Оборудование и технологии порошковой покраски

г. Черкассы, ул. Смелянская, 161/21
тел.: +38(0472) 38-20-77, +38 (067) 735-79-88, +38(067)218-85-30
polma@i.ua

Технологии

ОСОБЕННОСТИ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КРАСОК В УСЛОВИЯХ СЕРИЙНОГО И МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

Быстрый рост производства и расширение ассортимента порошковых материалов нашли свое отражение в усилении деятельности производителей оборудования для нанесения  порошковых покрытий с целью создания наиболее совершенных и эффективных систем нанесения. Порошковые покрытия наносятся в основном ручными или автоматическими распылителями методом электростатической или трибостатической зарядки в камерах напыления тупикового или проходного типа.

Технология нанесения полимерных порошковых красок

     Технология нанесения полимерных порошковых красок - экологически чистая, безотходная технология получения высококачественных защитных и защитно-декоротивных полимерных покрытий. Покрытие формируют из полимерных порошков, которые напыляют на поверхность изделия, а затем в печи под определенной температурой проходит процесс термообработки (полимеризации).

     Основной принцип нанесения покрытия заключается в притяжении заряженных частиц краски к заземленной поверхности детали. Для нанесения порошковых красок годится большинство термостойких твердых тел и прежде всего металлических деталей.
Технологический процесс получения покрытий из порошковых красок включает три основные стадии:

     Качество покрытий зависит от строгого соблюдения технологических режимов всех стадий процесса.
Порошковые краски, как правило, наносят на изделия после завершения всех механических и термических операций: Изделия не должны иметь заусенцев, открытых кромок (радиусом закруглений менее 0,3 мм), выступающих сварных швов, сварочных брызг, прожогов, трещин; поверхность должна быть сухой, чистой, без окалины и ржавчины (в случае металлов), не содержать масляных и других загрязнений.

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ.

       Для очистки поверхности от ржавчины, окалины, старых покрытий в основном используют механические и химические способы. Из механических способов наиболее распространение струйная абразивная обработка с применением дробеметных, дробеструйных и пескоструйных аппаратов.

    В качестве обезжиривающих веществ применяют органические растворители, водные моющие (щелочные и кислые) растворы. Органические растворители (Уайт-спирит, 646) из-за вредности и огнеопасности применяют для обезжиривания способом ручной протирки х/б ветошью не оставляющей ворсы на поверхности изделий, ограниченно, главным образом при окрашивании небольших партий. Основной промышленный способ обезжиривания связан с использованием водных моющих составов - концентратов. В основном они представляют собой порошки. Обезжиривание проводят при 40-60оС; продолжительность обработки окунанием 5-15 мин, распылением 1-5 мин. Большинство составов пригодно для обезжиривания как черных, так и цветных металлов (алюминий, медь, цинк и магниевые сплавы). Обезжиривание требует не только обработку моющим составом, но и последующую их промывку и сушку.

     Химическое удаление оксидов основано на их растворении или отслаивании с помощью кислот (в случае черных металлов) или щелочей (для алюминия и его сплавов). Эта операция преследует цель улучшить защиту изделий, сделать ее более надежной и длительной. наиболее распространено фосфатирование черных металлов и оксидирование цветных, в первую очередь алюминия и его сплавов. Цветные металлы (алюминий, магний, их сплавы, цинк) для улучшения адгезии и защитных свойств покрытий оксидируют. Завершающей стадией получения конверсионных покрытий, как и любых операций мокрой подготовки поверхности, является сушка изделий от воды.

     ПОДГОТОВКА ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА И СЖАТОГО ВОЗДУХА.

        Порошковые полимерные материалы промышленного изготовления, у которых не истек срок годности, как правило, пригодны для получения покрытий без какой-либо подготовки. Исключения могут быть в тех случаях, когда нарушались условия хранения или транспортировки материала.

     Наиболее типичные дефекты красок, связанные с их неправильным хранением: комкование, химическое старение; увлажнение сверх допустимой нормы. Рекомендуемая температура хранения порошковых красок не выше 30°С. Слежавшиеся краски, имеющие крупные или даже мелкие агрегаты, не пригодны для применения и требуют переработки - измельчения до требуемого размера частиц и просева. При малой агрегации частиц иногда ограничиваются просевом. Рекомендуемая ячейка сита для просеивания должна быть в пределах 150-200 мкм.

