Что такое полимерная окраска. Порошковая окраска металлических изделий-технология выполнения Время высыхания для порошковых красок

Отличия в составе и технологии использования , выделяют данный вид покрытия в «особый класс» относительно остальных лакокрасочных материалов. В настоящее время порошковая окраска металлических изделий получила существенное распространение в промышленности, начиная от самолётостроения вплоть до выпуска бытовых товаров и принадлежностей.

Порошковая окраска металлических изделий: технология процесса и основные этапы

Технологический процесс порошковой покраски разделяются на следующие этапы:

подготовка окрашиваемой поверхности;
нанесение краски в виде порошка;
формирование жидкой плёнки при высокой температуре;
химическое отверждение плёнкообразующего материала (при использовании термореактивных красок);
окончательное формирование покрытия.

Подготовка поверхности

При подготовке окрашиваемой поверхности следует учитывать, что необходимо обеспечить не только смачиваемость с жидкой фазой плёнкообразователя, но и равномерное распределение порошковых материалов при напылении. Уделяется внимание как удалению всевозможных поверхностных загрязнений, так и обеспечению поверхности необходимой шероховатости. Дополнительно к механическим способам подготовки поверхности могут использоваться и химические, такие как , травление или фосфатирование.

Нанесение порошковых материалов

Порошковая окраска металла осуществляется:

электростатическим напылением;
погружением во взвешенный слой электризованного порошка;
газопламенным способом.

Благодаря своей простоте и универсальности, наибольшее применение получило нанесение краски электростатическим напылением . Для плоских поверхностей могут использоваться специальные магнитные щётки-валики по технологиям, используемыми в копировальной технике. Окунание в «кипящий слой» используется на автоматических линиях при конвейерном производстве однотипных изделий. Газопламенный способ из-за чрезмерной неравномерности слоя и свойств получаемого покрытия распространения не получил. Существующее плазменное напыление отличается применением низкотемпературной плазмы для нагрева частиц и использованием инертного газа; ограничивается использованием термостойких порошков при нанесении тонких покрытий на термостойкие материалы.

Удержание и равномерность распределения на поверхности металлических изделий порошковых материалов обеспечиваются за счет электростатических сил взаимодействия заряженных частиц краски и «электронейтральной» поверхности. Перед напылением частицы краски в пистолете получают электрический заряд:

в поле коронарного заряда, создаваемого электродом;
за счет трения о поверхность оборудования.

Заряд частиц, как правило, отрицательный, величина заряда должна соответствовать оптимальному диапазону, позволяющему удерживать частицы на поверхности до образования жидкой плёнки и не нарушающему технологию нанесения. Регулируется характеристиками электрода или скоростью движения частиц при трении о поверхность оборудования, площадью и материалом поверхности.

При электростатическом напылении покрытия одинаково качественно формируются на горизонтальных и вертикальных поверхностях. Нулевой заряд металлического изделия обеспечивается заземлением.

Формирование жидкой плёнки

Пленкообразование происходит при нагреве порошковых материалов до вязко-текучего состояния, при этом происходит:

деформация и вязкое течение материала;
удаление воздуха;
смачивание жидким материалом поверхности подложки.

При производстве труб и металлического профиля используется нанесение порошка в «кипящем слое» на предварительно нагретые заготовки, процесс формирования жидкой плёнки происходит за счет аккумулированного тепла или дополнительного нагрева.

В случае использования термореактивных красок при высокотемпературной выдержке дополнительно происходит химическое отверждение жидкой плёнки за счет полимеризации или поликонденсации плёнкообразователей. Это удлиняет время высокотемпературной выдержки, повышает затраты и снижает производительность. Существуют составы на основе термореактивных смол, ускоренное отверждение плёнок которых происходит при ультрафиолетовом облучении.

Окончательное формирование покрытия

Итоговое формирование пленки происходит при охлаждении изделия. Условия могут отличаться как скоростью охлаждения, так и средой. Прочностные характеристики покрытия и силы адгезии, в зависимости от условий формирования, может изменяться на десятки процентов. При этом для разных видов полимеров практикуется ускоренное и замедленное охлаждение. Охлаждение покрытия в пластифицирующих полимерных средах может снизить внутренние напряжения покрытия до нуля.

В отличие от термореактивных, термопластичные краски позволяют легко устранять дефекты покрытия с использованием повторного «спекания».

Широко используется порошковое окрашивание в строительной промышленности при производстве профиля из стали и алюминия, изготовлении дверей, ворот и других металлоконструкций. В автомобильной промышленности применяется при производстве дисков колёс и других деталей.

Несмотря на сложность колеровки, некоторые производители предоставляют порошковые краски до 250-ти цветов по таблицам RAL.

Процесс подготовки металлических деталей к покраске

При покраске металлических изделий порошковой краской как на промышленных линиях, так и своими руками в домашних условиях, необходимо следовать таким рекомендациям:

Используйте порошковые материалы проверенных производителей.
Без правильного заземления металлического изделия нарушается электростатический механизм удержания и распределения порошковых материалов на поверхности. Поэтому необходимо следить за состоянием подвесных крючков, обеспечивающих заземление деталей. Следует предусмотреть технологическую операцию очистки крючков и контроль цепи заземления.
Напыление порошковых материалов необходимо производить минимально необходимым количеством воздуха. Чрезмерная подача воздуха приводит к:

перерасходу краски;
повышенному износу оборудования;
нарушению технологии электризации частиц порошка;
изменению гранулометрического состава краски;
ухудшению видимости в окрасочной камере.

Качественное покрытие получают при использовании воздуха нужной кондиции. При этом следует уделять внимание не только отсутствию пыли, но и содержанию в воздухе влаги и масла. Необходимо использовать соответствующие фильтры до подачи воздушной смеси в оборудование. В качественном воздухе:

размер твёрдых частиц не превышает 0,3 мкм;
точка росы не превышает 4 °С (т.е. при 20 °С влажность не более 35%);
содержание масла не более 0,1 промилле.

