Технология получения порошковых покрытий

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

ФОРМИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЯ

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

ЛИТЕРАТУРА

ДЕФЕКТЫ ПОКРЫТИЙ И СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ

 

В настоящее время в мире всё большую популярность получают технологии порошкового окрашивания. Так, в 1996 г. мировой выпуск порошковых красок превысил 600 тыс. т. Ежегодный прирост мирового производства в среднем составляет около 10%.

Для повышения темпов распространения методов порошкового окрашивания важное значение имеют проводимые в Москве и Санкт - Петербурге ежегодные специализированные семинары.

Порошковые лакокрасочные материалы начали применяться в начале 50-х годов в США и с тех пор потребность в этих материалах постоянно возрастает.

За 40 лет порошковые краски (ПК) широко внедрились во все сферы нашей жизни. Ими отделывают холодильники, посуду, садовый и хирургический инструмент, фурнитуру, мебель (садовая, офисная, медицинская, кухонная), пылесосы, стиральные машины, микроволновые печи, научные приборы, электро - и слесарный инструмент, станки, компьютеры, полупроводники, кондиционеры, велосипеды, мотоциклы, автомобили, киоски, витрины магазинов и музеев, сельхозмашины, воздушные и морские суда, буровой инструмент и трубы (водопроводные, газовые, нефтяные диаметром от 10 мм  до 2 м), насосы для всех видов жидкостей, включая высоко агрессивные, элементы архитектуры и крыши, электро-, радио - и бытовые приборы, игрушки, микро электродвигатели и космические станции, и многое другое.

Для обоснования целесообразности перехода на порошковую технологию окрашивания отмечают следующие преимущества ПК по сравнению с традиционными лакокрасочными материалами:

·   Возможность получения покрытий, обладающих высокими физико-механическими, химическими, электроизоляционными, защитно-декоративными свойствами при наличии широкой цветовой гаммы,  «металлики» различных цветов, структурированные поверхности (мелкая и крупная структура, «эффект кожи», «муар»), покрытия различной степени блеска (глянцевые, полуглянцевые, полуматовые, матовые), покрывные и транспарентные лаки различных цветов;

·   Процесс формирования покрытия позволяет достигнуть большей толщины при однократном нанесении ПК (возможность варьировать толщину покрытия то 40 до 500 мкм);

·   Безопасность условий работы (отсутствие риска возгорания и низкой токсичности ПК) и их хранения;

·   Экологическая полноценность: загрязнение окружающей среды практически отсутствует, поскольку при отверждении покрытия в атмосферу переходит мене 1% летучих продуктов. Современная система рекуперации ПК позволяет легко избежать выбросов неиспользованного порошка из окрасочной камеры;

·   Технологичность: ПК не требуют перед нанесением подготовительных операций, таких, как размешивание, подготовка вязкости, введение добавок и т.д.; лёгкость зачистки оборудования при переходе о т марки к марке, от цвета к цвету; снижение расходных норм на единицу площади окрашиваемой поверхности и возможность повторного использования ПК, не осевшей на окрашиваемое изделие;

·   Технология получения  порошкового покрытия обеспечивает экономию материалов (использование ПК на 93-97%), энергии (используемый объём воздуха обновляется два раза в час вместо 15 раз/ч при традиционных методах окраски), производственных площадей (уменьшение на 30%) и затрат труда (на 40-50%).

 

Что же представляют собой порошковые краски? Порошковые краски – это твёрдые дисперсные композиции, в состав которых входят пленкообразователи (смолы), отвердители, наполнители, пигменты и целевые добавки. Независимо от состава готовая порошковая композиция должна представлять собой сыпучий дисперсный порошок и обладать однородностью, физической и химической стабильностью и неизменностью состава при хранении и использовании. Качество приготовления композиции во многом предопределяет внешний вид и свойства покрытий. Получают ПК преимущественно смешением компонентов в расплаве с последующим измельчением сплава до максимального размера частиц, как правило, 100 мкм. Готовую ПК наносят на изделия из стали, алюминия, цветных металлов, стекла, керамики, древесины, пластмассы и силикатных материалов в электростатическом поле (электростатика, трибостатика, в ваннах «кипящего слоя»).

Наибольшее применение нашли ПК на основе термоотверждаемых  плёнкообразователей. Первоначально это были эпоксидные, полиэфирные и акриловые ПК. Позднее были разработаны эпоксиполиэфирные (или гибридные), а также полиуретановые и полиэфирные, отверждаемые триглицидилизоциануратом (ТГИЦ). Для выбора ПК часто оказывается решающей температура отверждения покрытия. Это значение имеет особенно при использовании её для  термостойких пластмасс или древесины. Но прежде всего, важно, какими свойствами должно обладать покрытие, его назначение и в каких условиях оно будет эксплуатироваться.

Эпоксидные порошковые краски

Основное достоинство эпоксидных порошковых красок – оптимальное сочетание хороших физико-механических и электроизоляционных свойств. Покрытия на их основе отличаются исключительно высокой адгезией, механической прочностью химической стойкостью. Их можно применять на изделия из разных материалов без предварительного грунтования поверхности. В свою очередь их можно наносить в качестве грунта под жидкие и порошковые лакокрасочные материалы. Если при использовании эпоксидного порошкового покрытия требуется повышенная противокоррозионная стойкость, рекомендуется чёрные металлы и оцинкованную сталь фосфатировать, а алюминий и его сплавы хромировать.

Хорошая стойкость к щелочам  и кислотам, алифатическим и ароматическим углеводородам, маслам, топливу, воде позволяют использовать ПК для наружной и внутренней защиты магистральных трубопроводов. Используя эпоксиды, можно получить покрытия толщиной до 500 мкм с одинаково хорошими твёрдостью, эластичностью и ударной прочностью.

Традиционными потребителями эпоксидных порошков является электротехника и радиотехника, где эти покрытия заменяют многие виды сложной электроизоляции.

Существенным недостатком эпоксидных покрытий является их ограниченная атмосферостойкость (меление при эксплуатации на открытых площадках) и склонность к пожелтению из-за перегрева в печи отверждения, особенно если она обогревается газом.

Эпоксиполиэфирные порошковые краски

Если к порошковому покрытию не предъявляются повышенные антикоррозионные требования и/или не требуется устойчивость к действию растворителей, эпоксидные порошки заменяют эпоксиполиэфирами (применяется сочетание эпоксидной и полиэфирной смол), которые получили название гибридных порошков.

При появлении гибридных порошков потребителей больше привлекала их низкая цена, но впоследствии расширение их сбыта было обусловлено технологическими преимуществами (например, их покрытия к перегреву при отверждении), повышением механическим свойств, химической стойкости, а также пониженной чувствительностью к ультрафиолетовому излучению (для композиций с небольшим содержанием эпоксикомпонентов). Применение эпоксиполиэфиров с различным соотношением содержания эпопсид/полиэфир позволяет их широко использовать для отделки предметов домашнего обихода, металлической, садовой, офисной, медицинской и школьной мебели, спортивных снарядов, торгового, осветительного и электрооборудования и др. Большим спросом эпоксиполиэфиры пользуются благодаря высоким декоративным качествам покрытий на их основе. Современная технология получения порошковых красок позволила не только расширить цветовую гамму покрытий, но и  добиваться фактуры покрытия. Это такие покрытия, как «муар», покрытие под «кожу», покрытия с различной структурой-мелкой и крупной, серия «антиков», металлики различных цветов. Особое положение занимают так называемые покрывные лаки, используемые для защиты цветных металлов (бронза, медь, латунь) и тонкого слоя металла вакуумного напыления от окисления, позволяющие выигрышно оттенить поверхность, а также лаковые и наполненные композиции для стекла (флаконы для парфюмерии и косметики и тд.) разных цветов, характеризующиеся исключительно высоким розливом и различной фактурой поверхности.

