Что такое порошковая краска? Технология порошковой покраски металла

Порошковая покраска это современный метод нанесения защитно-декоративных покрытий на различные поверхности, в качестве которых могут выступать:

• корпуса оборудования
• алюминиевые профили
• электротехнические шкафы
• заборы
• бытовые приборы и др.

Основой метода нанесения лакокрасочного покрытия с использованием электрического поля высокого напряжения является притяжение друг к другу частиц с противоположными электрическими зарядами.

Порошковые краски выступают в качестве первоначального продукта для изготовления полимерных покрытий. В составпорошковых красок входят несколько компонентов: пленкообразующие (твердые частицы) и разделяющая среда (воздух).

Порошковые краски классифицируют по следующим критериям: по цвету, по типу пленкообразователя(эпоксидные, полиэфирные, полиакрилатные, полиамидные и др.), по текстуре (шагрень, муар, антики, молотковые эмали, краски с эффектом под «кожу», «дерево» и др.) В зависимости от области применения и назначения существуютпорошковые краски для наружных и внутренних работ, для защиты труб, для получения химически стойких, антифрикционных, электроизоляционных и других покрытий.

Этапы технологического процесса получения порошкового покрытия:

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

От соблюдения технологических режимов в течение всего технологического процесса зависит насколько качественно будет выполнено покрытие. Технологический процесс индивидуален для каждого изделия - он должен учитывать условия использования изделия и конструкционный материал, из которого оно изготовлено.

Составляющие линиинанесения порошковой краски методом её распыления в электростатическом поле высокого напряжения:

1. Система подготовки поверхности

3.Камера для нанесения покрытия

4.Камера полимеризации

5. Транспортная система

1. Подготовка поверхности

Подготовка поверхности это важный этап в технологическом процессе. Требования к деталям, которые необходимоокрасить : отсутствие заусенцев, необработанных сварочных швов, брызг, прожогов, трещин и острых кромок. Кроме этого, поверхность должна быть сухой, чистой (без окалины и ржавчины), очищенной от всех загрязнений (консистентных смазок, масел и др.)

Изделие приводится в надлежащее состояние в установке для предварительной обработки, которая состоит из нескольких зон. Для химической очистки поверхности изделия от загрязнений применяются два метода: окунание в ваннах или распыление раствора в туннеле. В зависимости от материала после очистки следует травление, обезжиривание или фосфатирование.

2. Сушильная камера для удаления адгезионной воды

Сушильная камера для удаления адгезионной воды используется для удаления остатков влаги после того, как деталь прошла все стадии предварительной обработки. Данная камера напоминаетпечь полимеризации , но имеет более простую конструкцию и работает с температурами до 160 °C. Вариант сушки детали зависит от её типа, в некоторых случаях достаточно обдувки сухим воздухом из помещения.

3. Камера для нанесения порошковой краски

Работа даннойкамеры основывается на принципе электризации частиц, которые находятся в состоянии аэрозоля. Частицы заряжаются под воздействием внешнего поля. Существуют 2 метода, которые используются для нанесенияпорошковой краски в электрическом поле:

• Электростатический (частицы краски получают заряд от источника тока)
• Трибостатический (частицы получают заряд от трения)

В практике чаще используют электростатическое напыление. С помощью данного метода можно наносить различные порошковые материалы, например, эпоксидные, полиэфирные или полиуретановые. В свою очередь, трибостатический метод используется для нанесения эпоксидных красок, а для других необходимы специальные добавки. Электростатический метод является довольно производительным и позволяет получить покрытие хорошего качества. При данном методе можно использовать различные виды распылителей. Наиболее часто один канал служит для прохода порошковой краски, а другой - для прохода сжатого воздуха, который необходим для распыления. Зарядка порошка происходит в самом пистолете при 60-70 кВт. Давление воздуха на распылителе примерно от 0,8 до 1,5 МПа. Существуют определенные нормы, которым должен соответствовать сжатый воздух:

• содержание масла менее 0,01 мг/м³
• содержание влаги менее 1,3 г/м³
• содержание точек росы менее 7°C
• содержание пыли менее 1 мг/м³

Для распыления на пистолете могут быть использованы разные виды распылительных насадок. Толщина 1 слоя покрытия: 20-150 мкм.

Производитьраспыление порошковых красок надо в специальныхкамерах нанесения . По своей конструкциикамеры нанесения порошковой краски бывают различные, но во всех используется один и тот же принцип: частицы краски, которые не осели на поверхности детали, отсасываются с помощью вентилятора, а затем проходят через фильтр или циклон. Воздух, который был отработан и очищен выпускается, а частицы порошка остаются на фильтровальной поверхности, в качестве которой используется ткань или бумага. После этого краска, которая не осела собирается в ёмкость или же подаётся обратно в пистолет для распыления.

Если нужно поменять цвет краски, то обязательно надо почиститькамеру напыления или же поменять фильтр, а также продуть шланги для подачи краски.

Насколько полно краска осядет зависит от таких факторов, как удельный массовый заряд частиц, скорость движения воздуха вкамере нанесения , равномерность подачи краски, а также от размера и конфигураций окрашиваемой детали. Поэтому необходимо соблюдать требуемые параметры работы электростатическихустановок для нанесения порошковой краски , а также порошкового резервуара иокрасочной камеры .

Для стабильной работы электростатических распылителей следует поддерживать давление воздуха на входераспылителя 0,1 - 0,6 Мпа и напряжение на коронирующем электроде 60-80 кВт.