При повторном использовании порошковых материалов учитывается изменение исходного состава, прежде всего гранулометрического. Не следует превышать количество допускаемых добавок регенерированных материалов в исходные порошки. Тщательно гомогенизируйте смесь порошков перед использованием.
Не допускайте смешивания краски различных цветов и видов. При переходе на другую краску необходимо тщательно очистить всё оборудование. Желательно иметь для каждой используемой краски отдельные расходные бункера и шланги.
Без подготовки поверхности не получите качественного покрытия. При этом следует учитывать назначение и условия эксплуатации изделия. Раму велосипеда надо подготавливать несколько иначе, чем элементы офисного стола. Небрежная подготовка приводит к:

поверхностным дефектам покрытия;
отслоению краски;
преждевременному разрушению покрытия в агрессивной среде.

Стоимость исходного порошка не определяет реальную экономичность покрытия. Следует учитывать:

расход материалов на единицу площади поверхности;
долговечность покрытия;
устойчивость к воздействию вредных условий;
внешний вид.

Учитывайте условия хранения порошковых материалов. Повышенная температура может снизить как технологические характеристики порошка, так и эксплуатационные свойства покрытия. Используемая тара должна быть водонепроницаема из-за высокой гигроскопичности материалов. Обычно рекомендуемая температура в складе не должна превышать 25…28 °С, влажность не более 50%.
Строго соблюдайте рекомендуемую технологию «спекания» порошка. Следует учитывать, что температура воздуха в рабочей зоне печи является косвенной характеристикой техпроцесса. Работа установки должна обеспечивать равномерный прогрев металла изделия до оптимальных температур. В зависимости от вида материала и массы изделия оптимальная температура воздуха и время выдержки могут меняться и отражаются в инструкции.
Своевременно выполняйте технические регламенты по поддержанию работоспособности оборудования участка. Профилактическое обслуживание, включая регулярную очистку, осмотр, ремонт и замену компонентов, является основой безупречной работы и получения качественной продукции. Используйте запасные части оригинальных производителей. Хорошо зарекомендовало себя оборудование компании TESLA.

Техника безопасности

Основными видами угрозы при порошковой окраске изделий являются.

Новые технологии сухого окрашивания существенно упростили и ускорили процесс покраски металлических изделий. Предметы, прошедшие «порошковую» обработку, приобретают дополнительные защитные свойства и отличаются высокими декоративными качествами.

Выполнить порошковую покраску можно самостоятельно. Для этого необходимо подготовить помещение, оборудовать покрасочный цех и сушильную камеру. При соблюдении технологического процесса и требований безопасности удастся выполнить качественную покраску.

Отличительные особенности порошковой покраски от жидкостной технологии

Покраска порошковой краской частично заменила стандартную жидкостную технологию. Такой метод окрашивания стал основным при изготовлении металлических изделий, бытовых приборов, автомобилей, оконных профилей и прочих металлоконструкций. Порошковая окраска отлично зарекомендовала себя в окрашивании различных деталей складского, торгового, промышленного оборудования, а также в трубопроводах и нефтяных скважинах.

Сравнивая два способа покраски, следует отметить экономичность и экологичность порошкового окрашивания. Порошковые красители не содержат огнеопасные, токсичные растворители, а сам материал расходуется достаточно экономно - мельчайшие частицы, которые не осели на изделии, применяются при повторном окрашивании.

К числу основных достоинств порошкового метода относятся:

высокие физико-химические свойства (ударопрочность,устойчивость к температурным колебаниям и коррозии);
покрытие хорошо ложится на рельефные поверхности;
нет необходимости предварительно грунтовать изделие;
в большинстве случаев достаточно одного слоя порошковой краски для получения желаемого результата (при жидком методе часто требуется многослойная покраска);
низкий расход материала - отходы составляют порядка 4%, потери жидких ЛКМ - достигают 40%;
сокращенный цикл окрашивания (порядка 1,5-2 часов); при использовании жидкой краски нужно время для высыхания предыдущего слоя;
изделия, покрытые порошковой краской, можно транспортировать без специальной упаковки - на поверхности образуется защитная полимерная пленка, предотвращающая появление царапин;
для хранения порошковой краски не нужны специальные условия, чего не скажешь об огнеопасных жидких ЛКМ;
процесс покраски порошковыми красками автоматизирован - нет необходимости длительно обучать персонал;
во время покраски не выделяется едкий запах - санитарно-гигиенические условия труда по сравнению с «жидкой» технологией улучшаются;
порошковые краски по прочности на удар и изгиб превосходят жидкие лакокрасочные материалы;
на поверхности изделия не остаются потеки;
долговечность обработанного покрытия - исследования показали, что средний срок службы около 20-ти лет.

Анализируя список весомых достоинств, можно задаться вопросом: «А есть ли недостатки?». Перечислим некоторые минусы порошкового окрашивания:

технология нанесения краски исключает возможность ее использования для окрашивания пластика и дерева;
для организации процесса покраски потребуются крупные единоразовые капиталовложения;
возможности эксплуатации оборудования несколько ограничены - большая печь будет неэффективно использоваться при обработке мелких деталей, а в маленькой камере не получится окрасить крупные изделия;
при низких температурах сложно организовать порошковую покраску.

Принцип покраски порошковой краской

Технология позволяет окрашивать изделие сухими красителями. Как это возможно? Всю процедуру покраски можно разбить на два основных этапа:

нанесение порошковой краски;
закрепление покрытия.

Во время напыления мельчайшие частички порошка приобретают заряд, противоположный заряду окрашиваемой детали. Плюс и минус, как известно, притягиваются, и порошковая краска оседает на поверхности изделия.

