Химия и технология лакокрасочных покрытий

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РАСПЫЛЕНИЕ

Гидравлическое распыление, известное в литературе также под названием механическое распыление, принципиально отличается от способа пневматического распыления тем, что диспергирование жид­кого лакокрасочного материала осуществляется с помощью гидрав­лического давления, создаваемого сжатым воздухом или механиче­ским путем. Работа аппаратов гидравлического распыления основана на превращении потенциальной энергии краски, находящейся под давлением, в кинетическую энергию при выходе ее из сопла распы­лителя.

Способ гидравлического распыления был известен давно, однако его применение ограничивалось нанесением низковязких лакокрасоч­ных материалов, в первую очередь водных строительных красок, при этом используемое давление не превышало 1 МПа. В 1950-х годах были разработаны установки с рабочим давлением до 4,0-4,5 МПа, позволившие распылять более вязкие лакокрасочные материалы, в том числе и краски неводного типа в нагретом состоянии. В даль­нейшем оборудование для нанесения существенно усовершенство­валось, рабочее давление возросло до 25-35 МПа, появилась возмож­ность наносить материалы в ненагретом состоянии. Способ этот под названием Безвоздушное распыление приобрел широкое применение в промышленности и строительстве благодаря эффективности и вы­сокой производительности.

Безвоздушное распыление оказалось более экономичным по сравнению с пневматическим распылением (потери лакокрасочного материала на туманообразование сокращаются на 20-25 %, расход растворителей - на 15-25 %). В целом способ гидравлического рас­пыления выгодно отличается от других способов распыления более высокой производительностью и меньшим загрязнением окружаю­щей среды вредными веществами. Он применяется как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Основы способа

Способ гидравлического распыления связан с диспергированием лакокрасочного материала за счет высоких скоростей его истечения из насадок (сопел) при подаче под давлением. Гидравлическое давле­ние создается воздухом или непосредственно, например, с помощью центробежного или плунжерного насоса.

Для распыления применяют струйные форсунки, устройство ко­торых во многом определяет характер и степень распыления лако­красочного материала и направление движения аэрозольного потока. Для низковязких жидкостей скорость истечения из сопла М опреде­ляется следующим уравнением:

W=^y[2PgJpy

Где ф - расходный коэффициент; Р- давление на лакокрасочный материал; %- Ускорение свободного падения; р - плотность лакокрасочного материала.

При определенной (критической) скорости, когда сопротивление воздуха движению выходящей из сопла струи превышает силы коге­зии жидкого материала, начинается его дробление. При этом дис­персность образующегося аэрозоля зависит от геометрических раз­меров и формы отверстия сопла, гидродинамических параметров распыления, режимов истечения и свойств лакокрасочного материа­ла, в первую очередь вязкости и поверхностного натяжения. Чем выше скорость истечения, меньше вязкость и поверхностное натя­жение материала, тем меньше размеры капель образующегося аэро­золя.

Распыление оказывается более эффективным и происходит при меньшей критической скорости истечения, если жидкости перед вы­ходом из сопла форсунки придают вращательное движение. Возни­кающая при этом центробежная сила способствует распылению. На таком принципе работают, в частности, форсунки, применяемые для гидравлического распыления лакокрасочных материалов при низком давлении (менее 1 МПа). Также благоприятствует гидравлическому

Распылению нагревание лакокрасочных материалов. Это связано не только с по­нижением их вязкости и поверхностного натяжения, но и с обильным испарением нагретых растворителей при выходе из Л МПа

Сопла распылителя в результате резкого падения давления. Этот при­ем широко использовался в начальных вариантах аппаратуры. Так, повышая температуру лакокрасочного материала от 20 до 100 °С, можно снизить давление распыления с 14-20 до 4-7 МПа.