Полиэфирные порошковые краски

Несмотря на широкое применение поэфиров в производстве лакокрасочных материалов, разработка порошковых полиэфирных красок значительно сдерживалась из-за отсутствия промышленного выпуска твёрдых полиэфиров. Они появились только в середине 60-х годов и в 1975 г. На их долю в мировом производстве приходилось около 15-20% общего выпуска термоотверждаемых порошковых красок.                                                     

Полиэфирные порошковые краски обычно подразделяют на несколько групп. Прежде всего, это широко распространённые полиэфиры, отверждаемые триглицидилизоциануратом (ТГИЦ). В течение многих лет проводились разработки по улучшению только таких ПК. Несмотря на повышенную токсичность как летучих веществ, выделяющихся при отверждении, так и самих покрытий по сравнению с описанными выше эпоксидами и эпоксиполиэфирами.

Однако в последнее время в связи с особым вниманием к проблемам экологии и безопасности применяемых материалов разработаны и стали производиться поэфирные порошковые краски, обладающие преимуществами первых при меньшей токсичности. Покрытия на их основе допускаются к контакту с пищевыми продуктами, могут применяться для окраски детских игрушек и мебели, при их отверждении не выделяются особо вредные вещества. При этом стоимость ПК и, соответственно, себестоимость окраски единицы площади возрастают незначительно.

Полиэфирные покрытия отличаются, прежде всего, атмосферостойкостью, механической прочностью и повышенной стойкостью к истиранию. По атмосферостойкости покрытий полиэфирные краски не уступают никакому другому порошковому материалу, диэлектрические показатели близки к показателям эпоксидных покрытий. Однако щелочестойкость полиэфирных покрытий низка.

Обычно используют покрытия толщиной 60-120 мкм. Они обладают высоким глянцем и хорошей адгезией к металлам, в том числе и к легким сплавам.

Полиэфирные покрывные лаки для покрытий с высокими атмосферостойкостью и глянцем используются в многослойной технологии (например, при окраске дисков колес) для окончательной отделки изделия.

Назначение полиэфирных покрытий: алюминиевые фасонные профили, архитектурно-строительные конструкции, диски колёс и детали машин, сельскохозяйственное оборудование, садовый инвентарь и т д.

К полиэфирным ПК относят также так называемые «полиуретаны», отверждаемые блокированными изоцианатом и отличающиеся рядом особенностей.

Основной недостаток первых полиуретанов - наличие большого количества летучих соединений, выделяющих в процессе отверждения покрытия и, как правило, приводящих к дефекту покрытия (образование кратеров), а при большой толщине слоя и к пористости. Максимальная толщина покрытия составила 100 мкм. Однако потребителей полиуретанов привлекала исключительная твердость, химстойкость, блеск и поверхностная текстура этих покрытий. Разработки последних лет по созданию новых изоцианатов позволили не только исключить эти недостатки, но и добиться того, что современные полиуретаны сопоставимы по атмосферостойкости с полиэфирами, содержащими ТГИЦ.

Полиуретановые покрытия характеризуются устойчивым блеском, водо - и атмосферостойкостью, стойкостью к жидкому топливу, минеральным маслам, растворителям.

Их применяют для защиты изделий, подвергающихся трению, абразивному износу, некоторых видов химического оборудования и емкостей для хранения жидких и газообразных химических веществ. Они также пригодны в качестве грунта при нанесении других порошковых красок (эпоксидных, полиакриловых и т.д.).

 

 

Технология получения порошковых покрытий

Технология получения покрытия на основе порошковых красок аналогична с технологией получения покрытий на основе жидких ЛКМ. Отличие заключается в отсутствии в составе ПК жидкой в нормальных условиях фазы, которую необходимо удалять или превращать в твёрдую, и конечно, в самом физическом состоянии краски: твердое тело в виде тонко измельченного порошка, требующее для образования пленки покрытия на поверхности окрашиваемого изделия временного перевода в жидкое состояние.

В соответствии с этим в технологической цепочке процессов получения покрытия исключается процесс удаления жидкости при включении обязательной стадии термообработки при температуре выше температуры плавления материала ПК, что требует специальной конструкции оборудования для нанесения ПК. Методы подготовки поверхности перед нанесением остаются почти без изменений.

Таким образом, технологический процесс окраски изделия порошковым материалом состоит из следующих стадий:

·   Подготовка поверхности: обезжиривание, удаление загрязнений и окислов, при необходимости и возможности - преобразование (конверсия) поверхности для повышения адгезии и защиты от коррозии (фосфатирование, хроматирование):

·   Нанесение слоя порошковой краски на окрашиваемую поверхность:

·   Формирование пленки покрытия: оплавление, отверждение, охлаждение.

Подготовка поверхности.

Подготовка поверхности - начальная стадия процесса получения покрытия - в значительной степени определяет коррозионную стойкость окрашенных изделий и соответственно долговечность покрытия. При нанесении ПК по плохо подготовленной поверхности (зажиренной, имеющей окалину, ржавчину и т.п.) наблюдается быстрое отслаивание покрытия, как на небольших участках, так и по всей поверхности. Наличие загрязнений на поверхности под слоем ПК может приводить к возникновению многочисленных очагов коррозии и последующему разрушению покрытия.

При эксплуатации изделий с нанесённым без конверсионного подслоя покрытием в жёстких атмосферных условиях через плёнку к подложке будут поступать: влага, кислород, кислотные загрязнения. Их контакт с металлической поверхностью будет приводить к аналогичным результатам.

Из всего многообразия встречающихся загрязнений, подлежащих удалению с поверхности, можно выделить следующее:

органические загрязнения – антикоррозионные смазки и смазочные масла, в состав которых входят минеральные масла, вазелин, нефтяной воск, парафины, жирные кислоты, канифоль, древесные смолы и др.;

неорганические загрязнения – нагары и окислы,образующих в результате операций предварительной обработки, окалина, ржавчина, металлическая стружка и другие, крупные и мелкие неорганические частицы, смешанные со смазкой, остающейся после механической обработки и др.;

смешанные загрязнения – смазки, применяемых при обработке металлов давлением, специальные смазки и эмульсионные композиции, в состав которых входят различные пигменты в виде тонко измельчённых порошков и т.п.;

Поверхность изделий, подготовленных к окраске

·   не должна иметь заусенцев, острых кромок (радиусом менее 0,3 мм), сварочных брызг, наплывов пайки, прожогов, остатков флюса (поверхность литых изделий не должна иметь неметаллических макровключений, пригаров, нарушений сплошности металлов в виде раковины, трещин, спаев, неровностей и т.п.);

·   должна быть сухой, обеспыленной, без загрязнений маслами или смазками, не иметь окалины и следов ржавчины,  а также налётов вторичной ржавчины, образующейся в процессе обработки изделия из чёрных металлов.