На этом этапе покрытие не надежно и полученный результат необходимо закрепить. Следующий шаг - запекание краски. Окрашенный объект помещается в специальную печь. По мере нагревания сухой порошок начинает плавиться, образуя на поверхности защитную пленку. Температура внутри термопечи может достигать +250°С - значение зависит от разновидности порошковой краски.

Необходимое оборудование для покраски порошковой краской

Работа с порошковыми красителями требует наличия специального оборудования:

окрасочной камеры;
распылителя (краскопульта);
сушильной камеры.

Камера покраски ограничивает распространение частиц сухой краски, а также препятствует проникновению пыли, грязи с производственного помещения или улицы. Обычно камеры оснащены фильтрационной системой, очищающей воздух и позволяющей улавливать до 90-95% неизрасходованной краски. Некоторые модели покрасочных камер имеют эжектор обратной подачи, вытяжной вентилятор и контролер. Камера имеет один или два проема. Изделие поступает через проем в передней части, а выходит через отверстие с обратной стороны или через входной проем.

В продаже есть модели камер, предназначенные для обработки единичных изделий или мелкосерийного производства. Такое оборудование оптимально подходит для организации покраски порошковой краской своими руками.

Распылитель сухой краски может содержаться в окрасочной камере или приобретаться отдельно. С помощью напылителя частицы краски заряжаются и в виде аэразоля распыляются на поверхности изделия. В быту часто применяют ручные пистолеты для покраски порошковой краской. Бывают трибостатические и электростатические. Разница между ними в том, что в первом варианте заряд краски происходит за счет трения в стволе напылителя. Во втором варианте оборудование функционирует в электростатическом поле по принципу приобретения заряда.

Более дорогие установки позволяют за один «проход» напылителя охватывать больший объем изделия, поэтому весь процесс покраски занимает меньше времени.

Сушильная камера - термопечь для оплавления и полимеризации сухой краски. Камеры промышленного назначения бывают электрические и газовые. Большинство духовых шкафов оснащены пультом управления для регулирования времени автоматического отключения и температурного режима сушки. Окрашивающий предмет находится в печи полимеризации в течение 10-20 минут при температуре 160-200°С. Для единичной покраски в «гаражных» условиях некоторые мастера используют электрические обогреватели, выставленные на режим максимальной мощности. При такой сушке главное помнить о технике пожарной безопасности!

На производственных предприятиях для облегчения процесса покраски используют специальную транспортную систему. Установка перемещает детали между этапами покрасочного процесса.

Может понадобиться и дополнительное оборудование:

промышленный пылесос для очистки фильтров при смене краски и переходе с одного оттенка на другой;
компрессор - необходим в случаях, если в камере напыления не предусмотрена подача сжатого воздуха.

Важно! При организации окрасочного процесса следует позаботиться о хорошей вентиляции, достаточном освещении и надежной электропроводке

Выбор порошковой краски

Зависимо от типа пленкообразования все порошковые краски делят на две основные группы: термопластичные и термореактивные.

Сухие краски первой группы (цена около 200 р/кг) формируют покрытие без химических преобразований. Пленка на поверхности образуется за счет сплавления мельчайших частиц и охлаждения расплавов. Получаемая пленка часто растворима и термопластична. К этой группе относят краски на основе полиэтилена, полиамидов, поливинилхлорида и поливинилбутираля. Термопластичные краски применяются для покраски изделий, используемых внутри помещений.

Термореактивная краска для порошковой покраски (цена 450-700 р/кг) формирует нерастворимое и не плавкое покрытие, стойкое к химическим и механическим воздействиям. Составы этой группы подходят для окраски деталей, производимых в машиностроительной области, где от изделия требуется стойкость, твердость и хорошие декоративные качества. К группе термореактивных красок относятся составы на основе полиэфирных и эпоксидных смол, полиуретана, акрилатов.

Технология покраски порошковыми красками своими руками

Организация процесса

Стоимость окрашивания изделий из металла достаточно высока. Для экономии средств можно организовать покраску порошковой краской в домашних условиях. Технологический процесс идентичен этапам работы в профессиональной мастерской. Возможные отличия заключаются в используемом оборудовании.

Обустроить компактный покрасочный цех получится на территории в 100-150 м.кв. Этого достаточно для размещения камеры напыления, термопечи, двух складов (для расположения готовой продукции и изделий под покраску).

Важно! Окрасочную камеру следует устанавливать на расстоянии не меньше пяти метров от вероятных источников возгорания

Планируя организацию рабочего процесса, первым делом необходимо определиться с размерами окрашиваемых объектов. Для единоразовой покраски мелких изделий подойдет «гаражный» вариант. Крупные детали, такие как корпус автомобиля, лучше красить в полнофункциональной камере.

Помещение для напыления должно быть чистым, без пыли. Оборудуя камеру в гараже, надо провести тщательную уборку. Равномерное окрашивание обеспечит пистолет для покраски, работающий под давлением порядка 5-ти атмосфер.

Подготовка поверхности

Подготовка поверхности к окрашиванию - наиболее трудоемкий процесс. От качества его выполнения во многом зависит долговечность покрытия. Подготовительные мероприятия включают несколько обязательных этапов:

чистка поверхности от грязи, пыли, остатков предыдущего слоя краски;
обезжиривание предмета;
защитная обработка металлических изделий от коррозии;
фосфатирование, способствующее улучшению адгезии - обязательно к выполнению при покраске предметов, эксплуатирующихся вне помещения или подвергающихся хромированию (изделия из алюминия).

Обработку поверхности можно выполнить механическим или химическим способом. В первом варианте применяется диск для шлифовки или щетка для стали. После тщательной чистки поверхность надо протереть мягкой тканью, смоченной в уайт-спирите или другом растворителе. Химический способ обработки подразумевает нанесение на поверхность разных специальных составов - кислот, щелочей, растворителей и нейтральных веществ. Выбор средства определятся степенью загрязнения и материалом изготовления объекта.