Другой способ снижения давления - использование комбиниро­ванного распыления, сочетающего одновременно и гидравлический, и пневматический принципы. Он получил название Комбинированно­го распыления. При этом способе достаточно давления на лакокра­сочный материал при истечении из сопла 3-5 МПа, но одновременно требуется подача сжатого воздуха в отверстия форсунки давлением 0,1-0,2 МПа. Под действием этого воздуха материал дополнительно диспергируется и более равномерно распределяется по сечению факела. Одновременно устраняются кромочные эффекты (завихрения струи), что приводит к снижению потерь лакокрасочных материалов при рас­пылении. Потери по сравнению с чисто безвоздушным распылением уменьшаются на 30-35 %, с пневматическим - на 50 % (рис. 7.7).

Производительность установок гидравлического распыления оп­ределяется сечением отверстия и формой сопла распылителя, а также давлением на краску. Регулируя эти параметры, можно в широких пределах изменять производительность. Высокая производительность, достигающая 1000 и более квадратных метров поверхности в час, за­трудняет ручное управление распылителями, делает практически не­возможным окрашивание мелких изделий и получение высокодеко­ративных покрытий. Поэтому гидравлическое распыление нашло применение преимущественно при окрашивании крупногабаритных изделий несложной формы и строительных объектов.

Нанесение лакокрасочных материалов распылением при низком давлении

Гидравлическое распыление низковязких водных красок (извест­ковых, клеевых, силикатных) удовлетворительно происходит при от­носительно невысоком давлении 0,6-0,8 МПа. Качество распыления
нельзя признать высоким, однако образующиеся покрытия вполне отвечают требованиям строительного назначения, где и получил ос­новное применение данный способ. Для выполнения окрасочных работ применяют специальные аппараты с ручным и механическим приводом - краскопульты. В ручных краскопультах давление на краску создается за счет сжатого воздуха от ручного насоса. При этом в от­личие от пневматического распыления воздух непосредсгвенного уча­стия в распылении лакокрасочного материала не принимает. В рас­пылительных устройствах механического действия - электрокраско­пультах - давление на краску создается с помощью насосов низкого давления, работающих от электродвигателей.

Основным элементом краскопультов является форсунка. Осо­бенно распространена форсунка центробежного типа (рис. 7.8, А), которая представляет собой полый цилиндр с двумя отверстиями. Входное отверстие форсунки расположено на боковой поверхности у одного основания цилиндра, выходное - в центре другого основания. Краска входит в форсунку по касательной к боковой поверхности и, скользя по ее цилиндрической стенке, получает быстрое вращатель­ное движение при одновременном продвижении к выходному отвер­стию. При выходе из форсунки краска в результате перепада давле­ния и центробежной силы распыляется, образуя факел в виде полого конуса, который своим основанием направлен на окрашиваемую по­верхность. В другом варианте форсунки (рис. 7.8, 6) вращение краски обеспечивается за счет винтообразного внутреннего вкладыша. При распылении достигается тот же эффект, хотя краска поступает в фор­сунку не сбоку, а через основание цилиндра вблизи от его боковой поверхности. В последнем случае сопротивление краски несколько снижается, факел получается более удлиненным и направленным.

Наряду с форсункой в комплект ручного краскопульта (рис. 7.9) входят плунжерный насос, фильтр, шланги, металлическая удлини-

11

Рис. 7.9. Ручной краскопульт С0-20А:

1 - корпус; 2 - насос; 3 - всасываю­щий клапан; 4 - приемный шланг; 5 - фильтр; 6 - нагревательный клапан; 7 - сальник; 8 - напорный шланг; 9 - кран; 10 - "удочка"; 11 - Форсунка

Тельная трубка - "удочка". Краскопульт С0-20А обслуживается дву­мя рабочими, один из которых действует удочкой, а второй при по­мощи насоса поддерживает нужное давление («0,8 МПа). Так как форсунка дает полую струю, то для получения равномерного покры­тия форсунку, держа за удочку, перемещают, совершая ею плавные круговые движения. Расстояние от форсунки до окрашиваемой по­верхности поддерживают равным 0,75-1,0 м. Производительность по окрашиваемой поверхности достигает 200 м2/ч.