Обязательно нужно учитывать, что наиболее оптимальные параметры можно подобрать лишь экспериментальным путем, принимая во внимание конкретные габариты деталей и их конфигурации. Еще один важный фактор, влияющий на полноту и качествонанесения порошковой краски - тип распыляющей насадки. Плавную и регулируемую подачу порошка в пистолет должен обеспечивать порошковый резервуар в пределах от 0 до 25 кг/ч, а подачу воздуха с расходом 0-20 м³/ч.

При несоблюдении требуемых параметров могут возникнуть дефекты покрытия.

4. Камера полимеризации порошковой краски

Структура порошкового покрытия формируется в процессе отвердевания, её характер зависит как от природы ЛКМ, так и от условий, при которых формируется покрытие. Данные условия указаны в технической документации кпорошковой краске . Режим отвердевания необходимо соблюдать, иначе могут быть изменены свойства покрытия. Так при недогреве ухудшаются механические свойства, а при перегреве искажаются цвет и блеск.

На практике применяется несколько режимов отвердеванияпорошковых красок , выбор подходящего зависит от производственных условий и непосредственно от материала детали.

Нужно обратить внимание, что в документации к краске указана температура отвердевания, которая должна быть на поверхности детали.

При конвективном методе сушка занимает примерно 15-25 минут при температуре 160-250°C.

При сушке в комбинированнойсушильной камере процесс занимает около 10-12 минут.Комбинированные камеры имеют ряд преимуществ:

• меньше времени затрачивается на нагрев детали
• нет необходимости в предварительном нагреве детали
• имеется возможность управления процессом
• ускорение процесса отвердевания покрытия на тонкостенных изделиях
• нет необходимости в зоне охлаждения большого размера
• получение улучшенных механических свойств покрытия
• высокий КПД

5. Транспортная система

Устройства для транспортировки деталей используются с целью автоматизации процесса порошковой покраски. Важное место в транспортной системе занимают подвесные и ленточные конвейеры. Многие проблемы, связанные с транспортировкой, в том числе, при обработке деталей средних размеров или тяжелых деталей можно решить, используя однониточные или подвесные конвейеры. В тех случаях, когда необходимо нанести покрытие на крупногабаритные или очень длинные детали, а также при работе в помещениях небольшой площади лучше всего использовать установку, которая включает в себя устройства с приводом и без привода (установка Power+Free), благодаря которой имеется возможность продольного и поперечного перемещения.

Общая технологическая схема процесса производства производства порошковой краски включает в себя следующие этапы:
1 – подготовка и дозирование исходного сырья;
2 – смешение компонентов;
3 – экструдирование смеси (получение чипсов);
4 – измельчение чипсов;
5 – фасовка, упаковка, маркировка;
6 – контроль качества.
Контроль качества выделен в отдельный этап с определенной степенью условности. На самом деле этот этап разбивается на отдельные составляющие (подэтапы), которые являются обязательной (завершающей) частью каждого из этапов технологии.
Подготовка и дозирование исходного сырья. Этап начинается с получения исходного сырья на склад завода и его приемки. Сырье может поставляться в мешках или коробках, пластиковых емкостях объемом, мягких контейнерах (бигбегах) массой порядка 600 кг. При приемке сырья на складе проверяется целостность и внешний вид упаковки, соответствие количества и наименования сырья данным, указанным в транспортной накладной, номера партий сличаются с номерами в паспортах качества. После приемки необходимое для производства количество сырья с помощью различных устройств доставляется на участки дозирования, оставшаяся часть сырья хранится на складе. На участке дозирования также проводится визуальная оценка соответствия внешнего вида сырья определенным требованиям
Дозирование сырья выполняется на участках малого и большого премиксов согласно заданию на производство. Сначала на малом премиксе производится ручное взвешивание на весах отдельных компонентов ПК, содержание которых в рецептуре краски незначительно. Оператором пробивается и подписывается чек, на котором указывается цифровой код взвешенного компонента и его фактическое количество. Затем смесь с малого премикса передается на большой премикс.
Большой премикс позволяет дозировать компоненты рецептурного состава ПК в больших количествах. Поступившее со склада сырье с помощью механических устройств засыпается в отдельные бункеры. Оператором большого премикса выбирается соответствующий количеству загрузки чистый передвижной (на колесиках) контейнер, который устанавливается на напольных весах под бункерами. В определенной последовательности с контролем по весам отдельные компоненты пересыпаются из бункеров в контейнер (смесь от малого премикса – вручную). По окончании дозирования оператором пробивается и подписывается чек, в котором указывается номер компонента и его взвешенное количество. Далее контейнер с технологической картой и двумя чеками от премиксов перевозится на участок смешения.