На обрабатываемый предмет полезно нанести конверсионный подслой. Выполнение этого этапа предотвратит попадание пыли, грязи под краску и убережет покрытие от отслаивания. Последующая обработка заключается в фосфатировании поверхности. Завершающий этап, рекомендованный к выполнению многими специалистами, - пассивирование - обработка натрием и нитратами хрома. Процедура препятствует появлению коррозии.

После проведенных мероприятий изделие надо сполоснуть и высушить. Предмет готов к покраске.

Нанесение краски

Обработанное изделие поместить в камеру напыления. С помощью распылителя нанести равномерным слоем сухую краску. Во время окрашивания желательно использовать ширму, которая не даст частичкам краски разлетаться по всему помещению.

Окрашиваемый предмет должен быть заземлен - это необходимо, чтоб заряженные частицы сухой краски надежно удерживались на поверхности.

При покраске в специализированной камере «цветной порошок» помещают в бункер. Компрессор начинает подачу сжатого воздуха, частицы краски электризуются, после чего насос подает сухой краситель в напылитель.

Формирование покрытия и запекание краски

Окрашенные изделия помещаются в термопечь, где происходит оплавление слоя краски и формирование на покрытии пленки. Предмет находится в сушильной камере около 15-30 минут. Режим плавления подбирается с учетом разновидности порошковой краски, материалом изготовления и условиями эксплуатации изделия, а также типом окрасочной печи.

После полимеризации предмет охлаждается на свежем воздухе. Полностью остывшее изделие готово к применению.

Покраска порошковой краской: видео

Меры безопасности

Перечислим основные правила, обеспечивающие безопасность выполнения покраски сухой краской:

Использование местной системы вентиляции. Над зоной подготовки поверхности можно установить зонт. Камера напыления обязательно должна иметь вентиляционную систему для удаления аэровзвеси. Если этим условием пренебречь, появляется угроза взрыва, а вредное воздействие мелких частиц краски на мастера увеличивается.
Организация общей приточной вентиляции в покрасочном цеху.
В одном помещении одновременно нельзя использовать порошковую и жидкую покраску.
Оборудование обязательно должно быть заземлено.
Недопустимо объединение печи полимеризации и вентиляционной системы камер покраски.
Цех надо укомплектовать средствами пожарной безопасности.
Ветошь необходимо убрать в металлические контейнеры и закрыть крышками.
Во время работы обязательно использовать средства индивидуальной защиты: респиратор, очки, резиновые перчатки, обувь на прорезиненной подошве.

Есть четыре основных процесса порошковой покраски покрытий: электростатическое распыление, способ нанесения с помощью потока воздуха (fluidized bed), электростатическое распыление с помощью воздушного потока (electrostatic fluidized bed) и нанесение с помощью пламени (flame spray).

Электростатическое распыление – наиболее популярный на сегодняшний день метод порошковой покраски. Для всех прикладных методов, подготовка поверхности (то есть, очистка и конверсионное покрытие) должна создавать хорошую основу для нанесения покрытия. Поверхность должна быть подготовлена соответствующим образом.

Особенности четырех различных методов порошкового покрытия:

В процессе электростатического распыления сухие порошковые частицы приобретают электрический заряд, в то время как окрашиваемая поверхность электрически нейтральна. Заряженный порошок и нейтральная рабочая область создают электростатическое поле, которое притягивает сухие частицы краски к поверхности. Попадая на окрашиваемую поверхность, порошковое покрытие сохраняет свой заряд, который удерживает порошок на поверхности. Окрашенная таким образом поверхность помещается в специальную печь, где частицы краски тают и впитываются поверхностью, постепенно теряя свой заряд.
Второй метод нанесения предусматривает, что порошковые частицы краски удерживаются во взвешенном состоянии с помощью потока воздуха. Вступая в контакт с предварительно разогретой окрашиваемой поверхностью, эти частички тают и прочно удерживаются на ее поверхности. Толщина порошкового покрытия зависит от температуры, степени нагрева поверхности, а также от длительности контакта с порошковыми частицами. При нанесении покрытий из термопластика последующее нагревание в большинстве обычно не требуется. Однако для полного затвердевания порошкового покрытия в некоторых случаях необходимо дополнительное нагревание.
Электростатический способ нанесения порошковой краски с помощью воздушного потока во многом схож с предыдущим, однако в этом случае поток воздуха, удерживающий частицы краски, электрически заряжен. Ионизированные молекулы воздуха заряжают частицы краски при движении наверх в специальной печи, куда помещают окрашиваемую поверхность, и формируют облако заряженных частиц. Окрашиваемая поверхность, обладающая нейтральным зарядом, покрывается слоем заряженных частиц. В этом случае предварительного нагревания окрашиваемой поверхности не требуется. Эта технология подходит для окрашивания небольших и простых по форме объектов.
Метод окрашивания с помощью пламени появился сравнительно недавно и применялся, в основном, для порошковых покрытий из термопластика. Термопластический порошок плавится под воздействием сжатого воздуха и попадает в специальный пистолет, где проходит через горящий пропан. Расплавленные частицы краски наносятся на окрашиваемую поверхность, формируя прочный слой. Поскольку этот способ не требует прямого нагревания, он подходит для большинства материалов. С помощью данной технологии можно окрашивать поверхности из металла, древесины, каучука и камня. Нанесение краски с помощью пламени также подходит для больших или закрепленных объектов.

Выбор порошковой краски зависит от желаемых характеристик поверхности. Свойства порошков должны отвечать индивидуальным запросам клиента, предъявляемым по отношению к поверхностям. Порошковые покрытия подразделяются на разные категории, в зависимости от особенностей применения. Термопластические покрытия применяются для окрашивания более плотных поверхностей и обеспечивают покрытиям долговечность, в то время как термостатическое порошковое покрытие применяется для окраски более тонких материалов, в основном, в декоративных целях. В порошковых красках используются полиэтилен, поливинил, нейлон, фторполимеры, эпоксидная смола, полиэстер и акриловые смолы.