При больших объемах окрасочных работ пользуются электро­краскопультами типов СО-22, СО-25, СО-61, СО-69 и др. В отличие от ручного насоса, работа диафрагменного насоса электрокраско­пульта осуществляется с помощью электродвигателя. Давление на краску («0,7 МПа) поддерживается автоматически и контролируется манометром. Нанесение краски может осуществляться непрерывно, причем одновременно (посредством распределительного устройства - гребенки) можно подключать к одному насосу несколько форсунок. Длина краскоподающих шлангов достигает 20-50 м, что позволяет, пользуясь одним насосом, осуществлять большой объем окрасочных работ. Например, производительность насоса СО-69 при примене­нии 7 форсунок по краске составляет около 1 м3/ч, или по окраши-

Ваемой поверхности 1500-1700 м2/ч. Электрокраскопульты обычно монтируются на тележке и представляют собой передвижные окра­сочные установки.

Нанесение лакокрасочных материалов распылением при высоком давлении (безвоздушное распыление)

Способ распыления лакокрасочных материалов при высоком давлении (6-35 МПа), так называемый способ безвоздушного распы­ления, получил широкое распространение в промышленности при окрашивании средне - и крупногабаритных изделий I и II групп сложности, изготовляемых в серийном и массовом масштабе: судов, вагонов, турбин, дорожных и сельскохозяйственных машин, фурго­нов, конструкционных металлических листов, крупных профилей, станков и др. Он постепенно вытесняет пневматическое распыление благодаря экономичности, компактности установок, более высокой производительности, меньшему загрязнению окружающей среды. Потери лакокрасочных материалов при нанесении этим способом не превышают 10-25 %, а срок окупаемости установок 2-3 мес. Наи­большая эффективность способа проявляется при окрашивании крупногабаритных изделий и объектов, а также при больших объе­мах окрасочных работ на производстве, когда потребление красок достигает десятков и сотен тонн в год.

Распыление проводят преимущественно в двух вариантах: без нагрева лакокрасочного материала и комбинированным путем (соче­танием гидравлического способа с пневматическим).

Для нанесения безвоздушным распылением применяют установ­ки, в которых основные элементы - краскораспылитель, насос высоко­го давления и элементы краскоподачи - объединены в один агрегат.

Краскораспылители безвоздушного распыления по внешнему ви­ду напоминают пневмокраскораспылители, они имеют ряд сходных узлов. Учитывая работу под большим давлением, к ним предъявля­ются высокие требования в отношении герметизации отдельных эле­ментов и узлов, кроме того, они снабжены предохранительным уст­ройством во избежание случайного нажатия на спусковой крючок.

Сопло краскораспылителя имеет особую конструкцию. Оно пред­ставляет собой цилиндрическую насадку, выполненную из особо прочного материала - карбида вольфрама. Форма канала цилиндри­ческая или коническая. Сопла сменные от 0,17 до 0,82 мм.

Основным узлом установки является агрегат высокого давления - плунжерный насос с пневматическим или электрическим приводом, снабженный воздухораспределительным механизмом, системой кла­
панов, фильтрами и контрольно-измерительной аппаратурой. Вели­чина давления на лакокрасочный материал зависит от соотношения площадей пневмопривода и плунжерного насоса. В зависимости от конструкции и назначения установки это соотношение может варьи­роваться в пределах от 18 до 75. Исходное давление сжатого воздуха, подаваемого в установки с пневмоприводом, составляет 0,3-0,7 МПа.

Различают малогабаритные передвижные (навесные, переносные) и крупногабаритные передвижные или стационарные установки; они могут быть оснащены ручными и автоматическими краскораспыли­телями. На рис. 7.10 показан общий вид установки с пневмоприводом. Малогабаритные установки, работающие под давлением 20-25 МПа, имеют призводительность по краске 2-3 л/мин, или по окрашивае­мой поверхности 1000-1200 м2/ч, а самые крупные и мощные с дав­лением краски 40 МПа и более позволяют за 1 ч окрашивать поверх­ности в несколько тысяч квадратных метров.