      Химическому старению в наибольшей степени подвержены термореактивные краски с высокой реакционной способностью при несоблюдении условий их хранения. Краски, имеющие признаки химического старения, должны выбраковываться, их исправление практически невозможно. Краски с повышенной степенью увлажнения (что видно по их пониженной сыпучести, склонности к агрегации, плохой заряжаемости) подлежат  – сушке при температуре не выше 35оС на протвине  слоем 2-3см. в течение 1-2часов. с периодическим перемешиванием краски.

      Полимерные порошковые краски являются гигроскопичными и поглощают из окружающего воздуха пары воды в результате чего, краски плохо транспортируются по трубопроводу распылителей, распыляются, заряжаются (особенно касается трибостатического напыления). Подготовка сжатого воздуха заключается в его очистке от капельной влаги и масла с последующей осушкой от их паров. Воздух, используемый для распыления порошковых красок, должен удовлетворять следующим требованиям: содержание масла - не более 0,01 мг/м3; содержание влаги - не более 1,3 г/м3; точка росы - не выше 7°С; содержание пыли не более 1мг/м3. Подготовка осуществляется пропусканием сжатого воздуха через маслоуловители и установку осушки сжатого воздуха ОСВ-30, в котором освобождение от влаги сжатого воздуха  достигается пропусканием последнего через слой сорбента забирающий из сжатого воздуха пары воды и масла. Регенерация сорбента осуществляется прокаливанием сорбента при температуре 120-150оС в течение 2-3 часов с последующим охлаждением последнего. Срок использования сорбента около 5 лет.

      ОКРАШИВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ.

      Наиболее распространен процесс с использованием электростатически (или трибостатически) заряженной порошковой краски, распыляемой пистолетом-распылителем установки ручного напыления

      УРН-2 и удерживаемой на поверхности заземленного окрашиваемого изделия силой электростатического притяжения.

      Процесс осуществляется в камерах порошкового напыления, которые оснащены системами отсоса воздуха для предотвращения попадания порошковой краски в помещение и совмещенными с ними системами аспирации для улавливания не осевших на окрашиваемое изделие порошковой краски для возврата ее в процесс. Различают два типа камер: тупиковая с завеской изделий внутрь камеры через рабочее окно  или сбоку КН-2, КН-5 и проходные, где детали транспортируются через рабочую область напыления камеры (мимо маляра)  КН-3, КН-6. При этом если необходимо красить длинномерные изделия, то проходные камеры делают двухпостовые КН-3-2, КН-6-2 по сути это однопостовые камеры развернутые друг относительно друга на 180 градусов типа «валет». Каждая камера оснащается вытяжным вентилятором в алюминиевом исполнении, аспирационной системой для улавливания и возврата в производство порошковой краски, импульсной продувкой для сброса в питатель краски с фильтровальных патронов, освещения люминесцентными лампами, обдувочным пистолетом. Как опция возможна поставка вибросита с питателем, псевдоожижением и инжектором забора краски. Камеры изготавливаются из холоднокатаного металла с полимерным покрытием и полированным нержавеющим дном, предотвращающим искрообразование при случайном падении детали в камере.

     Установки ручного напыления FARBASTATIC с пистолетами-распылителями, обеспечивают получение смеси порошковой краски с воздухом, образование факела и приобретение частицами порошковой краски электрического заряда достаточного для уверенного осаждения на заземленной детали.

