Дипломная (вкр): Разработка технологии для окраски деталей троллейбуса порошковыми полимерными материалами

Разработка технологии для окраски деталей троллейбуса порошковыми полимерными материалами

Введение

Для окраски деталей троллейбуса применяют в основном органоразбавляемые алкидные лакокрасочные материалы (ПФ-115, ПФ-266 ). Однако для многих таких покрытий уже в первый год эксплуатации наблюдается существенная потеря декоративных свойств и их быстрое разрушение. Практика показывает перспективность использования порошковых полимерных материалов в качестве покрытий с технологической, экономической и экологической позиции. Порошковые лакокрасочные материалы обеспечивают безотходную технологию покрытий, отсутствие загрязнения окружающей среды, высокий процент использования наносимого материала, повышенную долговечность покрытий.

Эти порошковые получили исключительно широкое развитие и применение. Рост их производства в мире в последние 20 лет составил 10 - 15 % в год, в то время как для жидких лакокрасочных материалов - не превысил 3 - 5 %. Стимулирующими факторами такого роста явились: экологические и экономические соображения, связанные с отсутствием в красках органических растворителей и других летучих веществ и, соответственно, с отсутствием их выброса в атмосферу; безотходная технология покрытий (практически полная утилизация красок при нанесении, их возвращение в производственный цикл); относительная простота и экономичность технологического процесса производства покрытий (как правило, наносят один слой вместо двух-трех при нанесении жидких красок); легкость автоматизация окрасочных работ, что способствует резкому повышению производительности труда и снижению энергетических затрат; снижение степени пожаро- и взрывоопасности производств; хорошие эксплуатационные свойства покрытий, нередко превосходящие таковые у покрытий, полученных из жидких красок[1, 3].

Применение порошковых красок позволяет снизить энергозатраты при производстве покрытий на 20-40 % по сравнению с использованием традиционных жидких лакокрасочных материалов. Повышается производительность труда за счет автоматизации процесса нанесения покрытий, снижаются производственные площади, сокращается расход материалов. Так если коэффициент использования традиционных жидких красок (в зависимости от сухого остатка и метода нанесения) составляет 25-65 %, материалов с высоким содержанием нелетучих - 80-85 %, то в случае порошковых красок он превышает 97 %[4].

В данном дипломном проекте были проведены исследования физико-механических, триботехнических и защитно-декоративных свойств покрытий, а также бала разработана технология для окраски деталей троллейбуса порошковыми полимерными материалами.

1. Материалы для окрашивания троллейбусов

.1 Жидкие органорастворимые краски

Лакокрасочные материалы на растворителях содержат в своем составе летучий органический растворитель, испаряющийся в процессе высыхания. В настоящее время единственным растворителем, который во всех странах мира допускается использовать без всяких ограничений, является уайтспирит (очищенный керосин).

При работе с органорастворимыми продуктами необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. При нанесении их на обширные поверхности в помещении или в небольшом ограниченном пространстве необходимо использовать специальные индивидуальные средства защиты.

Наибольшее распространение среди органорастворимых красок сегодня получили алкидные краски. Хотя выпуск и применение всем хорошо знакомых масляных красок по-прежнему продолжается.

Связующим масляной краски является масло, которое высыхает в процессе окисления. Это может быть льняное масло, олифа на льняном масле, масло-насыщенная алкидная смола или смесь различных масел. Льняное масло представляет собой низкомолекулярное связующее, которое прекрасно проникает в древесину, образуя плотную водонепроницаемую пленку. Краски на льняном масле отличаются высоким сухим остатком. Это связано с тем, что льняное масло в качестве связующего не нуждается в растворителях и, следовательно, содержит минимальное количество летучих соединений.

Преимуществом масляных материалов является высокая степень наполняемости, а также небольшой расход. Они превосходны в качестве грунтовок, например, для обшивки досками. Для них характерно довольно медленное высыхание.