Способ безвоздушного распыления пригоден для самых разных лакокрасочных материалов; имеются установки, укомплектованные двумя или тремя насосами, что позволяет наносить многоупаковоч­ные материалы. Важное требование к лакокрасочным материалам - хороший перетир пигментов: размер частиц в них не должен пре­вышать 15 мкм. Способом безвоздушного распыления нельзя нано­сить краски с волокнистыми наполнителями и с повышен­ным содержанием пигментов чешуйчатого строения (брон­зы, алюминиевая пудра, гра­фит, слюда). В работе исполь­зуют, как правило, лакокрасоч­ные материалы с вязкостью 80-120 с по ВЗ-246 при 18- 23 °С; толщина однослойных покрытий при этом составля­ет 15-30 мкм.

Особого навыка и трени­ровки требует ручное нанесе­ние лакокрасочных материа­лов. В процессе окрашивания необходимо постоянно пере­мещать краскораспылитель,

Рис. 7.10. Общий вид установки безвоздушного распыления

Держа его перпендикулярно окрашиваемой поверхности на расстоя­нии 250-350 мм. Окрашивать полосами с частичным перекрытием каждого слоя. Скорость перемещения должна быть такой, чтобы при хорошем укрытии поверхности исключить образование натеков. На вертикальных поверхностях натеки могут возникать, если толщина нанесенного слоя превышает 30-45 мкм. Только в случае тиксотроп - ных эмалей можно наносить более толстые слои (до 100-120 мкм). Однако при самом тщательном нанесении покрытия по декоратив­ному виду уступают покрытиям, получаемым при пневматическом распылении; они соответствуют лишь ШЧУ классам отделки.

Как и при пневматическом распылении, при нанесении лакокра­сочных материалов под высоким давлением в зоне распыления кон­центрируются пары растворителей и не осевшая на изделие красоч­ная пыль. Поэтому изделия окрашивают в распылительных камерах или с применением бескамерных установок, обеспечивающих отсос загрязненного воздуха из зоны распыления. Используют распыли­тельные камеры, по конструкции аналогичные применяемым при пневматической окраске. Для камер с боковым отсосом вентиляция выбирается таким образом, чтобы скорость движения воздуха в от­крытых проемах составляла 0,6-0,7 м/с. Если в камерах предусмотре­ны нижний отсос и верхняя подача воздуха, то производительность вентилятора должна составлять 1200-1500 м3/ч на 1 м2 пола камеры.

Нанесение лакокрасочных материалов комбинированным распылением

Сочетание способов безвоздушного и пневматического распыле­ния предопределило появление нового метода нанесения лакокра­сочных материалов - комбинированного распыления. Он имеет ряд положительных сторон.

По сравнению с пневматическим распылением снижаются поте­ри лакокрасочных материалов, улучшаются условия труда при ок­рашивании, снижаются расходы на вентиляцию. В отличие от метода безвоздушного распыления, улучшаются декоративные свойства по­крытий (класс III по сравнению с классом IV), представляется воз­можным получать покрытия при более низком давлении.

Конструкция установок комбинированного распыления анало­гична установкам безвоздушного распыления. В ней присутствуют все те же составные элементы. Отличие состоит в устройстве сопла краскораспылителя: в его головке имеются воздушные каналы, по которым воздух попадает непосредственно в зону пневматического распыления материала (рис. 7.11). Как и в установках безвоздушного распыления, краскораспылители комплектуются сменными соплами.

Рис. 7.11. Схема головки краскораспы­лителя комбинированного нанесения

Параметры распыления в ос­новном определяются размером отверстия сопла (D). В импортных установках чаще всего применяют сопла с D от 0,17 до 1,0 мм. Уста­новки комбинированного распы­ления достаточно производитель­ны. Они находят широкое применение в промышленности, в первую очередь, при окрашивании крупногабаритных изделий и объектов.