Совместимость материалов

Технология электростатического нанесения с помощью воздушного потока лучше всего подходит для окрашивания небольших металлических предметов.
Как и для всех типов окрашивания, порошковые покрытия применяют на чистую, гладкую и хорошо подготовленную поверхность. Окрашиваемая поверхность не нуждается в предварительной обработке, однако дополнительная подготовка поверхности (например, обработка фосфатом железа для стали, фосфатом цинка для гальванических элементов или стали и фосфатом хрома для алюминиевых поверхностей) заметно улучшает качество порошкового покрытия.
Только те материалы, которые могут нагреваться до высокой температуры, могут подвергаться порошковому окрашиванию по технологии электростатического распыления, нанесения с помощью потока воздуха или электростатического нанесения с помощью воздуха. Следовательно, эти технологии более всего подходят для небольших металлических объектов.

Здоровье и безопасность

Порошковые краски могут легко воспламеняться вблизи открытых источников огня. Концентрация порошка в воздухе должна надежно контролироваться для обеспечения безопасного рабочего пространства. Несмотря на отсутствие легко воспламеняющихся растворителей, любой органический материал наподобие пыли или порошка может сформировать взрывчатую субстанцию в воздухе.
При окрашивании следует избегать вдыхания порошковой краски, поскольку это может привести к повреждению легких и защитных мембран организма.

Типовой процесс порошковой окраски представляет собой следующую последовательность операций:

Подготовка поверхности изделия к окраске.
Нанесение на окрашиваемую поверхность порошкового покрытия в камере напыления с помощью напылителя, в котором частицам полимерного порошка придается электрический заряд, и который с помощью сжатого воздуха транспортирует порошок к детали. Под действием электростатических сил частицы порошка притягиваются к поверхности окрашиваемой детали и равномерными слоями располагаются на ней.
Нагрев изделия в печи оплавления и полимеризации при температуре 140-220°C (в зависимости от вида краски). В результате нагревания порошок оплавляется, полимеризуется и покрытие приобретает необходимые защитные и декоративные свойства.

Подготовка поверхности:

В начальной стадии любого процесса окрашивания производится предварительная обработка поверхности. Это самый трудоемкий и продолжительный процесс, которому часто не уделяют должного внимания, однако который является необходимым условием получения качественного покрытия.

Подготовка поверхности предопределяет:

качество,
стойкость,
эластичность и долговечность покрытия,
способствует оптимальному сцеплению порошковой краски с окрашиваемой поверхностью
и улучшению его антикоррозийных свойств.

При удалении загрязнений с поверхности важно наиболее правильно подобрать метод обработки и состав, применяемый для этой цели. Их выбор зависит от материала обрабатываемой поверхности, вида, степени загрязнения, а также требованиями к условиям и срокам эксплуатации. Для предварительной обработки поверхности перед окрашиванием используются методы обезжиривания, удаления окисных пленок (абразивная очистка, травление) и нанесения конверсионного слоя (фосфатирование, хроматирование).

Из них обязателен лишь первый метод, а остальные применяются в зависимости от конкретных условий.

Процесс подготовки поверхности включает несколько этапов:

Очистка и обезжиривание поверхности;
Фосфатирование (фосфатами железа или цинка);
Споласкивание и закрепление;
Сушка покрытия.

На первом этапе происходит обезжиривание и очистка обрабатываемой поверхности. Она может производиться механическим или химическим способом.

При механической очистке используются стальные щетки или шлифовальные диски, также в зависимости от размеров поверхности возможна ее притирка чистой тканью, смоченной в растворителе. Химическая очистка осуществляется с использованием щелочных, кислотных или нейтральных веществ, а также растворителей, применяющихся в зависимости от вида и степени загрязнения, типа, материала и размера обрабатываемой поверхности и т.д.

При обработке химическим составом детали могут погружаться в ванну с раствором или подвергаться струйной обработке (раствор подается под давлением через специальные отверстия). В последнем случае эффективность обработки значительно повышается, поскольку поверхность подвергается еще и механическому воздействию, к тому же, осуществляется непрерывное поступление чистого раствора к поверхности.

Нанесение конверсионного подслоя предотвращает попадание под покрытие влаги и загрязнений, вызывающих отслаивание и дальнейшее разрушение покрытия.

Фосфатирование и хроматирование обрабатываемой поверхности с нанесением тонкого слоя неорганической краски способствует улучшению адгезии («сцепляемости») поверхности с краской и предохраняет ее от ржавчины, повышая ее антикоррозийные свойства. Обычно поверхность обрабатывается фосфатом железа (для стальных поверхностей), цинка (для гальванических элементов), хрома (для алюминиевых материалов) или марганца, а также хромового ангидрида. Для алюминия и его сплавов часто применяют методы хроматирования или анодирования. Обработка фосфатом цинка обеспечивает наилучшую защиту от коррозии, однако этот процесс более сложный, чем остальные. Фосфатирование может увеличить сцепление краски с поверхностью в 2-3 раза.

Для удаления окислов (к ним относятся окалина, ржавчина и окисные пленки) используется абразивная чистка, (дробеструйная, дробеметная, механическая) и химическая очистка (травление).

Абразивная очистка осуществляется при помощи абразивных частиц (песка, дроби), стальных или чугунных гранул, а также скорлупы ореха, подающихся на поверхность с большой скоростью с помощью сжатого воздуха или при помощи центробежной силы. Абразивные частицы ударяются о поверхность, откалывая кусочки металла со ржавчиной или окалиной и другими загрязнениями. Такая очистка повышает адгезию покрытия.

Следует помнить, что абразивная очистка может применяться только к материалам, толщина которых составляет более 3 мм. Большую роль играет правильный выбор материала, поскольку слишком крупная дробь может привести к большой шероховатости поверхности, и покрытие будет ложиться неравномерно.

