства для транспортировки деталей служат для автоматизации процесса нанесения порошковой краски. При этом в первую очередь следует обратить внимание на подвесные и ленточные конвейеры. Многие проблемы транспортировки, в частности, при работе с не очень крупными или тяжелыми деталями решаются с помощью однониточных или подвесных конвейеров. Там, где требуется наносить покрытие на длинномерные или крупногабаритные детали, или же в тесных помещениях наилучшим образом подходит транспортная установка, состоящая из устройств с приводом и без привода (так называемая установка Power+Free), позволяющая осуществлять продольные и поперечные перемещения.

Следует обратить особое внимание на систему смазки транспортной установки. Температура в сушилке может достигать 250 С, поэтому необходимо применять термостойкие смазочные материалы.

Важную роль играет оснастка при навеске изделий на конвейер. Для каждого вида изделий следует подбирать наиболее рациональный тип подвески и вариант их размещения на ней. При наличии разнотипных окрашиваемых деталей необходимо иметь несколько комплектов подвесок. По опыту один комплект подвесок при подвеске на конвейер должен занимать как минимум половину его длины.

Комплектация деталей на подвеске осуществляется таким образом, чтобы детали не перекрывали друг друга, а расстояние их поверхностями было не менее 50 мм. Навеска деталей осуществляется также с учетом сложности конфигурации и возможности их прокрашивания за время прохождения через камеру.

Разработка конструкции подвесок проводится таким образом, чтобы поверхность деталей по возможности закрывала точки (крючки, штыри) навески деталей и тем самым препятствовала бы окрашиванию подвесок.

При неоднократном прохождении подвесок через камеры окраски и сушки происходит их неизбежное зарастание краской. Через определенное время по мере зарастания подвески необходимо очищать от старой краски. Подвеска очищается механическим способом или методом обжига в печи при температуре 400 С. Как правило, после обжига требуется рихтовка подвесок.

Существуют химические методы очистки подвесок от краски, например, травление в растворе каустика при температуре 80 С с последующей их промывкой и снятием размягченной краски вручную. Но, это сложный процесс, он требует приобретения специального оборудования.

По мере эксплуатации и очистки подвесок часто выходят из строя элементы навески для деталей (крючки). В большинстве случаев на разных предприятиях крючки к подвеске привариваются. При неоднократной навеске деталей на крючки, их обжиг, очистка приводят к ломке крючков и необходимости их замены. При сварном соединении этот процесс трудоемкий и не совсем удобный. Рекомендуется применение крепления крючков в отверстиях, что позволяет быстро их менять на новые очищенные.

Хранение подвесок обычно производится в определенном месте, с комплектованием их по видам и в подвешенном состоянии.