Технология производства порошковых лакокрасочных материалов. Технология порошковой покраски металла

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.

Порошковая покраска металла – современный метод окрашивания и защиты поверхностей. Жидкое покрытие с частицами порошка наносится на окрашиваемую деталь. Частицы удерживаются на поверхности силой электростатического притяжения. При высокой температуре частицы мелкодисперсного порошка расплавляются и полимеризуются, образуя единое качественное покрытие.

Характеристика и сферы применения порошкового окраса

Порошковая краска – жидкий состав на базе полимерных смол с отвердителями и модификаторами текучести. Для цвета добавлены пигменты. Температура обработки в камере 200–250 градусов. Технология порошковой покраски применяется для изделий, способных выдержать без деформации температуру, при которой происходит запекание покрытия.

Наибольшее распространение технология получила:

• в промышленном производстве металлических изделий;
• в производстве строительных материалов.

Стекло, керамика, МДФ также окрашиваются по этому методу.

Порошковой краской покрывают широкий сегмент товаров и конструкций, в том числе:

• мебель, бытовую технику;
• медицинские инструменты, оборудование;
• спортивный инвентарь;
• листовой металл, алюминиевые профили.

Основные преимущества и недостатки порошковой покраски

Порошковая покраска хорошо защищает поверхность. Краска ложится плотным слоем, толщиной 35–250 мкм, количество пор меньше. Один слой заменяет 2–3 слоя обычной краски. Ровная прочная плёнка покрытия не царапается, не повреждается при транспортировке.

Технология производства работ позволяет собирать распылённую в воздухе краску для повторного использования. Потери красящего состава сведены к минимуму, составляют 1–4% общей массы. Процесс покраски металла несложный, нетрудоемкий, не требует большого количества работников. Эти факторы удешевляют стоимость нанесения на квадратный метр конструкции.

Коррозия металла, окрашенного таким способом, исключена. Металлические изделия не выцветают под солнечным светом, цвет, качество покрытия не меняется в любых погодных условиях. Разнообразная палитра имеет множество оттенков, воспроизводит сложные фактуры бронзы, гранита, серебра. Блеск варьируется от матового до глянца.

Порошковая краска поставляется производителем уже готовой к работе, растворитель не применяется. Детали под порошковую окраску не грунтуют.

К недостаткам порошковой покраски относятся:

• состав не колеруется, выбор идёт из готовой палитры оттенков;
• невозможность нанесения вручную, только в цеховых условиях на специальном оборудовании;
• при дефекте в покраске металла исправить отдельный участок невозможно, деталь перекрашивается целиком;
• материал металлической детали должен выдерживать 200–250 градусов, что не всегда возможно;
• габариты деталей зависят от габаритов камеры полимеризации.

Разновидность порошковой окраски

Покраска металла проходит в три стадии. По подготовленной поверхности наносится порошковая краска. После напыления красящего состава деталь отправляют в печь для полимеризации.

Для нанесения покраски необходимо следующее оборудование:

• Камера нанесения. Оборудована отсосами воздуха для сбора краски, возвращения её или утилизации.
• Пневматический пистолет-распылитель. Вместе с питателем образует инструмент для нанесения порошковой покраски.
• Питатель.
• Камера полимеризации. Создаёт достаточную для завершения процесса температуру.

Установка, состоящая из пистолета-распылителя и питателя, создаёт смесь красящего вещества с воздухом, образовывает факел, придаёт электрический заряд частицам краски. Форма факела зависит от установленного сопла пистолета. Заряженные частицы, оседая на обрабатываемой заготовке, удерживаются силой электрического притяжения.

Существующие способы наложения

Способы наложения по типу получения частицами заряда называются электростатическим и трибостатическим.

Электростатическим методом заряд сообщается коронирующим электродом под высоким, 20–100 тыс. В, напряжением. Электростатические установки более мощные, производительные. При снижении напряжения электрода увеличивается скорость воздушной струи.

Трибостатический эффект достигается трением частиц друг об друга и материал корпуса пистолета. Корпус пистолета для повышения трения изготавливают из фторопласта.

Трибостатические установки дешевле, производительность работы агрегатов меньше, чем у электростатических. Процент оседания частиц на детали ниже. Не все краски по металлу рассчитаны на зарядку трением, нужно выбирать специальные или использовать адаптирующие добавки. Детали пистолета изнашиваются и требуют замены. Трибостатическим способом удобнее обрабатывать детали сложной формы, пазы, углубления. Электростатический метод в таких условиях не эффективен, оставляет непрокрасы.