Смешение компонентов. В зависимости от размера загруженного смесью передвижного контейнера операция выполняется промышленных смесителях (миксерах). Режим смешивания задается на таймере пульта управления. Для исключения перегрева на смесительную головку миксера подается охлажденная вода. По окончании смешения компонентов готовая смесь (шихта) в контейнере перевозится на участок экструзии.
Экструдирование смеси. Получение расплава краски в непрерывном режиме выполняется на специальном оборудовании, которое называется экструдер. Различные типы экструдеров отличаются друг от друга, в основном, производительностью. Условно экструдер можно разделить на два уровня: верхний и нижний.
Передвижной контейнер с готовой смесью с помощью механических устройств поднимается на площадку станции разгрузки (верхний уровень) и фиксируется на ней пневмозахватами. Оператор вручную открывает клапан контейнера, и шихта с помощью шнекового питателя начинает подаваться непосредственно в экструдер (нижний уровень). Проходя с регулируемой скоростью зону принудительного обогрева, шихта расплавляется и посредством шнеков самого экструдера уже в этом состоянии перемешивается до однородного состояния.
Горячий расплав (температура 110-130ºС) выдавливается из разгрузочного отверстия экструдера и стекает на охлаждающие цилиндры (валики) системы непрерывного охлаждения. Проходя между двумя цилиндрами, сплав раскатывается до вида ленты толщиной 0,5 – 1,5 мм, остывает и переходит в твердое состояние. Далее охлажденная лента через ленточный транспортер подается на дробилку, где происходит ее размельчение до состояния чешуек (чипсов) размером 10х10 мм. Принятие окончательного размера и вида чипсы принимают в системе измельчения.
Измельчение чипсов происходит на установке, в состав которой входят:
- турбовентилятор;
- импульсная мельница-классификатор;
- циклон с системой разгрузочных шлюзов;
- система тонкой очистки.
Турбовентилятор создает регулируемый поток воздуха, посредством которого чипсы переносятся в мельницу-классификатор, работающую по принципу ударно-центробежного измельчения. Далее поток воздуха направляет размолотый продукт в циклон и далее, через систему разгрузочных фильтров, на вибросито (для разных ПК размер ячейки вибросита может быть свой). На сите крупная фракция частиц отсеивается и возвращается на повторный размол в мельницу, а товарная фракция продукта подается на фасовку.
Из циклона воздух, содержащий порошковую пыль, поступает в систему тонкой очистки. Она представляет собой несколько рукавных фильтров, расположенных в одном корпусе. Проходя через рукавные фильтры, порошковая пыль осаждается на их поверхности, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Пыль из фильтров накапливается в пылесборнике и оттуда поступает в полиэтиленовые мешки. Мешки заменяются по мере наполнения.

Как уже известно, краски имеют давнюю историю, их используют широко и это приносит пользу человеку. Применение красок в быту получило широкое распространение не так давно, но люди сразу поняли, сколько полезного можно извлечь из них. Оказалось, что помимо визуального преображения окрашенная поверхность или предмет домашней утвари ещё и служат дольше!

И стали открываться по миру сначала небольшие цеха по производству красок, которые, со временем, превратились в гигантов лакокрасочной промышленности. С развитием мировой экономики и появлением новых материалов, ширился и ассортимент производимой продукции. Сегодня магазины предоставляют широчайший выбор лакокрасочных материалов, разнообразных по составам и назначениям, в которых и специалисту не мудрено запутаться, не говоря о простом потребителе.

Тем не менее, такой товар никогда не задерживается на полках магазинов, ведь лакокрасочные материалы востребованы во многих сферах деятельности человека. В современном, бурно развивающемся мире, они стали незаменимыми помощниками, подняв уровень своего применения на новую планку. И наверно, настало время познакомиться поближе с некоторыми видами лакокрасочных материалов. Рассказать обо всех не получится, поскольку их сейчас очень много. Но, об одном из самых интересных видов красок, а именно порошковых красках, мы сейчас узнаем не мало интересного. И так, добро пожаловать в мир лакокрасочных материалов.

Порошкообразные краски состоят из многих компонентов измельчённой пасты в основу которой входят твёрдые плёнкообразующие частицы и разделяющая их воздушная среда. Их разделяют не пигментированные лаки и пигментированные краски. Особо широко пользуются порошковыми красками образующими не прозрачный кроющий, разноцветный слой. Использование лаков происходит в тех случаях, когда цветовое покрытие не играет существенной роли, либо эксплуатационные условия диктуют необходимость не закрытой фактуры обрабатываемой плоскости, к примеру, работе с мебелью, лакировки кабеля и пластмассовых изделий.

Так же, как и жидкие краски, порошковые должны соответствовать целому ряду технологических стандартов и производственным требованиям.

Основные из них - возможность нанесения тонким слоем на обрабатываемую плоскость и образование покрытия, которое будет обладать комплексным набором покрывающих качеств.

Если сравнивать жидкие и порошкообразные краски по составу и назначениям, тони достаточно близки, но имеют существенные различия по свойственным параметрам. Они обуславливаются их различным физическим состоянием. Обыкновенные краски на жидких растворах и измельчённых пастообразных смесей, представляют собой жидкостный состав, и чтобы дать им технологическую оценку применяется анализ и методика, используемые при проверках веществ на жидкостной основе.

Лаки и краски на порошковой основе принято относить к твёрдым (порошковым) телам, со всеми сопутствующими им характеристиками и идентификационными способами определения их химического и физического составов. Тот факт, что в порошковых красках в качестве дисперсионного элемента используют воздух, а не водные растворяющие средства, используемые в жидких красителях, даёт им ряд технических, экологических и экономических преимуществ.

Поэтому лакокрасочные материалы на порошковых основах относятся к средствам, обладающим 100 процентный сухим остатком. Порошкообразные краски удобны в транспортировке, так как им не нужна жёсткая герметичная упаковка.

Изобретение красок на порошковых основах вызвало необходимость в разработке специальных способов работ с ними, в частности, нанесение на рабочую поверхность порошковых красок несколько отличается от аналогичных действий при использовании обычных лакокрасочных материалов.

Такие традиционные способы окрашивания, как:

1. Валковый.
2. Окунательный.
3. Обливочный.
4. Кистевой.
5. Мазковый.

оказались не совсем приемлемыми при малярных работах с применением порошковых красок. Для них разработали несколько новых технологий, которые на практике оказались весьма эффективными.

Выделим лишь основные из них:

1. Аэрозольная.
2. Электростатическое.
3. Струйное.
4. Окрашивание с помощью кипящих слоёв.