Связующим для алкидных материалов является алкидная смола. Алкидные смолы, в основном, изготавливают путем варки растительных масел - льняного, таллового, соевого, и др. - вместе со спиртными и органическими кислотами или кислотными ангидридами. Подобно маслам, алкидные смолы высыхают в результате окисления. Чем больше жирность (процентное содержание масла) алкидной смолы, тем эластичнее лакокрасочное покрытие. Скорость высыхания алкидных смол регулируется специальными добавками - сиккативами.

Подбором типа масла можно повлиять на время высыхания, цвет и блеск алкидного лака. Как правило, лакокрасочные материалы на алкидном лаке отличаются легкостью нанесения и более высокой атмосферостойкостью по сравнению с масляными красками. Алкидные материалы быстрее высыхают, не усаживаются при высыхании, не желтеют и, в отличие от масляных красок, практически не мелятся. Алкидными красками традиционно защищают от износа и коррозии разного рода поверхности как внутри, так и вне здания (двери, оконные рамы, мебель, батареи отопления, и т.д.). Алкидные краски выдерживают мокрую очистку водой с использованием обычных моющих средств. Их используют для окраски стен и потолков в кухнях и ванных комнатах. При желании получить глянцевое покрытие также выбирают эти краски.

Но все же в интерьере краски на органических растворителях используются довольно редко. Это связано с тем, что, хотя в современных органорастворимых красках используется в качестве растворителя низкотоксичный уайтспирит, по экологичности они все уступают водно-дисперсионным краскам. По традиции их применяют и из-за невысокой цены, особенно в качестве эмали для металла. Применение алкидных красок в интерьере оправдано, когда необходимо получить яркие, насыщенные цвета.

1.2 Порошковые полимерные материалы

Полимерные покрытия из порошковых материалов, нанесенные на поверхность металлов, их сплавов, позволяют повысить ее коррозионную стойкость, устойчивость к изнашиванию, имеют высокие электроизоляционные и декоративные свойства. Нанесение покрытий полимеров может быть использовано и при восстановлении изношенных поверхностей, работающих, например, в условиях абразивного изнашивания.

В настоящее время во всех промышленно развитых странах наблюдается стремительный рост спроса на порошковые лакокрасочные материалы из-за их преимущества по сравнению с традиционными красками. Порошковая краска - композиционный материал на основе термопластичных и термореактивных полимеров. Это перспективный вид лакокрасочных материалов, что обосновано с экологических, экономических и технологических позиций. Коэффициент использования материала при получении покрытий из дисперсных полимеров составляет 97-98 %, так как возможно улавливание и вторичное использование материала. При получении же покрытий из жидких красок коэффициент использования материала не превышает 85 %. В связи с отсутствием органических растворителей и токсичных компонентов в порошковых красках при их применении улучшаются санитарно-гигиенические условия труда работающих в окрасочных цехах, уменьшаются загрязнения окружающей среды, снижается пожарная опасность производства. Из-за большой скорости формирования покрытия при применении порошковых красок по сравнению с жидкими в десятки раз сокращается цикл производства покрытий.

Окраска порошковыми композициями позволяет получать покрытие с оптимальной толщиной 120-250 мкм за один прием, а такая же толщина пленки из жидких лакокрасочных материалов требует нанесения четырех - восьми слоев краски с промежуточной сушкой каждого слоя. При использовании порошковых красок отпадает необходимость доведения вязкости красок до требуемого значения.

Порошковые полимерные покрытия значительно лучше жидких красок выравнивают шероховатости, что позволяет снизить требования к чистоте обработки поверхностей изделия на 1-2 класса. Высокая адгезия и хорошие свойства порошковых покрытий в ряде случаев позволяет отказаться от фосфотирования поверхностей деталей. Все это находит отражение в увеличении производительности труда, снижении трудоемкости основных и дополнительных операций окраски, уменьшении энергозатрат на производство покрытий. Характерно, что при использовании порошковых материалов в качестве покрытий сокращается производственная площадь окрасочных цехов в 2-3 раза. Облегчается хранение и транспортировка красок, отпадает необходимость в герметичной жесткой таре для красок.