По составу смол смеси разделяют на три категории:

• эпоксидные краски;
• эпоксидно-полиэфирные составы;
• полиэфирные краски.

Эпоксидные порошковые покрытия

Эпоксидные краски по металлу прочные, стойкие к химическим веществам, маслу топливу. Грунтовка под них не требуется, сами могут быть грунтовочным слоем перед нанесением жидких порошковых окрасок. Толщина наносимого слоя до 500 мкм.

Эпоксидная краска не проводит электричество, за изоляционные свойства востребована в электротехнической, радиотехнической промышленности при окраске металла, требующей повышенных антикоррозионных свойств. Чёрные металлы, оцинкованная сталь фосфатируется, алюминий и алюминиевые сплавы хроматируются. Формируется ударопрочное покрытие с хорошей адгезией.

Эпоксидно-полиэфирные покрытия более декоративны. На их основе можно получать сложные фактуры под тисненую кожу, эффекты состаренной поверхности, широкую палитру оттенков металлика с разной степенью блеска. Недостатком эпоксидно-полиэфирного покрытия является сниженная стойкость покраски к атмосферным явлениям и слабое противостояние процессам коррозии металла.

Полиэфирные порошковые краски – атмосферостойкие, механически прочные, стойкие к истиранию покрытия. Высокая адгезия полиэфирных составов позволяет наносить покрытие на все виды металлов, включая лёгкие сплавы. Хорошо изолируют электричество. Вступая в реакцию со щёлочью, слой покраски разрушается.

Особенности технологии нанесения порошковой краски и полимеризация

Нанесение порошковой краски проходит в три этапа:

1. Подготовка поверхности. Включает в себя удаление загрязнений и нанесение дополнительных конверсионных покрытий для повышения защитных свойств и долговечности.
2. Нанесение покраски в покрасочной камере с использованием установки.
3. Полимеризация в печи при высокой температуре.

Химическое обезжиривание металла под покраску является обязательным. Остатки масла, химикатов или капли влаги могут вызвать пятна с изменением цвета, проколы, раковины. Заготовка осматривается на предмет наличия острых кромок, заусенцев, наплывов от сварных швов и .

Необходимо очистить поверхность от ржавчины и пыли. Придание дополнительных свойств фосфатированием поверхности, хроматированием или пассивированием зависит от требований к покрытию.

Камера для нанесения оборудуется системой рекуперации, возвращающей микрочастицы в питатель.

Температура отвердения каждого вида краски указывается производителем в сопроводительных документах и, как правило, составляет 180–200 градусов. Под температурой полимеризации понимают температуру поверхности заготовки, а не температуру рабочего режима печи.

Отвердение покраски в полимеризационной камере рекомендовано проводить при сниженных температурах и длительных сроках. Это позволит увеличить твёрдость и избежать таких дефектов покрытия, как шагрень и потёки.

Массивные металлические изделия рекомендовано прогревать заранее, чтобы срока нахождения детали в печи хватило для окончательного отвердения. Не допускается наличие пыли в помещении. Транспортировать металлическое изделие с неостывшей покраской запрещено.

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.

Порошковая краска представляет собой пигментированную дисперсную систему, состоящую из твердых частиц, способную равномерно распределяться на окрашиваемой поверхности при нанесении и образовывать защитный слой.

Порошковая краска по металлу: свойства и характеристики

Чтобы обладать качественными характеристиками, обращают внимание на следующие показатели:

• составляющие дисперсии;
• сыпучесть;
• насыпная плотность;
• способность к распылению;
• свойства электризуемости;
• уровень псевдоожижения и др.

Дисперсионный состав

Порошкообразные краски состоят из мелких частиц разных размеров (полидисперсные системы), которые имеют значительный разброс по величине. При высокой дисперсности выделяют 2 вида: истинные и агрегаты частиц (скопления истинных частиц, ведущие себя как отдельная частица). При традиционных методах нанесения дезагрегации практически не наблюдается, поэтому истинная величина частиц, с точки зрения технологичности теряет своё значение. Более важной технологической характеристикой выступает гранулометрический состав.