Общая характеристика порошкообразных красок

Лакокрасочная продукция с порошковыми основами способна формировать покрывающую плёнку при повышении температурных показателей. Энергетические проблемы, связанные с понижением температур и сроком образования покрывающего слоя, отвечающего за минимализацию энергорасхода, стали основным фактором разработок и применения подобных материалов.

Классификация производимых порошковых красок осуществляется исходя из химических признаков, типам плёнкообразующих веществ и назначениям обрабатываемых поверхностей.

Химическое отношение делится на 2 вида материалов:

1. С термопластичной основой.
2. С термореактивной плёнкообразовательной основой

Термопластичная основа позволяет создавать покрытие недоступное химическим изменениям, потому что она сплавливает пигментированные частицы и охлаждает расплавы. Полученный на этой основе слой имеет хорошую обратимость, термопластичность и, в своём большинстве, отличную растворяемость.

Материалы на термореактивной плёнкообразовательной основе создают покрытие за счёт спаивания пигментированных частиц с последующим химическим изменением. Созданное ими покрытие необратимо, нерастворимо и не поддаётся плавлению. По своему химическому составу они имеют существенные отличия от исходных красочных составов. Сначала в лакокрасочном производстве лидировали краски на термопластичной основе, но потом объёмы выработки материалов термореактивной основе с добавлением плёнкообразователей резко пошёл вверх и на сегодняшний день их доля на мировом рынке порошковых красок составляет 4/5 выпускаемой продукции.

Таблица. Назначение термопластичных и термореактивных порошковых красок.

Металлические субстраты
Тяжелое, транспортное и сельскохозяйственное машиностроение	Станки, трубы (газовые, нефтяные, систем мелиорации и водоснабжения), детали автомобилей и мотоциклов, велосипеды
Приборостроение, электротехническая, радио- и электронная промышленность	Трансформаторы, конденсаторы, приборы, инструменты
Производство товаров народного потребления, бытовой техники	Холодильники, водонагреватели, кондиционеры, отопительные радиаторы, пылесосы, металлическая мебель, детали швейных машин, корпуса газовых и электроплит, стиральных машин
Строительство	Арматура, оборудование спортплощадок, светотехническое оборудование, металлические оконные рамы и шифер
Неметаллические субстраты
Строительство	Облицовочные фасадные плитки, асбоцементные, керамические; черепица
Производство товаров народного потребления	Декоративные керамические изделия, изделия из пластмассы, древесины

Порошковые краски с плёнкообразователями

Наименование таких красок исходит от наличествующих в них олигомерных, либо полимерных соединений, ставших основой их состава.

К примеру, такие порошковые краски, как;

1. Эпоксидная.
2. Полиэфирная.
3. Поливинил-хлоридная.
4. Полиэтиленовая.

сделаны с основополагающими добавлениями этих пленкообразующих веществ. Краски на порошковых основах отличаются также и по назначениям и образованию атмосферостойких, антифрикционных, электроизоляционных и иных разновидностей защитных слоёв.

Качественные сырьевые материалы играют ключевую роль в изготовлении порошковых красок на полимерных основах и являются необходимым условием для избежания проблемных факторов производства, способствующих снижению качественных параметров конечной продукции. В следствие этого выбор химических составляющих должен производится самым внимательным образом. Мировые лидеры лакокрасочной промышленности имеют в своём распоряжении научные лабораторные отделы, которые осуществляют тщательный контроль за всем сырьём, поступающим на производство.

Приведём некоторые, основные химические соединения, используемые при производстве красок на порошковой основе на лакокрасочных предприятиях постсоветского пространства.

Вот мы и познакомились с порошковыми красками. Конечно, столь небольшой объём информации изложенной в данной статье, не позволит нам обращаться с ними на «ты», так как многих аспектов мы не коснулись. Тем не менее, некоторую информацию мы получили, и столкнувшись с необходимостью приобретения порошковой краски, уже не будем действовать вслепую. Найдя общий язык с порошковыми красками, и заполучив их в свои верные помощники, можно достичь немалых успехов на ниве ремонта, которым можно будет гордиться долгое время.

материалы по теме

Эпоксидные лакокрасочные материалы за время своего развития получили хорошую репутацию и на сегодняшний день имеют большую популярность как среди специалистов, так и среди простых людей, не каждый день сталкивающихся с ремонтными или строительными работами. Эпоксидными красками называются те краски, основным компонентом состава которых является эпоксидная смола.

Изделия из металла требуют мер, по защите поверхности, от воздействия внешней среды. Даже обычная вода, может самым серьезным образом, нанести вред дорогому изделию. Воздействие агрессивной среды оказывается еще более разрушительным. Коррозия наносит непоправимый вред. Защитить металл могут лаки и краски. Негативным моментом их применения является наличие опасных, и просто неприятных летучих соединений. Работать с лаками и красками вредно для здоровья.

Если рассматривать такой удобный и практически универсальный лакокрасочный материал, то перед тем как сделать свой выбор в пользу какой-то разновидности краски, давайте разберёмся с тем, а что же она собой представляет в общем.

Порошковая окраска - это безотходная и экологически чистая технология получения полимерных покрытий с высокими защитными и декоративными свойствами. Технология порошковой окраски была разработана и начала применяться в 50-60 х годах прошлого столетия. В настоящее время порошковыми красками обрабатывается примерно 15% окрашиваемых изделий в мире.

Основное различие между технологией нанесения традиционных жидких и порошковых материалов заключается в том, что порошковые краски не содержат в своем составе органических растворителей, жидкого пленкообразователя и изначально находятся в твердом агрегатном состоянии.