Разновидность способа гидравлического распыления - Нанесение лакокрасочных материалов с применением углекислоты. Углекис­лый газ С02, переходя из твердого состояния в жидкое (оно достига­ется при температуре 31 °С и давлении 75 бар), может выполнять две функции: быть сорастворителем для многих лакокрасочных мате­риалов и одновременно создавать высокое давление, обеспечиваю­щее их качественное распыление. Этот способ, известный под назва­нием Unicarb (разработан фирмой Union Carbide), получил широкое применение в ряде стран при окрашивании автомобилей и других транспортных средств, электробытовых приборов, мебели и т. д.

Для нанесения этим способом пригодны многие органораство­римые лакокрасочные материалы на термопластичных и термореак­тивных пленкообразователях. Исходный материал (концентрат) с высокой вязкостью (0,3-0,5 МПа • с) и большим сухим остатком (до 70 %), растворенный в высококипящем растворителе, загружается в специальный смеситель, в который из баллона подается углекислота (соотношение лакокрасочный материал : С02 = 4 : 1). В смесителе при температуре 37-67 °С происходит смешение компонентов. Из смесителя готовый к применению лакокрасочный материал по тру­бопроводу подается на распыление. Применяют ручные или автома­тические краскораспылители безвоздушного распыления.

Способ Unicarb высокопроизводителен. Он позволяет экономить дорогие растворители (стоимость углекислоты обычно меньше, чем растворителя), при этом снижаются затраты на создание давления, уменьшаются потери лакокрасочных материалов за счет снижения туманообразования, имеется возможность нанесения толстых покры­тий (вследствие быстрого испарения С02). Препятствием к широко­му применению этого способа является высокая стоимость обору­дования. Он оправдывает себя только при больших объемах про­изводства.

По значению и распространению в промышленности электро­статическое распыление занимает одно из ведущих мест. Привлека­ют в этом способе экономичность, хорошее качество покрытий, воз­можность автоматизации процесса и высокая производительность. Благодаря воздействию электрического поля на аэрозольные части­цы достигается практически полное осаждение распыляемого лако­красочного материала на изделия, потери не превышают 10 %.

В электрическом поле можно окрашивать изделия I и II групп сложности, изготовленные из различных материалов, при этом при­меняют как стационарные (полностью автоматизированные), так и ручные установки. Особенно хорошо зарекомендовал себя этот спо­соб при окрашивании однотипных мелких изделий не очень сложной формы при массовом или серийном производстве (деталей приборов, авто-, вело - и мотодеталей, электротехнических изделий, фурнитуры, бытовой техники, мебели, обуви и др). Применим этот способ и при окрашивании средне - и крупногабаритных изделий, таких, как кузо­ва и кабины автомобилей, железнодорожные и трамвайные вагоны, автобусы. Он дает хорошие результаты как при массовом, серийном производстве, так и при окрашивании единичных изделий. В случае применения стационарных установок существенно улучшаются са­нитарно-гигиенические условия труда и повышается общая культура производства.

Способ электростатического распыления жидких лакокрасочных материалов был разработан А. А. Чижевским в 1938 г., однако широ­кое практическое применение в технологии покрытий он получил лишь в 50-е годы прошлого века. В настоящее время этот способ считается одним из доминирующих.

К недостаткам способа электростатического распыления можно отнести сложность и повышенную стоимость окрасочной аппарату­ры, некоторые ограничения в использовании лакокрасочных мате­риалов.

Основы способа

Сущность электростатического способа заключается в распыле­нии лакокрасочного материала с одновременным сообщением обра­зующимся аэрозольным частицам электрического заряда, благодаря которому они равномерно осаждаются на противоположно заряжен­ном изделии.

При электростатическом нанесении приемлем любой способ об­разования аэрозолей, однако наиболее распространены механическое

Рис. 7.12. Схема ионной зарядки частиц:

1 - коронирующий электрод; 2 - Молекулы газа; 3 - частица краски;

4 - изделие

(центробежное), пневматиче­ское, гидравлическое (безвоз­душное) и комбинированное распыление. Возникновение заряда на частицах связано с

Наложением постоянного электрического поля высокого напряжения (50-140 кВ), при этом изделие, как правило, заземляется.