Если фракционирование с помощью сита варьируется в довольно широком диапазоне от 5 до 350 мкм, то оптимальный размер частиц порошков для электростатического распыления составляет 10 – 100 мкм. Более жёсткие условия по величине дисперсионных частиц соблюдаются при получении тонких слоев – от 3 до 40 мкм. А в случае использовании порошка в кипящем слое считается, что диаметр частиц должен быть соизмерим с толщиной покрытия и достигать 350 мкм.

Дисперсность частиц должна иметь свой оптимальный фракционный диапазон в зависимости от вида и толщины покрытия и метода нанесения порошка. Высокодисперсные порошки при более лёгком сплавлении и возможности получения тонких покрытий отличаются худшим псевдоожижением, сильнее увлажняются и склоны к неравномерному осаждению на поверхности изделий. Порошки со слишком широким фракционным диапазоном склонны к сепарации и пылению, могут иметь повышенный брак поверхности покрытия.

Сыпучесть

Одним из обязательных условий к порошкообразным краскам являются необходимые показатели сыпучести, который определяется по времени истечения из откалиброванного отверстия или по углу естественного уклона, составляющего 36…45°.

На показатель влияет:

• химический состав;
• температура стеклования;
• форма и величина частиц, гладкость поверхности;
• увлажнение.

Низкая сыпучесть затрудняет равномерное распределение порошковой краски на окрашиваемой поверхности, усложняет технологическое оборудование.

Сыпучесть повышается у дисперсий с частичками сферической формы с низкой шероховатостью поверхности и повышением температуры стеклования, значительно снижается при снижении величины частиц и увлажнении порошков. Для повышения сыпучести используются специальные добавки, такие как пирогенный кремнезём или аэросил. Порошки предохраняют от увлажнения хранением в сухих складских помещениях в водонепроницаемой таре.

Насыпная плотность

Зависит от состава порошков, степени полидисперсности и формы частиц. В зависимости от вида плёнкообразователя плотность порошков может повышаться до двух раз. Пигментированные составы имеют большую плотность, которая увеличивается с повышением количества в составе пигментов и наполнителей.

Порошковая краска должна обладать достаточной высокой плотностью. При низкой насыпной плотности порошки неудовлетворительно «кипят», плохо распределяются на поверхности изделия.

Способность к электризации

Как и любые диэлектрики, частицы порошка во время изготовления, подготовки и использования приобретают электрические заряды. На уровень заряда влияет материал плёнкообразователя, величина частиц, влажность воздуха, интенсивность и вид механического воздействия и др.

Предрасположены к заряду частички эпоксидных, поливинилбутеральных, эпоксидно-полиэфирных и полиэтиленовых красок, что облегчает их нанесение методом электростатического напыления. Более мелкие частички порошков электризуются сильнее, дольше сохраняют заряд. При влажности воздуха более 70% электризуемость порошков значительно падает.

Электризация порошковых красок изменяет их физические свойства: снижаются сыпучесть и насыпная плотность. Чрезмерная электризация может привести к полной потере сыпучести. Уменьшение степени электризации порошковых красок вызывает значительные трудности. Даже длительная выдержка тонкого слоя порошковой краски на заземлённом металлическом листе не позволяет достичь полного изоэлектрического состояния. Степень электризации регулируют не только поверхностной обработкой и вводом антистатических добавок, но и направленным синтезом плёнкообразователей с заданными электрическими характеристиками. Используемое технологическое оборудование изготавливается из электропроводных материалов и качественно заземляется.

Способность к псевдоожижению

Технология нанесения в «кипящем слое» требует способности к псевдоожижению используемых порошков при продувке воздухом. Порошки из полиэтилена низкого давления, полиэфирных составов, полипропилена, поливинилхлорида и некоторых других материалов имеют низкую способность к псевдоожижению. Мелкодисперсные порошки с низкой сыпучестью и высокой влажностью могут вообще не «кипеть». Использование специального оборудования для получения «кипящего слоя», такие как вибровихревые установки, значительно повышает затраты на нанесение порошковых покрытий.

Свойство псевдоожижения повышается при увеличении частиц, создания шарообразной формы, снижении шероховатости поверхности и влажности.

Составы порошковых красок

Среди компонентов выделяют:

• плёнкообразователи;
• пигменты и наполнители;
• пластификаторы;
• модификаторы;
• отвердители и ускорители;
• вспомогательные добавки

Характеристики плёнкообразователя :

1. Являются твердыми веществами, которые могут находиться в аморфном или кристаллическом виде.
2. Представляют собой сыпучие порошки.
3. Малые показатели температуры плавки и вязкости расплава.
4. Формируют пленку через расплавы при нагреве.
5. Имеют высокую температуру деструкции.