Порошковые краски представляют собой смеси пигментов, наполнителей и сухих олигомерных или полимерных органических пленкообразователей, образующих при расплаве сплошные пленочные покрытия. В состав порошковых материалов входят следующие компоненты:

Пленкообразователи – термопластичные полимеры или термореактивные олигомеры;

Пигменты и наполнители;

Модификаторы;

Стабилизаторы;

Структурирующие вещества.

В зависимости от типа пленкообразователя, входящего в состав порошковых лакокрасочных материалов, последние подразделяются на эпоксидные, эпоксиполиэфирные, полиэфирные, полиуретановые, полиакриловые, полиэтиленовые, полиамидные и др. Каждый из перечисленных материалов имеет свои преимущества, недостатки и специфические области применения.

Частицы пигмента должны быть в несколько раз меньше зерен полимеров, быть инертными и не увеличивать температуру текучести и вязкость расплавов, а также не тормозить пленкообразование. Для пигментирования используют высокодисперсные, укрывистые и термостойкие пигменты: диоксид титана, оксид хрома, железооксидные пигменты, технический углерод, фталоцианиновые пигменты; а также наполнители – , барит, аэросил.

Независимо от состава порошковые материалы представляют собой однородный нерасслаивающийся сыпучий порошок с размерами зерен от 10 до 100 мкм.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОРОШКОВЫХ ЛКМ

Для получения порошковых красок применяют три разных способа:

Сухое смешение дисперсных компонентов;

Смешение в расплаве с последующим измельчением плава;

Диспергирование пигментов в растворе пленкообразователей с последующей отгонкой растворителя из жидкого материала.

Сухое смешение применяется при пигментировании предварительно измельченных термопластичных полимеров. При использовании этого способа нерасслаивающиеся стабильные композиции получаются только в том случае, если при смешении происходит дезагрегация зерен исходных материалов и образование новых смешанных агрегатов с большой контактной поверхностью между разнородными частицами. При сухом смешивании без измельчения зерен полимеров частицы пигментов и наполнителей только "опудривают" поверхность зерен полимеров снаружи. Полярные полимеры (поливинилбутираль, полиамиды, эфиры целлюлозы и др.) имеют хорошую адгезию к дисперсным пигментам и наполнителям. Неполярные полимеры (полиолефины, фторопласты и др.) значительно труднее смешиваются с наполнителями.

Жидкие компоненты – пластификаторы, отвердители, модификаторы как правило предварительно перетирают с пигментами и наполнителями, а затем смешивают с полимерами в шаровых, вибрационных и др. мельницах. Сухое смешение – наиболее простой способ, осуществляемый в различных смесителях, но получаемый при этом конечный продукт имеет недостаточно равномерное распределение пигментов.

Смешение в расплавах (Рис. 1) производится при температуре несколько выше температуры текучести пленкообразователя. При этом пигментные частицы смачиваются и проникают внутрь частиц пленкообразователя, создавая более однородные макро- и микроструктуры еще до стадии пленкообразования. Смешение компонентов в расплавах возможно для любых пленкообразователей, но наибольшее применение находит для эпоксидных, полиэфирных, акрилатных, уретановых олигомеров, низкомолекулярного поливонилхлорида и др.

Рис. 1 Технологическая схема производства порошковых красок

Процесс изготовления включает пять операций:

Дробление исходных компонентов до зерен размером 1 – 3 мкм;

Расплавление полимера или олигомера и смешение компонентов в расплаве;

Охлаждение расплава;

Измельчение расплава;

Сухой просев или сепарация порошка.

Дробление пигментов при производстве порошковых материалов производится практически только в экструдерах (червячных смесителях). Попытки использования других видов оборудования не оправдали себя.

Рис. 2 Диаграмма профиля температур при диспергировании порошкового материала в одношнековом экструдере

Главной частью экструдера является шнек, вращающийся в цилиндрическом корпусе (Рис. 2). Червяк захватывает сухую смесь "пленкообразователь – пигмент – наполнитель" из питающего бункера и пропускает ее через цилиндрический корпус, расплавляя и смешивая (перетирая) ее по мере продвижения. В промышленности порошковых красок используются два конкурирующих типа экструдеров: первый является двухшнековым экструдером с двумя совмещенными шнеками, вращающимися в одном направлении, второй – одношнековый экструдер, в котором шнек периодически двигается назад - вперед (т.н. смеситель co - compounder).

Червяки двухшнекового экструдера дополнительно оснащены перемешивающими дисками. В одношнековом экструдере смешение происходит из-за сложной формы и характера движения шнека в сочетании со специальными выступами, расположенными на внутренней стенке цилиндра.

Основная операция – горячее смешение компонентов проводится при температуре 90 – 110 °C , вязкости 10 3 – 10 5 Па*с в течение 0,5 – 5,0 минут в аппаратах непрерывного действия – экструдерах, двухчервячных шнековых смесителях, с четко регулируемой системой обогрева. Наилучшие результаты достигаются при предварительном диспергировании пигментов в небольшом количестве расплава пленкообразователя и пластификатора, затем такие пигментные концентраты вводят в основную массу расплава пленкообразователя с остальными компонентами.

Максимальная температура расплава должна быть на 20 °C ниже температуры отверждения порошкового материала, среднее время пребывания не должно превышать время, необходимое для диспергирования, и распределение времени пребывания должно быть как можно более узким (как правило, не более 15 секунд).

На эффективность работы экструдера влияют:

• эффект сдвига (скорость, момент);
• среднее время пребывания смеси в аппарате;
• производительность аппарата;
• температура;
• вязкость расплава.

Данный способ производства порошковых материалов позволяет резко улучшить дисперсность, сократить время смешивания и уменьшить опасность преждевременного отверждения порошка. Дисперсность частиц пигмента составляет от 1 до 20 мкм. При таком способе производства энергозатраты на смешение в расплаве и последующее измельчение более высокие, но они оправдываются высоким качеством покрытий и меньшей их толщиной по сравнению с сухим способом.

