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

Существует множество способов нанесения лакокрасочных материалов, однако для окрашивания крупногабаритных сооружений используются, в основном, три метода: пневматичекое распыление, безвоздушное распыление и ручные методы нанесения материалов.

а) Пневматическое распыление

Принцип пневматического распыления заключается в образовании красочного аэрозоля путем дробления струи жидкого лакокрасочного материала струей сжатого воздуха. Образующийся аэрозоль движется в направлении струи воздуха, и при ударе о поверхность капли аэрозоля растекаются и сливаются, образуя слой жидкой краски.

Подача сжатого воздуха осуществляется централизованно от сети, или от компрессора. Подаваемый воздух очищается от воды, масла и механических загрязнений в масловлагоотделителе.

Высокое давление воздуха, подаваемого в краскораспылитель (более 0, 6 МПа), способствует хорошему распылению, однако вызывает интенсивное туманообразование и большие потери материала. Низкое давление (менее 0, 2 МПа) отрицательно сказывается на формировании покрытия.

Расход воздуха зависит от сечения сопла распылителя и давления воздуха. Качественное распыление достигается при соотношении расходов воздуха (м³/мин) и краски (л/мин) в пределах 0, 3...0, 6. Оптимальное расстояние от сопла до окрашиваемой поверхности составляет 200...400 мм.

Температура лакокрасочных материалов при выходе из сопла форсунки резко снижается из-за затрачивания тепла на расширение воздуха при истечении струи и на испарение растворителей, что приводит к значительному повышению вязкости материала и ухудшению его растекания. Вследствие чего, приходится использовать материалы с низкой вязкостью или подогревать их.

Достоинства метода пневматического распыления:

·              получение покрытий с высокими декоративными свойствами;

·              возможность применения в любых производственных условиях при наличии источника сжатого воздуха и вентиляции;

·              возможность окрашивания изделий различных размеров и сложности;

·              высокая производительность;

·              простота устройства и обслуживания окрасочного оборудования;

Недостатки:

·              большие потери лакокрасочных материалов;

·              возможность качественного нанесения только низковязких материалов;

·              вредные условия труда за счет повышенного туманообразования и увеличения расхода растворителей;

·              повышенная пожаро- и взрывоопасность;

·              пониженная адгезионная прочность лакокрасочных покрытий;

·              возможность попадания в пленку покрытия воды и масел из сжатого воздуха;

б) Безвоздушное распыление

Принцип безвоздушного распыления связан с диспергированием лакокрасочного материала за счет высоких скоростей истечения из сопла, который подается под большим давлением (до 50 МПа). Давление создается насосом высокого давления. Дисперсность аэрозоля зависит от геометрических размеров и формы отверстия сопла, режимов истечения и свойств лакокрасочного материала.

Краскораспылитель располагают под углом 90° к окрашиваемой поверхности на расстоянии 200...400 мм.

Хорошему распылению материала способствует его нагревание. Это связано с понижением вязкости, с понижением поверхностного натяжения и интенсивным испарением растворителей. Повышая температуру материала с 20 до 80 °С, можно почти вдвое снизить давление при распылении. При этом повышаются и защитные свойства покрытия.

Достоинства:

·              возможность нанесения материалов с повышенной вязкостью и, следовательно, уменьшение трудозатрат за счет получения более толстых слоев покрытия;

·              повышение качества лакокрасочных покрытий (по сравнению с пневматическим распылением) вследствие хорошей сплошности и плотности, лучшего заполнения микронеровностей поверхности, вытеснения с поверхности части влаги и других загрязнений;

·              низкие потери лакокрасочных материалов (на 20...25 % меньше, чем при пневматическом распылении);

·              улучшение условий работы и снижение пожаро - и взрывоопасности.

Недостатки:

·              более низкие декоративные свойства покрытий по сравнению с пневматическим распылением;

·              возрастание потерь краски при нанесении ее на изделия небольших размеров или сложной конфигурации.

в) Ручные методы

Окрашивание кистью

Преимущества окрашивания кистью состоят в простоте этого метода, высокой адгезии получаемого покрытия к подложке и удобстве обработке мелких изделий и небольших участков поверхности. Краска втирается кистью в мелкие поры и углубления на поверхности.

К недостаткам работы кистью относится низкая производительность (не более 10...15 м²/час), что делает этот метод не рентабельным при окрашивании больших поверхностей.

Также окраска кистью применяется для полосового окрашивания сварных швов и острых граней,

Окрашивание валиком

При окрашивании валиком производительность увеличивается до 50...80 м²/час. Применяются валики разных конструкций и размеров, с коротким или длинным ворсом.