Травление представляет собой удаление загрязнений, окислов и ржавчины путем применения травильных растворов на основе серной, соляной, фосфорной, азотной кислоты или едкого натра. Растворы содержат ингибиторы, которые замедляют растворение уже очищенных участков поверхности.

Химическая очистка отличается большей производительностью и простотой применения, чем абразивная, однако после нее необходимо промывать поверхность от растворов, что вызывает необходимость применения дополнительных очистных сооружений.

На заключительной стадии подготовки поверхности используется пассивирование поверхности, то есть ее обработка соединениями хрома и нитрата натрия. Пассивирование предотвращает появление вторичной коррозии. Его можно применять как после обезжиривания поверхности, так и после фосфатирования или хроматирования поверхности.

После споласкивания и сушки поверхность готова для нанесения порошкового покрытия.

После того как детали покидают участок предварительной обработки, они ополаскиваются и высушиваются. Сушка деталей производится в отдельной печи или в специальной секции печи отвержения. При использовании печи отвержения для просушки размеры системы снижаются, и отпадает необходимость использования дополнительного оборудования.

Нанесение порошковой краски:

Когда детали полностью просушиваются, они охлаждаются при температуре воздуха. После этого они помещаются в камеру напыления, где на них наносится порошковая краска. Основное назначения камеры заключается в улавливании порошковых частиц, не осевших на изделии, утилизации краски и предотвращении ее попадания в помещение. Она оснащена системой фильтров и встроенными средствами очистки (например, бункерами, виброситом и т.д.), а также системами отсоса. Камеры делятся на тупиковые и проходные. Обычно в тупиковых камерах окрашиваются малогабаритные изделия, а в проходных – длинномерные.

Также существуют автоматические камеры напыления, в которых с помощью пистолетов-манипуляторов краска наносится за считанные секунды. Наиболее распространенным способом нанесения порошковых покрытий является электростатическое напыление. Оно представляет собой нанесение на заземленное изделие электростатически заряженного порошка при помощи пневматического распылителя (их также называют пульверизаторами, пистолетами и аппликаторами).

Любой распылитель сочетает в себе ряд различных режимов работы:

напряжение может распространяться как вверх, так и вниз;
может регулироваться сила потока (напор, течение струи) краски, а также скорость выхода порошка;
может меняться расстояние от выхода распылителя до детали, а также размер частиц краски.

Сначала порошковая краска засыпается в питатель. Через пористую перегородку питателя подается воздух под давлением, который переводит порошок во взвешенное состояние, образовывая так называемый «кипящий слой» краски. Сжатый воздух может также подаваться компрессором, создавая при этом местную область «кипящего слоя». Далее аэровзвесь забирается из контейнера при помощи воздушного насоса (эжектора), разбавляется воздухом до более низкой концентрации и подается в напылитель, где порошковая краска за счет фрикции (трения) приобретает электростатический заряд. Это происходит следующим образом. Зарядному электроду, расположенному в главном ружье, сообщается высокое напряжение, за счет чего вырабатывается электрический градиент. Это создает электрическое поле вблизи электронов. Частицы, несущие заряд, противоположный заряду электрода, притягиваются к нему. Когда частицы краски прогоняются через это пространство, частицы воздуха сообщают им электрический заряд.

При помощи сжатого воздуха заряженная порошковая краска попадает на нейтрально заряженную поверхность, оседает и удерживается на ней за счет электростатического притяжения.

Различают две разновидности электростатического распыления:

электростатическое с зарядкой частиц в поле коронарного заряда
и трибостатическое напыление.

При электростатическом способе напыления частицы получают заряд от внешнего источника электроэнергии (например, коронирующего электрода), а при трибостатическом - в результате их трения о стенки турбины напылителя.

При первом способе нанесения краски применяется высоковольтная аппаратура.

Порошковая краска приобретает электрический заряд через ионизированный воздух в области коронного разряда между электродами заряжающей головки и окрашиваемой поверхностью. Коронный разряд поддерживается источником высокого напряжения, встроенным в распылитель. Недостатком этого способа считается то, что при его использовании могут возникать затруднения с нанесением краски на поверхности с глухими отверстиями и углублениями. Поскольку частицы краски прежде осаждаются на выступающих участках поверхности, она может быть прокрашена неравномерно.

При трибостатическом напылении краска наносится с помощью сжатого воздуха и удерживается на поверхности за счет заряда, приобретаемого в результате трения о диэлектрик. «Трибо» в переводе означает «трение». В качестве диэлектрика используется фторопласт, из которого изготовлены отдельные части краскораспылителя. При трибостатическом напылении источник питания не требуется, поэтому этот метод гораздо дешевле. Его применяют для окрашивания деталей, имеющих сложную форму. К недостаткам трибостатического метода можно отнести низкую степень электризации, которая заметно снижает его производительность в 1.5-2 раза по сравнению с электростатическим.

На качество покрытия может влиять объем и сопротивление краски, форма и размеры частиц. Эффективность процесса также зависит от размеров и формы детали, конфигурации оборудования, а также времени, затраченного на покраску.

В отличие от традиционных способов окрашивания, порошковая краска не теряется безвозвратно, а попадает в систему регенерации камеры напыления и может использоваться повторно. В камере поддерживается пониженное давление, которое препятствует выходу из нее частиц порошка, поэтому необходимость в применении рабочими респираторов практически отпадает.

Полимеризация:

На заключительной стадии окрашивания происходит плавление и полимеризация нанесенной на изделие порошковой краски в камере полимеризации.

После нанесения порошковой краски изделие направляется на стадию формирования покрытия. Она включает оплавление слоя краски, последующее получение пленки покрытия, его отвержения и охлаждения. Процесс оплавления происходит в специальной печи оплавления и полимеризации. Существует много разновидностей камер полимеризации, их конструкция может меняться в зависимости от условий и особенностей производства на конкретном предприятии. С виду печь представляет собой сушильный шкаф с электронной «начинкой». При помощи блока управления можно контролировать температурный режим печи, время окрашивания и настраивать таймер для автоматического отключения печи при завершении процесса. Источниками энергии для печей полимеризации могут служить электричество, природный газ и даже мазут.