Недостатком данного способа производства порошковых красок является трудность точной подгонки цвета и необходимость зачистки оборудования при переходе с цвета на цвет.

Порошковые краски, получаемые испарением органических растворителей из жидких красок, наиболее дисперсны и имеют частицы округленной формы размером 20 – 40 мкм. Они отличаются более высокой красящей способностью и пониженной температурой отверждения. Их изготовление включает стадии обычного производства органорастворимых лакокрасочных материалов, а также отгонки растворителя в сушилках распылительного типа и улавливания конденсата отогнанного растворителя с возвращением его в производственный цикл. Недостатком этого способа является его чрезвычайная взрывоопасность, поэтому в качестве теплоносителя для сушки используется азот.

Появление порошковых материалов – закономерный результат эволюции лакокрасочной индустрии. Лакокрасочные материалы с высокой долей нелетучих веществ, во-первых, более экономичны в плане нанесения, а во-вторых, их широкое использование позволяет если не оздоровить, то хотя бы улучшить экологическую обстановку.

Будучи лакокрасочными материалами со стопроцентным сухим остатком, порошковые краски находят все большее и большее применение. Однако их использование ограничивается формой и габаритами окрашиваемых изделий, а также чувствительностью подложки к повышенной температуре.

Основными преимуществами порошковых красок по сравнению с традиционными органоразбавляемыми материалами являются:

• отсутствие органических растворителей;
• значительно меньшее количество отходов (менее 0,05% от массы материала);
• высокая скорость отверждения;
• возможность нанесения материала за один слой;
• широкий диапазон легко достигаемых специальных эффектов (муар, апельсиновая корка и др.);
• возможность регулирования толщины слоя покрытия;
• практически полное отсутствие вредных выбросов;
• низкая пожароопасность производства;
• меньше затраты на получение покрытия.

Все порошковые краски могут быть разделены на две большие группы: термопластичные и термореактивные.

Технология порошковой окраски термопластичными порошковыми красками основывается на формировании покрытия без химических реакций, лишь за счет сплавления частиц при нагревании. Образующиеся из них покрытия термопластичны, обратимы. Их используют преимущественно для получения покрытий функционального назначения – химически стойких, противокоррозионных, антифрикционных, электроизоляционных. Покрытия обычно наносят толстыми слоями – 250 мкм и более. Типичные области их применения – это защита проволоки, труб, корзин посудомоечных машин, морозильных камер, шлицевых валов и узлов трения, переключателей и других изделий.

Существуют различные технологии и методы нанесения порошковых материалов. Электростатический и трибостатический методы напыления являются наиболее популярными и распространенными.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОРОШКОВОЙ ОКРАСКИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ

Популярность нанесения порошковой краски электростатическим напылением (Рис. 3) обусловлена следующими факторами: высокая эффективность зарядки почти всех порошковых красок, высокая производительность при порошковом окрашивании больших поверхностей, относительно низкая чувствительность к влажности окружающего воздуха подходит для нанесения различных порошковых материалов со специальными эффектами (металлик, шагрень, муар и т.д.). Основное оборудование для порошковой окраски – электростатический пистолет-распылитель.

Рис. 3 Технология зарядки коронным разрядом

Наряду с достоинствами электростатическое напыление имеет ряд недостатков, которые обусловлены сильным электрическим полем между пистолетом-распылителем и деталью, которое может затруднить нанесение порошкового покрытия в углах и в местах глубоких выемок (Рис. 4). Это явление носит название эффекта клетки Фарадея. Данный дефект является результатом воздействия электростатических и аэродинамических сил.

Рис. 4 Эффект клетки Фарадея

На Рис. 4 показано, что при нанесении порошкового покрытия на участки, в которых действует эффект клетки Фарадея, электрическое поле, создаваемое распылителем, имеет максимальную напряженность по краям выемки. Силовые линии всегда идут к самой близкой заземленной точке и, скорее всего, концентрируется по краям выемки и выступающим участками, а не проникают дальше внутрь.

Это сильное поле ускоряет оседание частиц, образуя в этих местах порошковое покрытие слишком большой толщины.

Эффект клетки Фарадея наблюдается в тех случаях, когда наносят порошковую краску на металлоизделия сложной конфигурации, куда внешнее электрическое поле не проникает, поэтому нанесение ровного покрытия на детали затруднено и в некоторых случаях даже невозможно.

Кроме эффекта клетки Фарадея при нанесении порошковых красок в электрическом поле иногда встречается и другая проблема – неправильный выбор электростатических параметров распылителя и расстояния от распылителя до детали может вызвать обратную ионизацию и ухудшить качество полимерного порошкового покрытия (Рис. 5).

Рис. 5 Обратная ионизация

Обратная ионизация вызывается излишним током свободных ионов от зарядных электродов распылителя. Когда свободные ионы попадают на покрытую порошковой краской поверхность детали, они прибавляют свой заряд к заряду, накопившемуся в слое порошка. На поверхности детали накапливается слишком большой заряд. В некоторых точках величина заряда превышается настолько, что в толще порошка проскакивают микро-искры, образующие кратеры на поверхности, что приводит к ухудшению качества покрытия и нарушению его функциональных свойств. Обратная ионизация также способствует образованию дефекта "апельсиновой корки", снижению эффективности работы распылителей и ограничению толщины получаемых покрытий.