Порошковые краски по виду плёнкообразователей, являющихся их основой, подразделяется:

• термопластические;
• термореактивые.

Термопласты не проходят химических изменений при нагреве и получили более широкое распространение за счёт:

• стабильности получаемых композиций;
• быстрого формирования покрытий;
• доступность.

Основным недостатком термопластических плёнкообразователей является низкая адгезионная прочность.

К термопластическим краскам относятся:

• полиэтиленовые;
• поливинилбутералевые;
• поливинилхлоридные;
• полиамидные;
• пентапластовые и другие.

Реактопласты при нагреве проходят химический процесс полимеризации и обладают:

• повышенной адгезией;
• могут формировать тонкие покрытия отличного внешнего вида благодаря низкой вязкости;
• пониженные температурные условия формирования;
• высококачественные характеристики покрытия в условиях эксплуатации.

Из минусов термореактивых плёнкообразователей можно отметить увеличение времени образования покрытия.

К термореактивным видам относятся:

• эпоксидные;
• полиэфирые;
• полиакрилатные;
• полиуретановые;
• эпоксидно-полиэфирные и др.

Пигменты и наполнители

В красках порошкового вида помимо стандартных требований дополнительно обладают:

• легкостью диспергируемости в расплаве плёнкообразователя;
• устойчивостью к температуре, при которой формируется покрытие, одновременно не изменяя цвет и не разлагаясь;
• инертностью к остальным компонентам состава.

При производстве сухим смешиванием, пигменты и наполнители должны стимулировать к:

• повышению сыпучести;
• снижению свойств комкования и слёживания;
• улучшению «кипения»;
• нанесению порошков на поверхность.

С помощью наполнителей и пигментов могут регулировать следующие свойства порошков и покрытий:

• электризуемость;
• термостойкость;
• теплопроводность;
• электропроводность;
• магнитные свойства;
• износостойкость;
• адгезионную прочность;
• горючесть;
• биологическую инертность;
• демпфирующую способность.

Использование металлических порошков в качестве наполнителей позволяют получать имитацию металлических поверхностей. Существенной трудностью в пигментировании порошкообразных красок является колеровка цвета в соответствии с цветовым стандартом RAL.

В случае отсутствия в порошковых ЛКМ пигментов и наполнителей, возможно получение прозрачных лаковых покрытий.

Пластификаторы

В красках порошкового вида влияют как на физико-механические свойства покрытий, так и на температуру и время образования плёнки. Кроме того пластификаторы должны:

• не нарушать агрегатные свойства полимера;
• не ухудшать технологические характеристики(сыпучесть, гранулометрический состав и др.);
• функционировать при температуре плёнкообразования.

Лучше с предъявляемыми требованиями справляются твёрдые пластификаторы, основным недостатком которых отмечается неполная совместимость с полимерами. Чтобы устранить этот недостаток используют комбинированные смеси твёрдых с жидкими.

Модификаторы, отвердители и вспомогательные добавки

Модификаторы способны улучшать характеристики с помощью физической или химической модификации. При этом наибольшее распространение получила физическая модификация за счёт добавок различных плёнкообразователей. Модификаторы регулируют и технологические параметры порошковой краски, такие как вязкость расплава, температура текучести и сыпучесть порошков.

Отвердители являются необходимым компонентом красок на основе термореактивых плёнкообразователей. Для активации процесса отверждения используют ускорители, соответствующие конкретным отвердителям. Если для процесса отверждения двухкомпонентных жидких красок достаточно смешать составляющие, то в порошковых красках все компоненты находятся в исходном составе без взаимодействия. Отвердители активируются только при температуре «спекания», «запуская» процесс отверждения после расплавления плёнкообразователя и формирования жидкой плёнки.

Отверждающая система является важным компонентом термореактивных красок, от которого зависит не только стабильность и условия отверждения, но и эксплуатационные характеристики получаемого покрытия (внешний вид, физико-механические и защитные свойства).

Вспомогательные добавки позволяют повысить:

• атмосферную стойкость покрытия за счет снижения фотодеструкции полимеров при воздействии солнечной радиации;
• стойкость к перепадам температуры;
• сыпучесть порошка;
• растекание расплава и т.д.