При удалении загрязнений с поверхности изделий особенно важен выбор наиболее эффективного метода обработки и составов, применяемых для этой цели. Они определяются:

·   материалом обрабатываемой поверхности;

·   видом и степенью загрязнения;

·   требованиям к условиям и срока эксплуатации. В зависимости от производственных условий, размеров изделий, их количества обработка поверхности химическими методами может производиться погружением изделий в ванну с раствором или подачей на них раствора под давлением через специальные форсунки (струйная обработка). В последнем случае эффективность обработки повышается, так как к физико-химическому воздействию на обрабатываемую поверхность добавляется механическое, при этом к поверхности непрерывно подаётся незагрязненный раствор.

Для обработки поверхности изделий перед нанесением ПК используют обезжиривание, удаление окисных плёнок (абразивная очистка, травление), нанесение конверсионного слоя (фосфатирование хроматирование, пассивирование). Первая операция является обязательной, остальные применяются в зависимости от контрольных условий и требований.

Обезжиривание – удаление с поверхности жировых загрязнений, следов пота, солей, шлама и т.п. под воздействием специальных химических веществ (органических растворителей, щёлочных водных и эмульсионных составов).

Обезжиривание органическими растворителями (уайт-спирит, нефрас 150/200, бензин БР-1 с анти статической добавкой) является более простым методом. В этом случае поверхность изделия протирают чистой ветошью или волосяными щётками, смоченными растворителем. Затем их протирают сухой чистой салфеткой или обдувают сжатым воздухом.

Вместо протирки (в зависимости размеров изделий) можно использовать их промывку в двух – трёх ваннах с налитым в них растворителем. Применение растворителей характеризуется высокой скоростью их проникновения в загрязнения и удаления последних, быстрым испарением с изделий их избытка, нейтральным остатком на поверхности. К недостаткам их применения можно отнести относительно высокую стоимость, пожароопасность, токсичность, низкое качество очистки (после испарения растворителя на поверхности остаются следы загрязнений).

Обезжиривание щелочными водными составами. Наибольшее распространения получили составы типа КМ, представляющие собой слабо – или средне щелочные бес силикатные моющие средства. Они состоят из смеси солей ортофосфорной, борной и других кислот с добавкой поверхностно – активных веществ, обеспечивающих стабильное моющее действие, пониженное пенообразование и уменьшенный расход моющих средств.

Составы (КМ-1, КМ-17, КМ-18, КМ-19, КМ-21, КМ-22, КМ-25 и др.) изготавливаются ТОО «Экохиммаш» (Буй, Костромской обл.) и поставляются в виде порошков белого или желтовато-белого цвета, готовых к употреблению. Их растворяют в  технической воде при непрерывном перемешивании. Время обработки изделий 5-15 мин при 60-70°С. Выбор моющих составов и их расход зависит от вида загрязнения, материала изделия, способа обезжиривания, вида производства и составляет ориентировочно 0,2-1,0кг/м².

Состава не воспламеняются, экономичны, малотоксичные, поддаются регенерации. К недостаткам их применения можно отнести большее время очистки, необходимость механического перемешивания и подогрева состава, чрезмерное ценообразование.

После обезжиривания щёлочными водными составами обработанную поверхность необходимо тщательно промыть. Рекомендуется промывка в теплой воде при температуре 20-40°С.

Эмульсионное обезжиривание – комбинированный способ, сочетающий достоинства применения органических растворителей и щелочных водных составов. Эмульсионные составы представляют собой эмульсии растворителей в воде, стабилизированные поверхностно - активными веществами. Подобные составы обладают высокой растворяющей, смачивающей и эмульгирующей способностью, поэтому в процессе эмульсионной очистки с металлической поверхности полностью удаляются различные масла, смазки и неорганические загрязнения.

При очистке эмульсионными составами время очистки по сравнению с обезжириванием в щёлочных составах сокращается, однако требуется более тщательная промывка.

 

 

 

Эмульсионное обезжиривание можно осуществлять при комнатной температуре без ухудшения качества очистки поверхности. Эмульсионные составы применяют при наличии оборудования для нейтрализации и обезвреживания отработанных составов. В связи с этим их использование ограничено.

Удаление окисных плёнок  

Для удаления окислов – окалины, ржавчины, окисных пленок - могут быть использованы абразивная очистка (дробеструйная, дробеметная, механическая) и химическая очистка (травление).

Абразивная очистка осуществляется с помощью частиц абразивного материала (песка, дроби), подающихся на поверхность с большой скоростью в струе сжатого воздуха или за счёт действий центробежных сил. Частицы абразива, ударяясь о поверхность, откалывают от нее небольшие кусочки металла вместе с окалиной, ржавчиной, окисным пленками и другими загрязнениями. При этом обеспечивается высокое качество очистки практически от всех загрязнений, Абразивная очистка обеспечивает равномерную шероховатость, что способствует повышению адгезии покрытия.

Выбор абразива зависит от размеров и формы, обрабатываемых изделий, их материала, вида удаляемого загрязнения, Очистку можно производить, используя гранулы (дробь, песок) стальные, чугунные, стеклянные, окись алюминия, карбид кремния (корунд), скорлупу орехов и косточковых плодов и д.р.

Металлический песок (дробь) должен быть из того же материала, близкого по электрохимической характеристике к материалу очищаемой поверхности. В противном случае частицы абразива. Остающиеся на поверхности. Могут быть причиной преждевременного появления под слоем покрытия очагов коррозии. После обработки поверхности любыми материалами её необходимо обдувать очищенным воздухом.

Для дробеструйной (дробеметной) очистки поверхности чёрных металлов применяют металлический песок (дробь чугунную или литую, стальную колотую или литую, стальную рубленую 0,3; 0,5; 0,8 мм и больше) производства АО «Староскольский механический завод» и других заводов.

К недостаткам абразивной очистки можно отнести невозможность ее применения для изделий, толщина стенок которых меньше 3 мм, изделий сложной конфигурации. Низкую производительность обработки. Неправильно подобранный абразивный материал, обработка излишне крупной дробью могут приводить к большой шероховатости, которую будет трудно сгладить слоем покрытия и получить требуемый внешний вид.

Травление – удаление с поверхности изделий естественных окисных плёнок. Окалины. Ржавчины с помощью травильных растворов: на основе серной, соляной, фосфорной, азотной кислоты, едкого натра, Для достижения равномерного травления по всей поверхности в травильные растворы вводят различные добавки ингибиторы, которые тормозят растворение уже очищенных участков поверхности, не влияя на скорость удаления оксидов. Ингибиторы выбирают применительно к определенным растворам.

Достоинствами химической очистки являются большая производительность, простота применяемого оборудования и проведения процесса. Возможность обработки изделий любой толщины, сложной конфигурации. К недостаткам относятся необходимость тщательной отмывки поверхности от остатков травильных растворов, для чего требуется больше промывной водопроводной воды; необходимость специальных очистных сооружений для нейтрализации или регенерации отходов.

В ряде случаев операции травления и обезжиривания могут быть совмещены при обработке поверхности растворами на основе  серной кислоты (3-5 мин. при 50-60°С), фосфорной кислоты (3-5 мин, при60-70°С), едкого натра (при удалении толстых слоев окалины и ржавчины при 420-480°С в течении 10-45 мин).

Конверсионные покрытия

Для улучшения защитных свойств и удлинения срока службы. Особенно при эксплуатаций в атмосферных условиях. В подготовку поверхности перед нанесением ПК рекомендуется включать дополнительные операции: фосфатирование (преимущественно для стальных и оцинкованных поверхностей), хроматирование (для алюминия и его сплавов).