Для уменьшения эффекта клетки Фарадея и обратной ионизации было разработано специальное оборудование, сокращающее количество ионов в ионизированном воздухе, когда заряженные частицы порошка притягиваются поверхностью. Свободные отрицательные ионы отводятся в сторону благодаря заземлению самого распылителя, что значительно снижает проявление вышеупомянутых негативных эффектов. Увеличив расстояние между распылителем и поверхностью детали, можно уменьшить ток пистолета распылителя и замедлить процесс обратной ионизации.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОРОШКОВОЙ ОКРАСКИ ТРИБОСТАТИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ

В отличие от электростатического напыления, в данной системе нет генератора высокого напряжения для распылителя. Порошок заряжается в процессе трения (Рис. 6). Главная задача в данном процессе – увеличение числа и силы столкновений между частицами порошка и заряжающими поверхностями пистолета распылителя.

Рис. 6 Трибостатическое напыление

Одним из лучших акцепторов в трибоэлектрическом ряду является политетрафторэтилен (тефлон), он обеспечивает хорошую зарядку большинства порошковых красок, имеет относительно высокую износоустойчивость и устойчив к налипанию частиц под действием ударов.

Трибостатическое напыление имеет ряд существенных преимуществ:

1. В распылителях с трибостатической зарядкой не создается ни сильного электрического поля, ни ионного тока, поэтому отсутствует эффект клетки Фарадея (Рис. 7) и обратной ионизации. Заряженные частицы могут проникать в глубокие скрытые проемы и равномерно прокрашивать изделия сложной конфигурации.

Рис. 7 Отсутствие эффекта клетки Фарадея

1. Возможно нанесение нескольких слоев краски для получения толстых порошковых покрытий.
2. Распылители с использованием трибостатической зарядки конструктивно более надежны, чем пистолеты распылители с зарядкой в поле коронного разряда, поскольку они не имеют элементов, преобразующих высокое напряжение. За исключением провода заземления, эти распылители являются полностью механическими, чувствительными только к естественному износу.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОРОШКОВОЙ ОКРАСКИ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ И СТРУЙНЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ

Технология порошковой окраски термореактивными порошковыми красками основывается на том, что покрытие, в отличие от термопластичных материалов, формируется посредством химических реакций при нагревании. Такие покрытия имеют трехмерное строение, они неплавкие и нерастворимы, т. е. необратимы. Термореактивные краски служат для получения как функциональных покрытий, так и защитно-декоративных. Для получения покрытий функционального назначения наиболее широко применяют эпоксидные составы. Их наносят слоями 100-150 мкм на предварительно нагретую до 50-60 °C поверхность изделия в аппаратах кипящего слоя (многократно чередуя нагрев и погружение в порошок) или струйным распылением. Толщина покрытия, нанесенного таким способом, как правило, колеблется в пределах 300-500 мкм. Поэтому данный метод применяют для окраски изделий, имеющих небольшую площадь и сложную конфигурацию поверхности – роторов и статоров электродвигателей, труб (изнутри и снаружи), металлической арматуры, проволоки, сетки, катушек и т.д.

Порошковое покрытие формируется, одним из вышеперечисленных способов, затем идет тепловая обработка в течение 10-20 минут при температуре 160-200 °C, во время которой порошковая краска плавится, растекаясь по поверхности изделия и образуя тонкую прочную пленку – полимерное покрытие толщиной 60-80 мкм.

В последние годы все шире внедряются различные способы низкотемпературного (при температуре 120-130 °C) отверждения, применяемые для окраски изделий, чувствительных к повышенным температурам. Однако низкотемпературное отверждение применимо только для эпоксидных материалов.

Отверждение покрытия посредством ИК-излучения позволяет быстро нагреть изделие до нужной температуры, при этом технологический процесс значительно сокращается, и уменьшаются габариты оборудования, но данный способ отверждения подходит только для изделий простой формы, не отбрасывающей тень на саму себя.

Одним из перспективных способов отверждения покрытия порошковых материалов является УФ-отверждение. Однако и оно не лишено недостатков. Во-первых, данным способом нельзя получать матовые покрытия. Вторым недостатком является невозможность отверждения порошковых материалов желтого цвета, связанная со способностью желтых пигментов поглощать свет как в УФ-, так и в видимой области спектра.

Порошковые материалы используются, главным образом, для нанесения покрытий на металлы. Однако новые технологии и оборудование для порошковой окраски позволяют окрашивать и другие материалы, например, стекло, керамику, МДФ-плиты (древесноволокнистая плита средней плотности).

Хотя технология порошковой окраски имеет много преимуществ, имеются некоторые ограничения в производстве тонких и гладких декоративных покрытий. Текстура и свойства поверхности зависят от типа порошковых красок и настройки технологического оборудования для порошковой окраски. Для получения качественного порошкового покрытия очень важно соблюдать технологию нанесения и температурные режимы.

Многие производители предпочитают наносить порошковое покрытие с эффектом "апельсиновой корки", т.к. он позволяет скрыть дефекты металла, появляющиеся в ходе производства.

Порошковая окраска также имеет значительное преимущество в том, что не осевшая краска может быть собрана и повторно использована. Однако если в цикле окраски используется несколько цветов, это накладывает определенные ограничения на вторичное использование материала. Такую порошковую краску, соответствующую всем требованиям нормативной документации, исключая показатель "цвет краски", называют «вторичкой». Как правило, она используется для окраски деталей, декоративные свойства которых не имеют принципиального значения.

Использование порошковых лакокрасочных материалов предполагает получение долговечного покрытия. Однако если возникает необходимость удалить порошковую краску, для этого есть специальные средства.

Технология порошковой окраски не сложна, однако, требует практических навыков и опыта работы.