      Была разработана установка ручного напыления Farbastatic с целью минимизации простоев окрасочного оборудования в мелкосерийном производстве, где предусмотрена частая смена цвета или типа краски. Подача порошка происходит непосредственно из оригинальной тары (коробки), в которой порошок поставляется потребителю. Всасывающий патрубок оснащен устройством псевдоожижения, что в комплексе с мощным инжектором и вибростолом, расположенным под углом, позволяет перерабатывать без остатка даже самые сложные порошки повышенной влажности. Установка может укомплектовываться электростатическим, трибостатическим или совмещенными пистолетами распылителями. Совмещенный пистолет распылитель был специально разработан с целью универсальности применения установки для разных видов краски, сложности поверхности нанесения и позволяет практически мгновенно переходить с режима электростатической зарядки в режим трибо. Переход с одного распылителя на другой часто обусловлено перекраской  деталей в случае обнаружения брака после термообработки (полимеризации) деталей. В этом случае если изначально детали покрывались электростатическим пистолетом, то для перекраски деталей необходимо поменять знак зарядки краски, то есть перейти на трибостатическую зарядку со знаком плюс. Не вдаваясь в подробности, этот способ перекраски годится для деталей типа «панели», где в силу до конца не изученных процессов возможен непрокрас отдельно взятой локальной области в случае перекраски с тем же знаком заряда, что и первый слой. Для регулирования подачи порошковой краски имеется пневмопульт с регуляторами давления, где происходит регулировка режимов работы нанесения краски. Электронный блок с генератором высокого напряжения позволяет регулировать высокое напряжение в широких пределах от 20 до 80 Кв со стабилизацией по току или напряжению. Также с пульта происходит переключение режима работы электростатика-трибостатика.  

     Вылетая из пистолета, порошковая краска образует факел той или иной формы в зависимости от применяемого сопла (насадки) пистолета, движется под влиянием струй воздуха в факеле и силы электрического притяжения к заземленной окрашиваемой детали и оседает на ее поверхности, удерживаясь теми же силами электрического притяжения.

     Применяют два способа заряда частиц ПК: электростатический - с принудительной зарядкой посредством коронирующего электрода, находящимся под высоким напряжением, и с использованием "трибоэффекта", т.е. эффекта приобретения заряда частицами краски при прохождении ее через трибоэлектризующий узел трибоствола .

     При первом способе применяется подвод высокого (20-100 КВ) постоянного по знаку напряжения к коронирующему электроду от генератора высокого напряжения

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

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

     При окраске деталей сложной формы проще использовать распылитель порошковой краски с  трибозарядкой .

     Как правило, производительность процесса нанесения пистолетами-распылителями с трибозарядом пониженная, а процент оседания порошковой краски на изделие ниже, чем при применении пистолетов-распылителей с коронирующим электродом. Неизбежно также постепенное снижение эффекта трибозаряда с уменьшением суммарного напряжения зарядки порошковой краски, повышение доли незарядившегося порошка и соответственно, не осевшего на деталь по мере  выработки присадок в полиэфирные и эпоксиполиэфирные краски. Электростатическим способом, можно окрашивать изделия разных типоразмеров и групп сложности и применять при этом практически любые виды порошковых красок. Необходимое требование к изделиям - объемная или поверхностная электрическая проводимость. Оно легко реализуется при окрашивании металлов. В случае неэлектропроводящих материалов (древесина с влажностью менее 12%, стекло, пластмассы) принимают меры для увеличения проводимости: например, поверхность обрабатывают антистатиками - растворами ПАВ или токопроводящими грунтовками.

     В противном случае предусматривают нанесение красок на предварительно нагретую поверхность. Нагревание изделий проводят и в том случае, если при электростатическом распылении требуется получить толстые покрытия.

     Нанесение порошковых красок способом электростатического распыления считается удовлетворительным, если средний коэффициент осаждения порошка на поверхность превышает 60%.
Особенно важно соблюдение режима отверждения термореактивных красок, поскольку любое отклонение от него неблагоприятно сказывается на свойствах получаемых покрытий. Недоотверждение (недогрев), в первую очередь, влияет на механические свойства (покрытия хрупко разрушаются при ударе и изгибе), переотверждение (перегрев) - на цвет и блеск покрытий. Отметим, что под температурой отверждения  значится температура на поверхности изделия, а не в печи.

     При отверждении покрытия формируется структура его внутренних и поверхностных слоев. При этом характер поверхности определяется не только природой ЛКМ, но и условиями формирования покрытия. Например, причиной снижения глянца часто бывают летучие вещества, присутствующие в краске или субстрате.

     После нанесения изделие со слоем порошковой краски направляют на стадию формирования покрытия, включающую процессы оплавления слоя порошковой краски с получением пленки, ее отверждения и заключительного охлаждения.

      Для оплавления, образования пленки и отверждения покрытия используют печи типа ПП-16: тупиковые и проходные с электрообогревом. Печь состоит из теплоизолирующих панелей, одного или двух (для проходного варианта) дверных блоков с двойными распашными дверями, от одного до восьми нагревательных блоков с системами рециркуляции воздуха пульта управления и электрошкафов. Теплоизолирующая панель состоит из наружной и внутренней несущих профилированных панелей из оцинкованной и окрашенной стали и теплоизолятора из базальтовых плит толщиной 100 мм. 