Фосфатирование – получение на металлической поверхности пленки из трудно растворимых  фосфорнокислых солей. Фосфатные пленки, обладая низкой электропроводностью, увеличивают адгезию покрытия и препятствуют распространению подплёночной коррозии. В зависимости от состава фосфотирующего раствора на металлической поверхности образуются фосфаты с чётко выраженной кристаллической решеткой (цинкофосфатное покрытие) либо аморфные фосфаты (железофосфатное покрытие).

Фосфотирующие составы поставляются фирмой «Химстар» (Москва) – КФ-1, КФ-3, КФ-12, КФ-15, КФ-18, КФА-8, КФА-9 и др., «Экохиммаш» (Буй) - КФА-8 и др. в виде готовых жидких концентратов. Перед использованием концентраты разводятся деминерализованной водой.

Цинкофосфатные покрытия на основе КФ-1, КФ-3, КФ-12 обладают улучшенными защитными свойствами, но их получение связано с чувствительностью процесса к колебанию температуры ванны, шламообразованием, необходимости частого контроля кислотности ванны. Под ПК рекомендуется использовать составы КФА-15, КФА-18, позволяющие получать тонкослойные цинкофосфатные покрытия (1,0-1,5 г/м²).

 Железофосфатные покрытия на основе КФА-8, КФА-9 получают при обработке поверхности фосфатным составом щёлочного металла (фосфата натрия). При малой толщине они имеют худшие защитные свойства, но процесс их получения значительнее проще.

Фосфатирующие составы КФА-8 и КФА-9 применяют для одновременного обезжиривания и фосфатирования изделий перед нанесением ПК. Для обработки составами могут быть использованы агрегаты, состоящие из двух зон (обезжиривание-1 фосфатирование - промывка), трёх зон (добавляется зона пассивирования) и четырёх зон (обезжиривание и фосфатирование производится дважды в первой и второй зоне).

Обработка поверхности производится разбрызгиванием при 50-60°С в течении 2-5 мин. При сильной зажиренности металла время обработки может быть увеличено до 7-10 мин.

Для поддерживания параметров фосфатирования в требуемых пределах необходимо преодически производить корректировку фосфатирующих растворов добавлением в них небольших количеств концентрата.

Завершающей стадией фосфатирования является промывка и пассивирование. Качество промывки определяется свойствами промывной воды [жёсткостью, наличием ионов (Cl’).(50») ²’] и интенсивностью облива. Средний расход воды отмывки поверхности составляет 25 л/м².

Хроматирование – обработка поверхности изделий из алюминия и его сплавов растворами хромового ангидрида с целью получения аморфного слоя, повышающего адгезию и долговечность покрытия.

Для хранения используют концентраты, изготавливаемые АО «ХРОМПИК» (Первоуральск Свердловской обл.): «Формихром», «Алькон-1»,»Алькон-1К».

Хроматирование проводят при 20-30°С а течении 5-30 с что позволяет получать конверсионное покрытие толщиной до 0,5 мкм. Технологический процесс хроматирования аналогичен фосфатированию: обезжиривание – промывка - хроматирование. В некоторых случаях в технологический процесс может быть введено второе обезжиривание с промывкой в тёплой воде. Несоблюдение режимов хроматирования может приводить к полированию поверхности, уменьшению шероховатости, что ухудшает адгезию.

Качество конверсионного покрытия оценивается визуально. Покрытие должно иметь однородный внешний вид, быть электропроводным, обеспечивать хорошую адгезию к полимерным металлическим подложкам. Последнее проверяется протиркой салфеток, на которой не должно оставаться следов конверсионной плёнки.

Пассивание  является заключительной стадией подготовки поверхности с помощью различных окислителей – соединений хрома, нитрата натрия и др. при 20-50°С в течении1-2 мин. Пасивание предотвращает возможность возникновения вторичной коррозии и может быть рекомендовано как при подготовке поверхности только обезжиривание, так и в случае фосфатирования после промывки.

 

 

 

Придавая исключительное важное значение подготовке поверхности перед нанесением ПК, ведущее европейские фирмы-производители ПК рекомендуют для повышения  долговечности порошкового покрытия проводить специальную подготовку в соответствии со свойствами каждой конкретной поверхности (стальной, оцинкованной, алюминиевой). По их мнению, наилучшими способами обработки являются:

Для подготовки стальной поверхности

Обработка железофосфатными составами (получаемый тонкий слой менее 1,0 мкм), проводимая в четыре этапа при совмещении обезжиривания и фосфатирования:

1.      – обезжиривание и фосфатирование;

2.      – промывка;

3.      – пассивирование;

4.      – сушка горячим воздухом при 110 – 12СГС. Обработка цинкофосфатными составами (толщина слоя 2-3 мкм) с использованием семи этапов:

1.      – обезжиривание водными щелочными составами;

2.      – промывка холодной водой;

3.      – вторая промывка;

4.      – фосфатирование;

5.      - промывка холодной водой;

6.      – пассивирование с последующей промывкой деминерализованной горячей водой;

7.      – сушка горячим воздухом при 110-140°С.

Для подготовки оцинкованной поверхности

Обработка цинкофосфатными составами, проводимая в шесть этапов:

1.      – обезжиривание;

2.      – промывка;

3.      – фосфатирование;

4.      – промывка;

5.      - пассивирование;

6.      – сушка горячим воздухом при 110-120°С.

Для исключения таких дефектов порошкового покрытия на оцинкованной поверхности как потеря адгезии, вспучивание, рекомендуется такой эффективный и лёгкий способ обработки как обдирка щётками, удаляющими оксиды цинка и увеличивающими шероховатость поверхности. Во избежание перегрева слоя цинка температура формирования порошкового покрытия не должна превышать 175-180°С.

Для подготовки поверхности алюминия и его сплавов

Обработка хроматными составами, проводимая в семь этапов:

1.      – обезжиривание;

2.      – промывка;

3.      – травление;

4.       – промывка;

5.      – хроматирование;

6.      – промывка;

7.      – окончательная промывка.

В зависимости от типа профиля и вида алюминия (сплава) европейские фирмы предлагают также в качестве конверсионного слоя перед нанесением ПК использовать фосформатное и фосфофлюороциркониевое покрытие.

Выбор операций подготовки поверхности перед нанесением ПК в каждом конкретном случае, как и выбор рецептуры того или иного состава и режимов обработки должен производиться специалистами. Только такой подход может обеспечивать высокое качество получаемого покрытия и заданный срок службы.

НАНЕСЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КРАСОК

Существуют различные способы получения покрытия на основе ПК. Однако ниже будет рассматриваться лишь наиболее распространённый процесс с использованием на стадии нанесения на изделие электростатически заряженной порошковой краски, распыляемой специальным пневматическим распылителем (пистолетом – распылителем) и удерживаемой на поверхности заземленного окрашиваемого изделия силой электростатическим притяжением.

Процесс осуществляется в камерах нанесения, которые оснащены системами отсоса воздуха для предотвращения попадания порошковой краски в помещение и совмещёнными с ними системами улавливания прошедшей мимо окрашиваемого изделия порошковой краски для возврата её в процесс и утилизации или обезжиривания.

Пистолеты – распылители с питателями составляют установку (агрегат) нанесения ПК, обеспечивающую получения смеси ПК с воздухом, образование факела и приобретение частицами порошковой краски электрического заряда.

Вылетающая из пистолета заряженная порошковая краска образует факел той или иной формы в зависимости от применения сопла (насадки) пистолета, движется под влиянием струн воздуха в факеле и силы электрического притяжения к заземлённой окрашиваемой детали и оседает на её поверхности, удерживаясь теми же силами электрического притяжения.