Для получения порошковых красок применяют три разных способа: сухое смешение дисперсных компонентов; смешение в расплаве с последующим измельчением плава; диспергирование пигментов в растворе пленкообразователей с последующей отгонкой растворителя из жидкого материала.

Сухое смешение применяется при пигментировании предварительно измельченных термопластичных полимеров. При использовании этого способа нерасслаивающиеся стабильные композиции получаются только в том случае, если при смешении происходит дезагрегация зерен исходных материалов и образование новых смешанных агрегатов с большой контактной поверхностью между разнородными частицами. При сухом смешивании без измельчения зерен полимеров частицы пигментов и наполнителей только "опудривают" поверхность зерен полимеров снаружи. Полярные полимеры (поливинилбутираль, полиамиды, эфиры целлюлозы и др.) имеют хорошую адгезию к дисперсным пигментам и наполнителям. Неполярные полимеры (полиолефины, фторопласты и др.) значительно труднее смешиваются с наполнителями. Жидкие компоненты – пластификаторы, отвердители, модификаторы как правило предварительно перетирают с пигментами и наполнителями, а затем смешивают с полимерами в шаровых, вибрационных и др. мельницах. Сухое смешение – наиболее простой способ, осуществляемый в различных смесителях, но получаемый при этом конечный продукт имеет недостаточно равномерное распределение пигментов.

Смешение в расплавах (Рис. 1) производится при температуре несколько выше температуры текучести пленкообразователя. При этом пигментные частицы смачиваются и проникают внутрь частиц пленкообразователя, создавая более однородные макро- и микроструктуры еще до стадии пленкообразования. Смешение компонентов в расплавах возможно для любых пленкообразователей, но наибольшее применение находит для эпоксидных, полиэфирных, акрилатных, уретановых олигомеров, низкомолекулярного поливонилхлорида и др.

Рис. 1 Технологическая схема производства порошковых красок

Процесс изготовления включает пять операций:

Дробление исходных компонентов до зерен размером 1 – 3 мкм;

Расплавление полимера или олигомера и смешение компонентов в расплаве;

Охлаждение расплава;

Измельчение расплава;

Сухой просев или сепарация порошка.

Дробление пигментов при производстве порошковых материалов производится практически только в экструдерах (червячных смесителях). Попытки использования других видов оборудования не оправдали себя.

Рис. 2 Диаграмма профиля температур при диспергировании порошкового материала в одношнековом экструдере

Главной частью экструдера является шнек, вращающийся в цилиндрическом корпусе (Рис. 2). Червяк захватывает сухую смесь "пленкообразователь – пигмент – наполнитель" из питающего бункера и пропускает ее через цилиндрический корпус, расплавляя и смешивая (перетирая) ее по мере продвижения. В промышленности порошковых красок используются два конкурирующих типа экструдеров: первый является двухшнековым экструдером с двумя совмещенными шнеками, вращающимися в одном направлении, второй – одношнековый экструдер, в котором шнек периодически двигается назад - вперед (т.н. смеситель co - compounder).

Червяки двухшнекового экструдера дополнительно оснащены перемешивающими дисками. В одношнековом экструдере смешение происходит из-за сложной формы и характера движения шнека в сочетании со специальными выступами, расположенными на внутренней стенке цилиндра.

Основная операция – горячее смешение компонентов проводится при температуре 90 – 110 о С, вязкости 10 3 – 10 5 Па∙с в течение 0,5 – 5,0 минут в аппаратах непрерывного действия – экструдерах, двухчервячных шнековых смесителях, с четко регулируемой системой обогрева. Наилучшие результаты достигаются при предварительном диспергировании пигментов в небольшом количестве расплава пленкообразователя и пластификатора, затем такие пигментные концентраты вводят в основную массу расплава пленкообразователя с остальными компонентами.

Максимальная температура расплава должна быть на 20 о С ниже температуры отверждения порошкового материала, среднее время пребывания не должно превышать время, необходимое для диспергирования, и распределение времени пребывания должно быть как можно более узким (как правило, не более 15 секунд).

На эффективность работы экструдера влияют:

• эффект сдвига (скорость, момент);
• среднее время пребывания смеси в аппарате;
• производительность аппарата;
• температура;
• вязкость расплава.

Данный способ производства порошковых материалов позволяет резко улучшить дисперсность, сократить время смешивания и уменьшить опасность преждевременного отверждения порошка. Дисперсность частиц пигмента составляет от 1 до 20 мкм. При таком способе производства энергозатраты на смешение в расплаве и последующее измельчение более высокие, но они оправдываются высоким качеством покрытий и меньшей их толщиной по сравнению с сухим способом.

Недостатком данного способа производства порошковых красок является трудность точной подгонки цвета и необходимость зачистки оборудования при переходе с цвета на цвет. Порошковые краски, получаемые испарением органических растворителей из жидких красок, наиболее дисперсны и имеют частицы округленной формы размером 20 – 40 мкм. Они отличаются более высокой красящей способностью и пониженной температурой отверждения. Их изготовление включает стадии обычного производства органорастворимых лакокрасочных материалов, а также отгонки растворителя в сушилках распылительного типа и улавливания конденсата отогнанного растворителя с возвращением его в производственный цикл. Недостатком этого способа является его чрезвычайная взрывоопасность, поэтому в качестве теплоносителя для сушки используется азот.

Появление порошковых материалов – закономерный результат эволюции лакокрасочной индустрии. Лакокрасочные материалы с высокой долей нелетучих веществ, во-первых, более экономичны в плане нанесения, а во-вторых, их широкое использование позволяет если не оздоровить, то хотя бы улучшить экологическую обстановку.

По материалам http://www.himtek-yar.ru