Нанесение лакокрасочных материалов валиком ограничивается плоскими поверхностями; в случае более сложных поверхностей его сочетают с окраской кистями. Качество покрытия при окраске валиком, как правило, ниже, чем при кистевом окрашивании.

) Выбор системы лакокрасочных покрытий

Выбор системы лакокрасочных материалов для защиты поверхности от коррозии зависит от условий эксплуатации объекта, состояния поверхности, степени агрессивности среды, требуемой долговечности покрытия.

Специалисты компании подберут оптимальную именно для Вас систему покрытий, исходя из условий эксплуатации, требований к сроку службы, и финансовых возможностей. Соблюдение технологии нанесения и высокая квалификация персонала, работающего с лакокрасочными материалами, обеспечат оптимальный результат и долговечность системы покрытия.

) Условия окружающей среды при нанесение ЛКМ

При выполнении окрасочных работ огромное влияние на качество и долговечность лакокрасочных покрытий оказывают климатические условия:

. температура воздуха;

. температура окрашиваемой поверхности;

. влажность воздуха;

. увлажнение конструкций конденсатом.

Оптимальным для большинства покрытий является температура воздуха +(15-20)ºС и относительная влажность воздуха до 80%. Однако реальные условия зачастую совсем не соответствуют этим требованиям. Многие лакокрасочные материалы нельзя наносить при температуре ниже +5ºС, т.к. происходит резкое замедление отверждения или полное его прекращение. Такое правило действует для большинства эпоксидов. На другие защитные покрытия низкие температуры сильно не действуют, например, хлоркаучуки и винилы можно наносить при температуре ниже 0°C при условии, что на поверхности отсутствует наледь. Ряд европейских компаний по производству защитных покрытий разработал модифицированные эпоксиды, нанесение которых возможно при температурах до -10ºС.

При выполнении работ на открытых площадках необходимо учитывать нагрев окрашиваемой поверхности солнечным излучением. Разница между температурой металла и температурой воздуха может достигать 20°С. Быстрое испарение растворителей из лакокрасочного материала на нагретой поверхности или быстрое химическое отверждение может препятствовать получению гладкого равномерного покрытия, т.к. отдельные капли лакокрасочного материала будут высыхать, не успев растечься по поверхности. Поэтому при контроле климатических условий обязательно следует измерять температуру окрашиваемой поверхности.

При относительной влажности воздуха выше 85 % резко снижается скорость испарения растворителей из лакокрасочной пленки. При влажности воздуха, близкой к 100 %, испарение растворителей практически не происходит, растворители в этом случае могут диффундировать в нижние (ранее нанесенные) слои покрытия и вызвать их повреждение - пузырение и шелушение.

Поэтому, непременным условием при проведении окрасочных работ является обеспечение относительной влажности воздуха ниже 85 %.

На сегодняшний день существуют материалы которые возможно наносить при влажности воздуха до 98 %. Это Цинк силикаты и полиуретановые материалы, отвержаемые влагой воздуха, однако эти материалы имеют более высокую стоимость.

1.3.2 Нанесение порошковых полимерных покрытий

Выбор оптимальной технологии осаждения покрытия определяется исходя из необходимой его толщины, требований, предъявляемых к свойствам тонкопленочных систем. При осаждении полимерных покрытий из порошков используются следующие методы: осаждение во взвешенном слое; распыление; насыпание (таблица 13). В ряде случаев применяют комплексные технологические приемы, относящиеся к различным методам формирования [11].

Таблица 7 - Методы нанесения покрытий на основе дисперсных полимеров

Нанесение покрытий насыпанием

При реализации данного метода не требуется специальное оборудование. Формирование покрытия происходит в результате оплавления слоя полимера, наносимого на поверхность через сито с помощью вибрующего лотка.

Данный метод целесообразно применять при покрытии полимером внутренних поверхностей полых изделий. Внутренний объем детали засыпается полимером и происходит ее нагрев, одновременно деталь вращают или приводят в колебание. После прогрева, оплавления, контактирующего с металлом слоя полимера, удаляют излишки полимера и деталь подвергают дополнительному прогреву с целью получения качественного покрытия.

Осаждение покрытий во взвешенном слое

Основной особенностью данного метода является перевод порошка полимера в псевдоожиженное состояние. Это состояние достигается путем подачи в объем, занимаемый порошком, воздуха, либо созданием разрешения в пространстве над материалом, либо воздействием вибрации. В первых двух случаях по высоте полимерного слоя создается градиент давления.