Пистолеты – распылители

Применяют два способа заряда частиц ПК: коронирующим электродом, находящимся под высоким напряжением, и с использованием «трибоэффекта», т.е. эффекта приобретения разноименных зарядов соприкасающимися телами, изготовленными из разных материалов.

При первом способе применяется подвод высокого (20-100 тыс. В) постоянного по знаку напряжения к коронирующему электроду от специального генератора высокого напряжения, располагающегося в зависимости от конструкции внутри пистолета или вне его. В случае ручных пистолетов следует отдавать предпочтение генераторам, встроенными в пистолет, так как при этом обеспечивается более высокая безопасность работника (подвод к пистолету безопасного напряжения от 9 до 30 В в зависимости от модели) и исключается необходимость подсоединения к пистолету высоковольтного кабеля, более жёсткого и тяжёлого по сравнению с низковольтными, что вызывает повышенную утомляемость работающего.

При втором способе зарядки частиц ствол и другие детали пистолета, с которыми соприкасается порошковая краска, изготавливается из специального материала (обычно фторопласта  - для эпоксисодержащих ПК.)

Наиболее существенная разница в эффективности этих способов зарядки ПК и выбора между ними при окраске тех или иных деталей заключается в наличии при первом способе зарядки сильного электрического поля, принуждающего частицы ПК двигаться по его силовым линиям, или почти полном отсутствии такого поля при трибозарядке. Поэтому принудительная зарядка ПК от коронирующего электрода распылительного пистолета обуславливает значительную разницу в количестве осевшей на поверхности изделия ПК в местах выступов и ровных поверхностей. Играет роль также расположения изделий относительно пистолетов, расстояние и направление ствола последних, применяемые насадки на ствол. При близкой навеске деталей, например на конвейере, они могут взаимно экранировать друг друга.

Вообще детали сложной формы при окраске распылителями с корнирующим электродом создают больше проблем, чем с трибозарядкой, особенно при использовании автоматических манипуляторов. Часты случаи непрокраса углублений, внутренних углов, пазов, требующей дополнительной ручной подкраски, использования направленных факелов с высокими скоростями струй воздуха, «вдувающих» аэрозоль ПК в такие места, уменьшения напряжения на коронирующем электроде, что также снижает производительность и увеличивает количество ПК, прошедшей мимо изделия.

На конвейерных линиях при малой частоте движения распылителей на траверсе по сравнению со скоростью движения изделия на конвейере в сочетании с узким или неравномерным факелом возможно получение разнотолщинного покрытия в виде чередующихся полос (волн) – следов относительного движения факела и изделия. Такой же дефект может быть и при ручном нанесении ПК из – за недостаточной квалификации работающего или спешки.

При окраске деталей сложной формы проще использовать распылитель ПК с трибозарядкой. Однако следует учитывать, что не все порошковые краски могут заряжаться трением, а специальные стоят дороже. Имеются также в продаже добавки, обеспечивающие возможность нанесения обычных ПК трибораспылителями. Как правило, производительность процесса нанесения пистолетами – распылителями с трибозарядом понижения, а процент оседания ПК на изделие ниже, чем при применении пистолетов – распылителей с коронирующим электродом. Неизбежно также постепенное снижение эффекта трибозаряда с уменьшением суммарного напряжения зарядки ПК, повышение доли незарядившегося порошка и, соответственно, не осевшего на деталь, по мере износа деталей пистолета – распылителя, что требует их периодической замены на новые. Поэтому низкая исходная цена установок с трибозарядкой не гарантирует снижение себестоимости окраски единицы поверхности изделия порошковой краски на них по сравнению с использованием более дорогих установок с генераторами высокого напряжения.

Питатели

Как уже отмечено выше, в установках с распылительными электро - или трибостатическими пистолетами используется смесь ПК с воздухом (аэровзвесь). В типовых промышленных системах нанесения аэровзвесь получают в питателях, куда порошковая краска либо засыпается на пористую перегородку, сквозь которую подаётся воздух под давлением, переводящих всю ПК во взвешенное (так называемый «кипящий слой») состояние, либо сжатый воздух подаётся в порошковую краску специальным устройством, создавая местную область «кипящего слоя», из которой аэровзвесь ПК засасывается воздушным насосом – эжектором, разбавляется до более низкой концентрации добавочным воздухом и транспортируется к распылительным пистолетам (в ряде установок большой производительности, особенно в составе конвейерных линий окраски, от одного питателя работают несколько пистолетов).

В связи с общей тенденцией снижения удельного расхода ПК на окраску и, соответственно, уменьшения толщины конечного покрытия, ведущие фирмы перешли к производству ПК с уменьшением средним размером частиц, но перевод таких порошков во взвешенное состояние осложняется. Потому многие фирмы снабжают питатели вибраторами, облегчающими создание «кипящего слоя».

Пистолеты для лабораторных или мелких работ по нанесению ПК имеют встроенный питатель вместе с небольшой ёмкостью для порошковой краски. На них, как правило, труднее получить однородную аэровзвесь и, соответственно, равномерный факел, особенно при его включении и выключении: нередко при этом наблюдается выброс агрегатов. Поэтому нежелательно, чтобы ствол такого пистолета в момент включения и выключения был направлен на изделие. Следует также помнить об ограничении ёмкости воронки, вмещающей обычно не более 200г порошковой краски. В то же время зачистка такого пистолета намного проще, чем распылителя с отдельным питателем.

Особенности эксплуатации установок нанесения ПК

При нанесении порошковых красок с использованием электростатики – с генераторами или трибозарядом – нужно обратить особое внимание на надёжность заземления пистолета – распылителя и окрашивания изделия. Заземление распылителя необходимо не только для гарантии безопасности работающего, но и для оттока заряда, что обеспечивает непрерывность электрической цепи. Плохое заземление детали и/или распылителя приводит к тому, что ПК не удерживается на изделии, а осыпается и увлекается в систему рекуперации: порошковая краска «не заряжается». Регулярная зачистка подвесок для изделий – залог успешной работы установки. Указанные в литературе допустимые сопротивления подвески деталей до 100 кОм часто бывают слишком большими для низких напряжений коронирующего электрода или для трибозарядки ПК. Следует избегать удлинения проводов заземления и питания против штатных в особенности для ручных пистолетов с внутренней зарядкой.

Порошковая краска может плохо ложиться и удерживаться на поверхности изделия с сохранившейся при плохом обезжиривании пленкой масла, являющегося хорошим изолятором, а при неравномерном обезжиривании можно наблюдать снижение толщины покрытия на масляных пятнах с увеличением толщины по границам пятна.

От работы питателя АО многом зависит успешная работа всей установки, поэтому необходимо обратить особое внимание на подбор режимов, а для старых установок – подбор специальных добавок, облегчающих перевод современных мелкодисперсных ПК во взвешенное состояние.

 

С плохой работой питателя связан типичный дефект покрытия: наличие на нём местных утолщений, которые образуются в тех случаях, когда в питателе и эжекторе не обеспечивается разрушение агрегатов порошковой краски или краска транспортируется к пистолету в через мерно большой концентрации. Как правило, снижением концентрации ПК в факеле (уменьшением подачи воздуха на порошок и/или увеличением подачи воздуха на эжектор) удаётся исключить наличие в факеле пистолета агрегатов краски.