Печи делятся на проходные и тупиковые, горизонтальные и вертикальные, одно- и многоходовые. Для тупиковых печей важным моментом является скорость подъема температуры. Этому требованию в наибольшей степени соответствуют печи с рециркуляцией воздуха. Камеры нанесения из диэлектриков с электропроводным покрытием обеспечивают равномерное распределение порошковой краски на поверхности детали, однако при неправильном использовании они могут накапливать электрические заряды и представлять опасность.

Оплавление и полимеризация происходит при температуре 150-220 °С в течение 15-30 минут, после чего порошковая краска образует пленку (полимеризуется). Основным требованием, предъявляемым к камерам полимеризации, является поддержание постоянной заданной температуры (в разных частях печи допускается разброс температуры не менее 5°С) для равномерного прогрева изделия.

При нагреве в печи изделия с нанесенным слоем порошковой краски частицы краски расплавляются, переходят в вязкое состояние и сливаются в непрерывную пленку, при этом вытесняя воздух, находившийся в слое порошковой краски. Часть воздуха может все же оставаться в пленке, образовывая поры, ухудшающие качество покрытия. Для избежания появления пор окраску следует проводить при температуре, превышающей температуру плавления краски, а покрытие наносить тонким слоем.

При дальнейшем нагревании изделия краска глубоко проникает в поверхность и затем отвердевает. На этом этапе формируется покрытие с заданными характеристиками структуры, внешнего вида, прочности, защитных свойств и т.д.

При окраске больших металлических деталей температура их поверхности поднимается значительно медленнее, чем у тонкостенных изделий, поэтому покрытие не успевает полностью затвердеть, в результате чего снижается его прочность и адгезия. В этом случае деталь предварительно нагревают или увеличивают время его отвержения.

Отвержение рекомендуется производить при более низких температурах и в течение более продолжительного периода времени. При таком режиме снижается вероятность возникновения дефектов, и улучшаются механические свойства покрытия.

На время получения необходимой температуры на поверхности изделия влияют масса изделия и свойства материала, из которого изготовлена деталь.

После отвержения поверхность подвергается охлаждению, которое обеспечивается за счет удлинения конвейерной цепи. Также для этой цели используются специальные камеры охлаждения, которые могут являться частью печи отвержения.

Соответствующий режим для формирования покрытия необходимо подбирать с учетом вида порошковой краски, особенностей окрашиваемого изделия, типа печи т.д. Необходимо помнить, что для нанесения порошкового покрытия решающую роль играет температура, особенно при нанесении покрытия на термостойкие пластмассы или изделия из древесины.

По окончании полимеризации изделие охлаждается на воздухе. После остывания изделия покрытие готово.

Типы порошковых красок

Порошковые краски из эпоксидной смолы:

Используются порошки из эпоксидной смолы которые обеспечивают высокую степень глянцевитости гладкости покрытия, отличные характеристики по адгезии, гибкости и твердости, а также стойкость к химическому воздействию и к растворителям.

Основными недостатками являются низкая теплоустойчивость и светоустойчивость, а также выраженная тенденция желтеть при повышении температуры и под воздействием рассеянного дневного света. Акриловые порошковые краски: широко используются при нанесении покрытий на поверхности; имеют хорошую степень сохранения таких характеристик, как глянец и цвет, под воздействием внешних раздражителей, а также обладают стойкостью по отношению к тепловому воздействию и щелочным средам.

Порошковые краски из сложного полиэфира:

Общие характеристики совпадают с характеристиками порошков из эпоксидной и акриловой смол. Такие порошки обладают высокой прочностью и высокой устойчивостью к пожелтению под воздействием ультрафиолетового света. Большая часть покрытий, имеющихся на зданиях в настоящее время, основана на линейных полиэфирах.

Гибридные порошковые краски с содержанием эпоксидной и полиэфирной смол:

Содержат в качестве компонента большую часть (иногда более 50%) специальной полиэфирной смолы. Свойства таких гибридов напоминают свойства порошков из эпоксидной смолы, однако, их дополнительным преимуществом является повышенная стойкость к пожелтению в результате пересушки и улучшенная способность переносить погодные условия. В настоящее время гибридные порошки считаются основой отрасли порошковых красок.

Полиуретановые порошковые краски: обладают ровным набором хороших физических и химических характеристик, а также обеспечивают хорошую прочность внешней стороны.

Существующие технологии окрашивания позволяют упростить задачу и ускорить покраску изделий из металла. Так, порошковая покраска (которая частично пришла на смену стандартной технологии) дает возможность не только качественно окрасить металлическую поверхность, но и защитить ее от влияния негативных факторов. Применение этого метода оказывает положительное воздействие и на внешний вид окрашиваемых изделий.

Область применения порошкового покрытия

Рассматриваемый метод относится к числу широко распространенных и используется в различных сферах. Эта технология находит свое применение при производстве строительных работ, в машино- и приборостроении. Порошковая покраска металла активно используется в автомобильной промышленности и при ремонте автомобилей: способность краски повышать эксплуатационные характеристики поверхности, а также безопасность и экологичность делают ее оптимальным вариантом для восстановления покрытий.

Свойства позволяют использовать состав для выполнения таких операций, как покраска дисков порошковой краской и ряд других. Делая выбор в пользу этого варианта при необходимости восстановления лакокрасочного покрытия автомобиля, можно не сомневаться в том, что он способен вернуть транспортному средству привлекательный внешний вид, надежно защитить его от появления коррозии и воздействия неблагоприятных факторов внешней среды. Этот эффективный способ хорошо справляется с задачей окрашивания как небольших деталей, так и крупных элементов, включая кузов автомобиля.