     Внутри печи размещаются нагревательные блоки, системы воздухораспределения и подвесная система.

  Герметизация дверей осуществляется при помощи силиконовых теплостойких уплотнителей, закрепленных по периметру дверей.

    Размеры камеры, количество дверей, размещение пульта управления и электрошкафов выбирается заказчиком на этапе техзадания.

    Для управления технологическим процессом полимеризации, в состав печи входит электрошкаф с терморегулятором, таймер, звонок окончания цикла.

     Главное требование к ним для обеспечения качества покрытия - способность равномерно прогреть изделие с порошковой краской при заданной для данной порошковой краске температуре в течение определенного времени, достаточного для отверждения порошковой краски. Для тупиковых печей большое значение имеет также скорость подъема температуры. Этим требованием в наибольшей степени отвечают печи с рециркуляцией воздуха. Производители порошковой краски в сопровождающей техдокументации указывают, как правило, несколько возможных режимов отверждения, обеспечивающих гарантированное качество покрытия для каждого конкретного материала. Наиболее распространенные порошковые краски полимеризуются при температуре 160-180С с точностью поддержания в объеме и во времени в пределах не более +/-5оС, в течение 10-20 мин. Необходимо подчеркнуть, что под температурой полимеризации подразумевается температура поверхности окрашиваемого изделия, а не температура в печи. При нагреве в печи изделия  частицы порошковой краски расплавляются, сливаясь в непрерывную пленку вязкого расплава, смачивающего поверхность изделия. При этом воздух, находившийся в слое порошковой краски, вытесняется. Однако часть воздуха остается в пленке, создавая поры, ухудшающие защитные и механические характеристики конечного покрытия.  

     Наилучшие условия для создания пленки с минимум воздушных пор - окраска изделий, нагретых до температуры выше температуры плавления порошковой краски, и нанесение тонких слоев 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, твердость, защитные свойства и др.

     Очень важно понимать, что эти характеристики только тогда будут соответствовать заданным, когда режимы отверждения соответствуют рекомендуемым (нелишне еще 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, покрытие не успевает полностью отвердиться, отчего снижаются механическая прочность пленки и адгезия. В этом случае применяются предварительный нагрев изделий или увеличивают время отверждения с учетом необходимости достижения поверхностью температуры отверждения.

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

        Все технологические операции участка полимерной покраски такие как:

осуществляются ручными межоперационными подвесными транспортными системами поперечно - перекрестного типа

     Поперечно - перекрестная транспортная система представляет собой совокупность несущих конструкций, продольных монорельсовых путей для перемещения транспортных кареток, перегружателя и путей для его передвижения, транспортных кареток для подвешивания изделий навешивания и снятия изделий на каретки.

     Изделие, подвешенное к транспортной каретке, перемещается по продольным монорельсовым путям вручную, поперечное перемещение кареток на другой продольный путь осуществляется с помощью перегружателя. Таким образом межоперационное перемещение изделий осуществляется с минимальными затратами ручного труда.

     Транспортные каретки изготавливаются:

     Перегружатель транспортной системы предназначен для поперечного перемещения транспортных кареток. Перегружатель представляет собой конструкцию, перемещаемую на четырех парах катков по поперечному монорельсовому пути, для приема кареток на перегружателе имеется отрезок монорельса расположенный продольно, для его совмещения с продольными путями транспортной системы предусмотрены пружинные фиксаторы, связанные с рычагом ручной разблокировки, на перегружателе устанавливаются устройства фиксации кареток.

     Для автоматизированного прохождения кареток с деталями через проходную камеру напыления КН-3-2 или КН-6-2 предусматривается устройство непрерывной подачи кареток, которое продвигает последние мимо постов окраски благодаря чему увеличивается производительность покрасочной линии.

     Поперечно - перекрестная подвесная транспортная система может поставляться:

     При поставке в любой комплектации  обеспечивает оптимизацию конфигурации и состава системы межоперационного транспорта исходя из характеристик помещения окрасочного участка, производственной программы и номенклатуры изделий.