Технология производства порошковых красок

Распространенные варианты изготовления:

1. Сухое смешивание компонентов.
2. Смешение компонентов в расплаве с последующей дезинтеграцией до необходимого размера.

Метод производства порошков сушкой распыляемых жидких красок распространения не получил из-за значительных потерь растворителей, высокой себестоимости красок.

Сухое смешивание компонентов является главным вариантом изготовления порошковых красок из термопластичных материалов. Производство обходится без дорогостоящего оборудования и значительных трудовых затрат. Сложность состоит в получении стабильных, нерасслаивающихся при хранении и использовании композиций с равномерным распределением малых добавок.

Смешение компонентов в расплаве дает высококачественные однородные порошки со стабильным составом и структурой. Способ длителен, имеет много стадий, требует дорогостоящего и сложного оборудования. Может использоваться для любых твердых плёнкообразователей, но применяется в основном для реактопластов.

Основные способы нанесения порошковых красок на окрашиваемую поверхность:

• электростатическое распыление;
• в «кипящем слое».

Напыление порошка производится специальным пистолетом в покрасочной камере, в системе вентиляции которой имеются улавливатели порошка для его повторного использования.

При покрытии в «кипящем слое», порошок за счет равномерной продувки воздухом находится в псевдожидком состоянии. Краска наносится на поверхность детали путём окунания детали в ёмкость с псевдоожиженным порошком.

В обоих случаях частицам порошка перед нанесением специальным электродом придаётся определённый электростатический заряд, который обеспечивает равномерное распределение порошка и удерживание его на поверхности окрашиваемой детали.

После нанесения порошка деталь подвергается нагреву в печи, при котором формируется монолитное жидкое покрытие. Реактопласты дополнительно проходят полимеризацию.

Существующий метод газопламенного напыления порошковых лакокрасочных материалов распространения не получил из-за нестабильности технологии и существенного влияния человеческого фактора.

Порошковая краска: применение, достоинства и недостатки

Порошковая краска по металлу первоначально использовалась как замена гальванических покрытий на небольших металлических деталях простой формы при серийном производстве. Экономичность и лёгкость механизации процесса получения покрытий при поточном производстве существенно расширили применение порошковых красок.

Основные потребители порошковых покрытий:

• метизная продукция (проволока, лента, сетка), изделия бытового и сельскохозяйственного назначения;
• металлическая мебель;
• бытовые приборы и оборудование;
• изделия электротехнической промышленности;
• автомобильная промышленность;
• сельскохозяйственное и транспортное машиностроение;
• трубное производство;
• металлическая и стеклянная тара, покрытие позволяет снизить толщину стекла до 30%;
• оборудование химической промышленности;
• строительные конструкции;
• машины и оборудование пищевой промышленности.

На автомобильных заводах успешно работают автоматизированные линии покраски как дисков с производительностью до 3 млн. штук в год, так и автомобильных шасси габаритами до семи метров и производительностью до 58 штук в час. В трубном производстве используют технологию нанесения порошков на предварительно нагретые трубы. Разработаны порошковые краски для неметаллических материалов, таких как стекло, пластмасса, МДФ и другие.

Преимущества:

• лёгкость механизации и автоматизации нанесения покрытий;
• экологичность, отсутствие органических растворителей;
• низкий расход краски;
• возможность использования труднорастворимых полимеров;
• безотходное производство покрытий, практически 100% использование покрасочного материала;
• получение рабочего покрытия необходимой толщины в один слой;
• равномерность слоя краски как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях;
• возможность нанесения покрытия в труднодоступных местах;
• металл, окрашенный порошковой краской обладают химической стойкостью;
• долговечность;
• износостойкость.

Недостатки:

• склонность к пылевыделению;
• необходимость специализированного оборудования;
• целесообразность использования только при серийном и массовом производстве;
• взрывоопасность взвеси порошка в воздухе.

Видео: порошковая покраска металла

Рекомендовать использование порошковых лакокрасочных материалов в домашних условиях вряд ли уместно. Уникальными эксплуатационными свойствами данные покрытия не обладают, всегда можно найти традиционные материалы, образующие аналогичные или более качественные покрытия. Приобретать специальное оборудование что бы «своими руками» произвести покраску дисков своего автомобиля нецелесообразно.

Популярные статьи:

• 
• 

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