Покрасочные работы могут выполняться с использованием порошковой краски самостоятельно, особенно если это совсем небольшая деталь. Но такая покраска требует навыков и умений, поэтому если необходим отличный внешний вид окрашенного элемента, рекомендуется обращаться к профессионалам. Если же требуется порошковая покраска металлических изделий большой площади (например, кузова автомобиля), без специального оборудования не обойтись.

Преимущества порошковой краски

По сравнению с традиционными способами покраски, порошковая краска обладает рядом несомненных преимуществ, среди которых прочность и устойчивость к возникновению коррозии, высокая скорость выполнения работ, долговечность, низкий расход материала, отсутствие в составе растворителей и безопасность для здоровья человека. Покраска способствует образованию на окрашенной поверхности защитной пленки, которая предотвращает появление царапин и других повреждений.

Существенным является и тот факт, что для хранения состава не нужно создавать специальные условия.

Виды порошковых красок

Порошковую краску подразделяют на два типа — термопластичную и термореактивную. Первый вариант, в свою очередь, подразделяется на разновидности в зависимости от лежащего в основе состава вещества. Краску на основе поливинилбутираля рекомендуется применять для покрасочных работ внутри помещений, а составы на основе поливинилхлорида относятся к числу универсальных (для наружных и внутренних работ). Это же можно сказать и о полиамидных составах, которые отличаются устойчивостью к различным внешним воздействиям.

Существуют и полипропиленовые порошковые краски, но этот вариант больше направлен на защиту поверхности, а не на создание декоративного покрытия. Основой термореактивных покрытий могут выступать акрилаты, эпоксидная смола и другие компоненты. Эта разновидность обладает широкой сферой применения и может использоваться, в том числе для покраски автомобилей.

Что из себя представляет порошковая краска?

Порошковая краска — это мелкодисперсный порошок с полимерной структурой. В состав таких красок могут входить различные компоненты (отвердители, смолы), а также вещества, предназначенные для придания составу цвета. Состав покрытия в сочетании с технологией покраски способен надежно защитить металлические изделия от влияния агрессивных сред и придать ему отличные эстетические характеристики.

Преимущества, выгода, недостатки

Наряду с перечисленными преимуществами (прочность, долговечность, экологическая безопасность и т. д.), нужно обратить внимание и на тот факт, что этот вид краски предоставляет большой выбор цветов и оттенков, поэтому всегда возможно подобрать подходящий вариант. Что касается выгоды, то такая покраска относится к числу экономичных вариантов: материал используется практически на 100%, не оставляя большого количества отходов.

К недостаткам краски относят необходимость постоянного контроля за процессом покраски в камере и проблематичность проведения работ при низких температурах. Дополнительные неудобства может создать и тот факт, что каждый цвет должен храниться в индивидуальном контейнере. Но в любом случае порошковая краска является вариантом, который имеет минимум недостатков.

Нанесение порошковой краски

Для работы с порошковой краской необходимо обустройство покрасочного цеха (для этого потребуется пространство площадью 100-150 м. кв.). Важный момент: такой цех не должен находиться вблизи (на расстоянии менее 5 м) возможных источников возгорания. Покраска порошковой краской требует тщательного соблюдения технологии: только в этом случае гарантируется ожидаемый результат.

Какое оборудование для порошковой окраски требуется по технологии?

Покрасочные работы требуют наличия специального оборудования. Для того чтобы покрасить какое-либо изделие, понадобятся покрасочная камера и печь полимеризации, компрессор и распылитель. Оборудование для порошковой покраски включает в себя комплекс, предназначенный для подготовки поверхности к покрасочным работам и некоторые другие комплектующие.

На что нужно обращать внимание при выборе оборудования для порошковой окраски?

Приобретение специального оборудования требует финансовых затрат, поэтому при его выборе нужно учитывать ряд важных факторов, среди которых определяющее значение имеет цель его покупки. Так, представленные на рынке камеры покраски могут предназначаться как для единичных изделий, так и для организации покрасочных работ большого масштаба.

Распылитель (в зависимости от камеры) содержится в камере либо приобретается дополнительно. Для бытового использования рекомендуется выбирать ручные пистолеты. Дорогостоящие варианты распылителя охватывают большую площадь поверхности, за счет чего время покраски существенно уменьшается.

Подготовка к покраске

Качество и долговечность покрытия в существенной степени определяются подготовкой к покраске. Подготовительные мероприятия подразумевают тщательное очищение и обезжиривание поверхности, проведение защитной обработки и фосфатирование (требуется для улучшения адгезии). Нередко завершает процесс пассивирование, которое заключается в обработке поверхности нитратами хрома и натрием (повышает устойчивость к коррозии).

Технологический процесс

Непосредственно перед покраской, окрашиваемое изделие нужно замаскировать, т. е. надежно защитить те его элементы, которые в окрашивании не нуждаются. Маскировка требуется и в случае прокраски несколькими цветами. После проведения подготовительных мероприятий и маскировки, приступают к процессу нанесения краски.

Нанесение краски

Покрытие равномерно наносится на поверхность при помощи распылителя. Изделие, которое подвергается покраске, рекомендуется заземлять: это способствует удержанию частиц на поверхности. Затем окрашенное изделие необходимо поместить в печь (слой должен оплавиться, на покрытии сформируется пленка) и охладить на свежем воздухе.

Контроль качества покрытия

После извлечения изделия из печи и охлаждения, покрытие становится твердым. Однако транспортировать или эксплуатировать его еще рано: для полного завершения процесса необходимо подождать 24 часа (за это время покрытие наберет максимальную прочность).

Таким образом, рассматриваемый вид покраски представляет собой эффективный способ окрашивания различных типов изделий. Применение данной технологии позволяет не только придать изделию отличный внешний вид, но и надежно защитить его от влияния агрессивных сред.