Оптимальное значение градиента может быть оценено из условия равновесия частицы: сила давления должна быть равна весу слоя порошка. При условии, что rвозд<<rпол, можно получить:

,    (1)

где Dp - изменение давления воздуха на высоте слоя Dh;

r_пол - плотность полимера;- объемная степень псевдоожижения (доля объема, занятого полимером, в слое высотой Dh);- ускорение свободного падения.

Из выражения (1) следует, что при сохранении характера псевдоожижения увеличением разности давлений можно регулировать степень псевдоожижения.

Порошки, склонные к агломерации, практически невозможно перевести в псевдоожиженное состояние; при прохождении через них воздуха образуются каналы. Наиболее простой метод псевдоожижения - вихревой. В этом случае через пористое дно камеры под давлением пропускают воздух, под действием которого частицы полимера переходят во взвешенное состояние.

Деталь, на поверхности которой необходимо сформировать покрытие,

предварительно нагревается до температуры, выше температуры плавления, и вносится в псевдоожиженный слой. Частицы, контактирующие с нагретой поверхностью, полностью и частично оплавляются и закрепляются на ней.

Деталь с покрытием, при необходимости может быть термообработана для получения качественного слоя.

Достаточно эффективным приемом перевода порошка в псевдоожиженное состояние является его вибрация. Условие начала ожижения можно представить в виде

,   (2)

где a - ускорение, получаемое частицей при вибрации;

А - амплитуда колебаний;- частота.

Оптимальные параметры вибрации определяются, как правило, опытным путем. На практике нашел широкое применение комбинированный метод ожижения, включающий одновременное действие вибрации и сжатого воздуха (вибровихревой метод).

В этом случае используются значительно меньшие амплитуды вибрации и предоставляется возможность эффективного регулирования степени ожижения путем изменения подачи сжатого газа. Кроме этого, ряд полимеров (ПП, ПЭНД, Ф-40ДП и др.) переводятся в ожиженное состояние только вибро-вихревым методом.

Cхема установки представлена на рисунке 1.

1 - деталь; 2 - аппарат для изображения порошка; 3 - мембрана;

- электромагнитный вибратор

Рисунок 1 - Схема вибро-вихревой установки

Электростатический метод нанесения покрытий

Из всех известных способов наиболее производительными и экономичными являются электростатическое распыление. Он имеют высокий коэффициент использования материала (до 90-95 %), представляются: возможность получения покрытий на изделия из разнородных материалов одновременно, характеризуются относительной легкостью регулирования толщины покрытия, не требуют предварительного подогрева изделия (покрытие может наноситься на холодную поверхность).

Основным требованием, предъявляемым к процессу нанесения покрытия электростатическим методам, является равномерность осаждения порошка на изделия. Она достигается при оптимальном состоянии кипящего слоя (частицы порошка должны быть достаточно подвижны, вместе с тем должно отсутствовать его фонтанирование, образование газовых пузырей). Напряженность поля, создаваемого в камере напыления, также влияет на равномерность покрытия. При ее уменьшении порошок осаждается более равномерно. При этом следует иметь в виду, что максимальная толщина покрытия при увеличении напряжения изменяется немонотонно. Так, при осаждении покрытий из полиэтилена она достигает максимального значения при Ео=1, 0 кВ/см и уменьшается в 2-3 раза при увеличении Е до 2, 5 кВ/см и уменьшении Е до 0, 6 кВ/см.

При формировании покрытий из Ф-4М оптимальная напряженность поля Ео=2 кВ/см, из поликапроамида - Ео = 3 кВ/см.

Существенное влияние на скорость напыления оказывает влажность воздуха и полимера. При увеличении содержания влаги предельная толщина покрытия, время стекания заряда уменьшается. Влажность в ряде случаев влияет также и на эксплуатационные свойства покрытий. В связи с этим контроль влажности воздуха, его сушка и просушивание полимера являются обязательными при получении качественных тонкопленочных систем.

Часто при извлечении изделия из ванны на его горизонтальных участках, углублениях поверхности закрепляется порошок полимера, создающий неравномерность покрытия. Для его удаления изделие поворачивают на 180° или обдувают струей сжатого воздуха. Эффективным приемом является также вибрация изделия [12].

1 - блок управления; 2 - электростатический распылитель;

- покрываемая деталь; 4 - ёмкость с порошком.

Рисунок 2 - Электростатический распылитель

Газопламенное напыление