Покрытия из порошковых полимерных композиций имеют лучшие защитные и диэлектрические свойства ввиду меньшей пористости пленок, повышенную химическую стойкость и самое главное, долговечность их выше в 2-6 раз [2].

По сравнению с гальванопокрытиями, использование полимерных покрытий позволяет получить экономию за счет уменьшения расхода дорогостоящих и дефицитных материалов: хрома, никеля и др. При замене слоистой электроизоляции на порошковые покрытия главными статьями экономии являются: значительное снижение трудоемкости обмоточно-изоляционных работ за счет повышения уровня их механизации. Сокращается цикл пропиточно-сушильных работ с 30-40 до 1-2 ч. В общем, производство покрытий из порошковых красок экономичнее жидких в среднем на 30 % и гальванических - в 2-4 раза.

Порошковые полимерные материалы используют для получения защитно - декоративных покрытий, окраски бытовых электроприборов, товаров народного потребления, защиты материалов от коррозии, электроизоляции, как антифрикционные и антиадгезионные материалы и т. д.

Порошковые полимерные композиции применимы не только для окраски металла, но и для отделки древесины, окраски силикатных строительных материалов, пластмасс, изделий из стекла, гипса. С внедрением новых технологий наряду с мелкими изделиями возможна окраска изделий средних и больших размеров: кузова и кабины автомобилей, трубы большого диаметра, стеновые строительные панели и др.

Потребителями порошковых красок являются автомобиле- и сельскохозяйственное машиностроение, радиопромышленность, строительство и др. Процесс формирования полимерного покрытия в общем случае предполагает последовательное проведение следующих операций: подготовка поверхности изделия; нанесение полимера на поверхность изделия; обработка с целью достижения необходимой адгезионной прочности соединения полимера с поверхностью, монолитизации слоя.

Перед нанесением покрытия, исходя из условий его эксплуатации, конструкционных и материаловедческих особенностей изделия, имеющихся технических возможностей необходимо сделать выбор полимера и метода его нанесения. В таблице 1 приведены данные об условиях эксплуатации и назначении термопластичных и термореактивных полимеров.

Достоинством термопластов как пленкообразователей является стабильность получаемых на их основе композиций, быстрое (в течение нескольких минут) формирование покрытий, доступность, связанная с большими масштабами их производства. Покрытия из многих термопластов, однако, имеют низкую адгезионную прочность.

В отличие от термопластов реактопласты образуют необратимые покрытия с повышенной адгезионной прочностью. Вследствие низкой вязкости их расплавов создаются условия для получения тонких покрытий с хорошим декоративным внешним видом. Время формирования таких покрытий, стабильность исходных составов при хранении определяются их реакционной способностью. Как правило, существующие промышленные составы на реактопластах имеют большее время отверждения, чем составы на термопластах. Тем не менее благодаря комплексу ценных свойств получаемых покрытий и более низкой температуре их формирования предпочтение отдается термореактивным пленкообразователям.

Известно, что более высокие эксплуатационные свойства реализуются при использовании наполненных полимерных материалов. В качестве наполнителей применяются неорганические (оксиды металлов, кварц, графит, тальк и др.) и органические (диафен ФФ, тиоалкофен БМ, топанол СА и др.) материалы, а также смеси полимеров. Механические свойства композиционных материалов, их адгезия к подложке в сравнении с ненаполненными полимерами может быть выше в 2-10 раз. Качество наполненных составов во многом зависит от способа смешивания компонентов с пленкообразователем. В основном применяется сухое смешивание и смешивание в расплаве.

Режим термообработки изделия с покрытием оказывает определяющее влияние на физико-химические, механические, электрофизические свойства. Он зависит от целого ряда факторов (природы полимера и металла, конструкции изделия и др.) и как правило, определяется опытным путем [1].

Таблица 1 - Температурно-временные режимы формирования, условия эксплуатации область применения полимерного порошкового покрытия