Той же цели достигают, устанавливая сопло на пистолете со специальной насадкой, препятствующей попаданию прямой струи аэровзвеси порошка на изделие. Желательно также увеличить расстояние от сопла пистолета до изделия.

Следует отметить, что те же дефекты могут быть вызваны и другими причинами, в частности при включении пистолета, направленного на изделие, когда ПК, осевшая в шланге, выбрасывается в факел или когда в шланге имеются места (отслоения внутреннего слоя многослойных шлангов, уступы на местах соединения со штуцерами и т.п.), где ПК оседает на стенках и при движении пистолета или начале подачи воздуха может срываться, попадая в факел в виде слежавшихся комков и агрегатов. При плохом качестве используемого воздуха, содержащим капли жидкости (влаги, масла), также могут образоваться не разрушаемые агрегаты ПК, оседающие, в конечном счете, на изделии. Трудно разрушаемые агрегаты образуются также при длительном хранении порошковой краски, особенно при повышенных температурах и при высокой влажности в помещении в сочетании с негерметичной тарой. Особенно следует предупредить о возможности увлажнения и агрегирования ПК в негерметичной таре или при слишком раннем открывании последней в случае перемещения упаковок порошковой краски из холодного в тёплое помещение, что происходит вследствие конденсации влаги из атмосферы помещения на холодно ПК. В редких случаях причиной агригирования является низкая температура стеклования порошковой краски, а для отечественных производителей, применяющих мягкую тару: - неправильное складирование или транспортирование высокими штабелями.

В любом случае нужно иметь в виду, что режимы работы с меньшими концентрациями факела распылительного пистолета обеспечивают более равномерную и экономную окраску изделий, однако требуют большего времени окраски. Для порошковых красок, склонных к агрегированию или содержащих агрегаты по тем или иным причинам, такие режимы работы следует считать предпочтительными.

Перемещение факела распылителя вдоль поверхности изделия на расстоянии, как правило, 200 – 400 мм (в зависимости от модели распылителя) с определённой скоростью должно обеспечить получение на ней слоя ПК достаточной толщины для образования из него непрерывной плёнки заданной толщины. Для увеличения производительности процесса на конвейерных линиях нанесения ПК в камере устанавливают несколько распылителей на специальных траверсах как стационарных, так и совершающих возвратно – поступательное движение в вертикальном направлении. В последнее время вместо этого используют также высокопроизводительные дисковые распылители, создающие цилиндрическое облако заряженной ПК, через которые движется по кругу подвешенное на конвейере изделие.

Для покрытия чисто декоративного назначения современные материалы с хорошей укрывистостью обеспечивают возможность окраски слоем толщиной 35 – 45 мкм, для защитно – декоративных покрытий оптимальная толщина покрытия 60 – 100 мкм, для чисто защитных толщина покрытия должна быть в пределах 60 – 120 мкм, но может быть увеличена в особых случаях до 400 мкм.

Толщина получения покрытия зависит от концентрации ПК в факеле распылителя, размеров факела (определяющих производительность питателя по порошковой краске), скорости движения факела (или времени прохода изделия через факел распылителя) и, в меньшей степени – от напряжения на коронирующем электроде (степени зарядки ПК), которое влияет на процент осаждения материала на изделие.

Многообразие моделей пистолетов – распылителей ПК и питателей не позволяет дать другие рекомендации по их выбору и использованию, однако следует иметь в виду следующие общие зависимости:

- увеличение давления воздуха на подачу порошковой краски повышает концентрацию ПК в аэровзвеси, увеличивает скорость нарастания толщины слоя ПК на окрашиваемом изделии, требует сокращении времени нанесения для получения заданной толщины, повышает производительность, но может обусловить неравномерность по толщине получаемого покрытия на изделии как при ручной окраске, рак и при автоматической (если частота движения траверсы с распылителем недостаточна по сравнению со скоростью движения детали на конвейере): возрастает вероятность появления агрегатов частиц ПК в факеле и связанных с этим дефектов поверхности окрашенной детали;

- увеличение давления воздуха на эжектор (в разных инструкциях именуется: «разбавление», «распыление», «дополнительный» и др.) повышает скорость транспортировки аэровзвеси по шлангу к пистолету, уменьшает концентрацию ПК в факеле, вероятность появления агрегатов в факеле распылителя и, соответственно, снижает возможность получения связанных с этим дефектов покрытия; практически не влияет на производительность, увеличивает равномерность толщины покрытия, при установке направленных сопел облегчает покраску пазов, углублений и т.п., однако требует осторожности при выборе расстояния от сопла до окрашенного изделия из – за возможности «сдувания» уже нанесённого слоя; возможно, некоторое снижение доли осевшего на изделие материала, при чрезмерном увеличении давления воздуха (выше давления на «подачу») может вызвать перебои в подаче аэровзвеси к распылителю, особенно при большой длине шланга от питателя к распылителю или малом его сечении;

- увеличение напряжения на коронирующем электроде повышает долю осевшей на изделии ПК, позволяет увеличить производительность окраски, однако может служить причиной неравномерности получаемой толщины слоя ПК и, соответственно, толщины покрытия (особенно на деталях сложной формы), появление дефектов покрытия из – за «отскока» слоя ПК в местах превышения им определённого предела толщины.

Наладка режимов работы распылителей и питателей требует навыка, при этом должны учитываться как рекомендации их изготовителя, так и рекомендации поставщика ПК.

Камеры нанесения и системы рекуперации

Конструкции камер нанесения и систем рекуперации так многообразны, что давать рекомендации по их выбору, кроме самых общих, очень трудно без конкретных привязок к планируемому производству.

Камеры нанесения из диэлектрических материалов со специальным электропроводным покрытием обеспечивает более полное и равномерное осаждение порошковой краски еа изделие, однако при неправильном, без учёта всех фактов работы со взрывоопасными пылевоздушными смесями конструировании могут представлять источник повышенной опасности из – за накопления значительных зарядов статического электричества и поэтому их нельзя рекомендовать для самостоятельного использования.

Наибольшее распространение получили камеры из листового металла как для маленьких установок с ручными пистолетами, так и для высокопроизводительных конвейерных линий.

Наличие в камере неровностей, горизонтальных уступов, щелей, неокругленных углов и других мест, затрудняющих зачистку по окончании работы и при переходах, может отразиться на качестве получаемого покрытия в виде вкраплений и кратеров.

Необходимо обеспечить разрежение в камере по отношению к помещению и скорость воздуха в открытых проёмах (для подачи и выхода изделий, для доступа к изделию окрасочных пистолетов – распылителей) должна быть в пределах от 0,25 м/с для работы на современных мелкодисперсных ПК до 0,6 – 0,8 м/с для материалов со средним размером частиц более 45-50 мкм. Скорость подсоса воздуха в камеру должна предотвращать попадание порошковой краски в помещение, в котором она находится. Всегда лучше иметь резерв производительности и напора вентилятора и уменьшать скорость подсоса воздуха шибером, хотя при этом и увеличивается потребление  электроэнергии.

Система рекуперации должна улавливать максимально возможное количество ПК для возврата в процесс (в питатель) или для другой утилизации и обеспечения необходимых экологических характеристик установки.

Обобщая имеющийся опыт эксплуатации установок нанесения ПК, можно рекомендовать двухступенчатую систему улавливания ПК с использованием на первой ступени пылеотделителя центробежного типа (например, циклона), а на второй фильтр. В этом случае обеспечивается возможность возврата ПК из первой ступени улавливания в процесс нанесения, а из второй ступени улавливания, где возможно загрязнение ПК волокнами фильтра или другой порошковой краской (из – за трудности зачистки при переходах с одного материала на другой), направлять выгруженный материал на утилизацию или обезвреживание. Это позволяет использовать до 97 – 98 % загруженной в питатель исходной ПК. Такая система улавливания позволяет снизить концентрацию ПК в отходящем воздухе ниже ПДК для рабочего места, составляющей обычно 5 – 8 мг/м³.

Тем не менее, нельзя рекомендовать выбрасывать отработанный, очищенный воздух в помещение, где находится установка, как это делают многие фирмы – изготовители оборудования для нанесения, так как это приводит в ряде случаев к общему загрязнению помещения, накопления в нём горючей взрывоопасной пыли на поверхностях оборудования, лестницах, площадках, воздуховодах, трубопроводах и пр., что в конечном счёте при отсутствии регулярных мокрых уборок помещения может привести не только к браку покрытия (сорность, крапинки другого цвета) при подсосе этой пыли в камеру нанесения, но и к аварии при случайном, не связанном с процессом нанесения, загорании, например из – за нарушения ТБ.

Как показала практика, многие фильтровальные перегородки (в частности, нетканые материалы на основе лавсана), хорошо справляясь с очисткой воздуха от пыли ПК. По мере старения сами начинают выделять волокна в выбрасываемый в помещение воздух. Далее с воздухом, забираемым камерой нанесения, они попадают в систему рекуперации и питатель, нарушают работу питателя, распылителя, оседают вместе с ПК на изделии, приводя к появлению дефектов и брака.

Содержание помещения и оборудования в чистоте, ежедневные влажные уборки с применением промышленных пылесосов позволяют избегать получения дефектов на покрытии в виде механических и других посторонних включений, попадающих в ПК или на изделие, как на стадии нанесения, так и на протяжении всего процесса получения покрытия. Поэтому при возникновении дефектов в виде того или иного вида сорности необходимо просмотреть всю цепочку операций, которые проходит изделие, прежде чем предъявлять поставщику обвинение к сорности ПК.

ФОРМИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЯ

После нанесения изделие со слоем порошковой краски направляется на стадию формирования покрытия, включающую процессы оплавки слоя ПК с получением плёнки, её отвердения и заключительного охлаждения.

Для оплавки, образования плёнки и отвердения покрытия используются печи самого различного типа: тупиковые и проходные, электрообогревном и обогревом топочными газами, горизонтальные и вертикальные, одно – и многоходовые. Главное требование  к ним для обеспечения качества покрытия – способность равномерно прогревать изделие с ПК при заданной для данной ПК температуре в течении определённого времени, достаточного для отвердения порошковой краски. Для тупиковых печей большое значение имеет также скорость подъёма температуры. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают печи с регуляцией воздуха. Производители ПК в сопровождающей техдокументации указывают, как правило, несколько возможных режимов отверждения, обеспечивающих гарантированное качество покрытия для каждого конкретного материала. Наиболее распространённые порошковые краски отверждаются при температуре 180 – 200°С с точностью поддержания в объёме и во времени в пределах не более ±5°С, в течении 15-30 мин. Необходимо подчеркнуть, что под температурой отверждения подразумевается температура поверхности окрашиваемого изделия, а не температура в печи.

При нагреве в печи изделия со слоем заряженной ПК (которая удерживается на поверхности силой электрического притяжения) до 90°С частицы порошковой краски расплавляются, сливаясь в непрерывную плёнку вязкого расплава, смачивающего поверхность изделия. При этом воздух, находившийся в слое ПК, вытесняется. Однако часть воздуха остаётся в плёнке, создавая поры, ухудшающие защитные и механические характеристики конечного покрытия.

 

 

Наилучшие условия для создания плёнки с минимумом воздушных пор – окраска изделий, нагретых до температуры выше температуры плавления ПК, и нанесение тонких слоёв покрытия. В обычной практике слой порошковой краски наносят при нормальной температуре изделия.

При дальнейшем нагреве и прогреве изделия расплав ПК проникает в микронеровности поверхности, обеспечивая достаточную адгезию покрытия, и отверждается.

На этом этапе отверждения обеспечивается получение покрытия с заданными характеристиками: внешний вид (уровень глянца, структура), адгезия, механическая прочность, твёрдость, защитные свойства и др.

Очень важно помнить, что эти характеристики только тогда будут соответствовать заданным, когда режимы отверждения соответствуют рекомендуемым (нелишне ещё раз напомнить, что температура отверждения – это температура на поверхности изделия при формировании покрытия). На практике при окраске массивных металлических деталей, температура поверхности которых поднимается значительно медленнее, чем у тонкостенных изделий и не соответствует показаниям прибора, замеряющего температуру в печи, покрытием не успевает полностью отвердиться, отчего снижаются механическая прочность плёнки и адгезия. В этом случае применяют предварительный нагрев изделий или увеличивают время отверждения с учётом необходимости достижения поверхностью температуры отверждения.

Из предлагаемых фирмой – производителем ПК режимов отведения лучше выбирать более «мягкий», то есть производить отверждение при более низких температурах в течение более длительного времени. Такой режим уменьшает возможность получения таких дефектов, как шагрень, потёки и повышает механические свойства покрытия.

Аналогично приходится учитывать время прогрева, если при загрузке изделий в печь допускается значительное падение температуры, например из–за слишком  большой суммарной массы подвесок с изделиями при малой мощности обогрева.

Наряду с массой изделий следует также учитывать физические свойства (теплопроводность, теплоёмкость) металла, из которого изготовлена окрашиваемая деталь. В совокупности эти два свойства влияют на время получения необходимой температуры на поверхности изделия.

В процессе формирования плёнки покрытия выявляются неоднородности нанесённого слоя ПК, обусловленные либо заданными заранее характеристиками (например, структура поверхности – «апельсиновая корка», «антик» и пр.), либо загрязнениями, внесёнными при изготовлении ПК или на стадии нанесения (соринки, кратеры, проколы, крапинки другого цвета и т.п.).

Состояние поверхности и материала изделия также влияют на появление дефектов: остатки масляной плёнки при плохом обезжиривании дают участки покрытия с плохой адгезией; остатки химикатов, плохо отмытые после подготовки поверхности, капельки влаги из воздуха или на поверхности, плохо высушенной после промывки, могут проявляться в виде проколов, местного изменения цвета; раковины в литых изделиях, глухие отверстия или глубокие щели в местах соединений отдельных частей изделия могут вызвать, при выходе из них нагревающего воздуха или газов термодеструкции оставшегося от подготовки поверхности вещества, образование пузырей, мест с большим количеством пор, отслоений и т.п..

Места с недостаточным слоем нанесённой ПК проявляются в виде так называемого непрокраса.

При малой вязкости расплава ПК и недостаточно быстром отверждении плёнки образуются потёки по нижней кромке окрашиваемой поверхности, у отверстий и выступов. При слишком высокой вязкости расплава, при размерах частиц, превышающих среднюю толщину образующейся плёнки, при малой разнице температур плавления ПК и начала отвержения, при чрезмерной толщине слоя поверхность покрытия приобретает вид шагрени.

Кратеры образуются в местах включений с низким поверхностным натяжением расплава плёнки, например, из – за попадания микро капель масла из сжатого воздуха или примеси другой, более легкоплавкой ПК и смолы в результате плохой зачистки установки нанесения и нарушений технологического процесса при изготовления ПК.

 

В структурирование ПК, в «антики» специально вносятся распределённые по массе ПК добавки, создающие в период отверждения участки плёнки с пониженным поверхностным натяжением.

После (отверждения изделие с ещё горячей, иногда сохраняющей пластичность и липкость поверхности плёнкой покрытия требует охлаждения для повышения твёрдости и во избежание повреждений при съёме с подвесок и упаковке. На конвейерных линиях нанесения с непрерывным движением изделий предусматриваются, как правило, участки охлаждения за счёт удлинения конвейерной цепи после выхода из печи до места съёма, или специальные камеры охлаждения, в ряде установок являются частью печи отверждения.

Нужно иметь в виду, что до плохого охлаждения изделия с покрытием последнее может быть повреждено при механическом воздействии или загрязнено при наличии в атмосфере помещения или охлаждающем воздухе пыли.

В принципе, какие – либо всеобъёмлющие рекомендации по формированию покрытия невозможно. В каждом конкретном случае необходимо подбирать режимы, учитывать вид ПК и окрашиваемого изделия, тип печи и её эксплуатационные показатели.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Порошковые краски токсичны (ПДК от 3 – 4 до 6 – 7 мг/м³), горючим (температура воспламенения открытым пламенем от 270 до 435 °С), пылевоздушные смеси их взрывоопасны (нижний предел взрываемости пылевоздушной смеси от 20 до 60 г/м³). Поэтому участок нанесения покрытий из ПК относят к вредным, пожароопасным и взрывоопасным производства. Не следует преувеличивать это: в любом случае нанесение ПК менее вредно и менее опасно, чем аналогичный процесс из органо – разбавляемых красок, но тем не менее нельзя и пренебрегать мерами безопасности. Следует также учитывать, какие материалы и какие процессы используются на всех стадиях, в том числе и на стадии подготовки поверхности изделия под покрытие.

На установках нанесения покрытий из порошковых красок наиболее опасным является процесс нанесения слоя ПК на изделие. Блок установки для осуществления данного процесса: камера нанесения, распылители ПК в электростатическом поле и система рекуперации относится к классу взрывоопасности В – Па, поскольку в нем во время работы постоянно присутствуют несколько мест с концентрацией ПК в пылевоздушной смеси выше нижнего предела взрываемости (факел распылителя, система рекуперации), а также наиболее вероятный источник поджига – искрой электрический разряд, который может случиться при неисправности распылителя, при неправильном выборе материалов для изготовления камеры нанесения, фильтров, при плохом заземлении отдельных частей оборудования и при нарушении рекомендаций как изготовителя установок, так и изготовителя ПК. Все остальное помещение при соответствующей организации работы может относиться к категории В – 116, если будет исключена при любых обстоятельствах (в том числе при пожаре, взрыве с разрушением части оборудования) возможность создания взрывоопасной концентрации во всём объёме помещения.

Поэтому от персонала установок нанесения ПК требуется неукоснительное соблюдение норм техники безопасности и охраны труда, чтобы избежать аварии и угрозы собственному здоровью.

Правила безопасности работы должны быть изложены в виде инструкций по каждому рабочему месту, соблюдение которых обязательно для работающего.

Такие инструкции должны сопровождать каждый вид оборудования. Особо следует отметить необходимость специального инструктажа по безопасной работе с каждым новым материалом, сведения, о свойствах которого необходимо получить от поставщика.

Считает необходимым обратить внимание на следующее:

·   Применение растворителей для обезжиривания поверхности вместо водных растворов повышает категорию взрывоопасности блока подготовки поверхности, а возможно и всего производства до В – 1а;

·   Использование распылителей старых конструкций, не оснащённых защитой от искрового пробоя между коронирующим электродом и заземлёнными предметами, повышает вероятность случайного поджига пылевоздушной смеси взрывоопасной концентрации, постоянно присутствующей в факеле при нанесении ПК на изделие;

·   опасна нередкая практика загрузки изделий с нанесённым слоем ПК в холодную печь и последующем разогревом с включением полной мощности: неисправность ТЭНов и другого электрооборудования в канале рециркуляции воздуха при отсутствии искрогасителя могут способность поджигу ещё не оплавленной ПК, а при частичном обрушении слоя даже вызвать взрыв пылевоздушной смеси;

·   хранение порошковой краски в помещении, где производится нанесение, также повышает опасность пожара и взрыва;

работа с большими количествами ПК, достаточными в случае локальной аварии для создания взрывоопасной пылевоздушной смеси во всём объёме помещения, несовместима с открытым исполнением электродвигателей, щитов управления, силовых шкафов;

·   в ряде инструкций по эксплуатации установок нанесения ПК и распылителей в разделе технике безопасности ошибочно указывается, что концентрация ПК в воздухе помещения не должна превышать половины от нижнего предела взрываемости, что означает для большинства ПК не быть более 10 – 20 г/м³, в то время как правильно было бы сказать, что максимально допустимая концентрация ПК для всего помещения ни в коем случае не должна превышать ПДК для рабочей зоны, т.е. быть в 1000 с лишним раз меньше – не больше 5- 7 мг/м³, в противном случае работа в нём людей была бы недопустима. А расчёт максимально возможной концентрации пыли ПК в помещении и сравнение её с нижним пределом взрываемости производится лишь для аварийной ситуации, в том числе и для случаев взрыва, в каком – либо узле с разрушением оборудования. И делается это только для определения категории взрывоопасности всего помещения: В – Па или В – 116, что важно для выбора исполнения электрооборудования: открытое или взрывозащищенное. В большинстве случаев при грамотном проектировании установок и правильной организации работы можно обеспечить категорию помещения В – 116 с зоной В – Па в границах узла нанесения;

·   применение цинкофосфатной обработки и/или хроматирования, а также работа на порошковых красках, содержащих тяжёлые металлы, увеличивает опасность вредного воздействия на организм работающего;

·   в помещении должны соблюдаться чистота и проводиться регулярные влажные уборки всего оборудования, вентиляционных воздуховодов как внутри, так и снаружи не только для профилактики дефектов на покрытии и предупреждении брака, но и для обеспечения здоровья работающих и предотвращения аварий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимо тщательно анализировать работающее оборудование, его эффективность и возможные перспективы дальнейшей эксплуатации, так как зачастую на участках окраски ПК применяются оборудование устаревших моделей, не обеспечивающее требуемые производительность, зарядку частиц, размеры факела и др. Модернизация оборудования, его замена на новое может во многих случаях решить проблемы, стоящие перед потребителями ПК.

Следует учитывать, что появляются новые ПК, с уменьшенным средним размером частиц, содержащие специальные добавки. Это приводит к расширению областей использования ПК, получения тонкослойных покрытий, покрытий совершенно нового рисунка, имитирующих древесину и др.

Каждому работнику установки порошковыми красками следует помнить, что согласно статистике наибольший процент дефектов покрытия объясняется недостаточно хорошей работы установок нанесения, несоблюдением порой элементарных требований (например, чистоты помещения, отсутствия в нём пылевыделений, в том числе и от других производств), всестороннего учёта характеристик, как оборудования, так и данной порошковой краски и окрашиваемых изделий при настройке работы установки и выборе режимов её работы.

Стоимость работы и времени, затраченных на наладку, окупается за счёт исключения брака и повышения качества покрытия, важного для выигрыша в конкуренции с другими фирмами.

Содержание помещения и оборудования в чистом состоянии – это ещё и здоровье работающих и их безопасность.