Существует несколько способов зарядки аэрозольных частиц, определяющих различный подход к аппаратурному оформлению процессов. Практическое использование нашли два из них: ионный и контактный.

Ионная зарядка (зарядка ионной адсорбцией) широко использует­ся во многих аппаратах электронно-ионной технологии благодаря высокой эффективности и простоте осуществления процесса. Ис­точником ионов обычно является коронный разряд, возникающий в пространстве между двумя электродами, например между электрод­ной сеткой, соединенной с источником высокого напряжения, и за­земленным изделием. Одним из важных свойств коронного разряда является его способность сообщать заряд аэрозолю, находящемуся на некотором расстоянии от электрода. Заряд возникает в результате адсорбции частицами аэрозоля ионов, образующихся при ионизации воздуха. Адсорбция происходит до тех пор, пока силы отталкивания между ионами, осевшими на частице, и силы притяжения ионов час­тицей не уравняются. Адсорбция ионов вызывает направленное дви­жение аэрозольных частиц (капель) по силовым линиям поля в сто­рону окрашиваемого изделия (рис. 7.12).

Максимальный заряд QШKc, который приобретает капля лакокра­сочного материала, может быть вычислен по уравнению Потенье:

> £—1

■2 макс ( 1 + 2 е + 2

Где е - диэлектрическая проницаемость лакокрасочного материала; Е - на­пряженность поля в данной точке; г - радиус капли.

При этом напряженность поля для точечного заряда С( равна:

Д = д'/е/,

Где 8В - диэлектрическая проницаемость среды (воздуха); / - расстояние от заряда до заземленного предмета.

Контактная зарядка (или Зарядка путем электростатической ин­дукции) происходит в результате контакта лакокрасочного материала с острой кромкой распылителя, выполняющего одновременно роль коронирующего электрода. Для лучшей зарядки материала обычно выбирают электрод вытянутой формы, образующий кромку в виде острия. Чем меньше радиус закругления кромки распылителя, тем больше напряженность электрического поля в этом месте и легче возникает коронный разряд, вызывающий распыление и зарядку материала. Коронный разряд образуется на острой кромке электрода, если напряженность поля достигает 3 МВ/м. При этом электрические заряды интенсивно стекают в воздух, вызывая его ионизацию в при­легающем к электроду пространстве.

При подключении высокого напряжения к коронирующему элек­троду на острие его кромки создается поверхностный заряд большой плотности. Если на такую кромку подать тонкий слой лакокрасочного материала, то он будет заряжаться и под влиянием сил электрическо­го поля вытягиваться и стекать с поверхности в направлении зазем­ленного изделия (рис. 7.13). Образуется направленный движущийся аэрозоль заряженных частиц (капель) лакокрасочного материала.

Заряд капли аэрозоля, полученный при контактной зарядке, воз­растает с повышением приложенного напряжения и уменьшается при увеличении расстояния от распылителя до изделия, 8 и Ру лако­красочного материала. Заряд растет также пропорционально квад­рату радиуса капли. Однако масса капли, определяющая кинетиче­скую устойчивость аэрозоля, увеличивается еще быстрее - пропор­ционально кубу радиуса. Поэтому высокая степень диспергирования лакокрасочного материала благоприятно сказывается на распылении.

При контактной зарядке лакокрасочного материала заряд аэро­зольных частиц в 10-30 раз больше, чем при ионной, поэтому про­мышленные электроокрасочные установки работают преимущест­венно с использованием контактного способа зарядки.

Зарядка капель способствует не только их дроблению и направ­ленному движению к изделию, но и образованию факела аэрозоль­ных частиц. В отличие от пневматического, при электростатическом распылении факел образуется в результате взаимного отталкивания одноименно заряженных капель.

Заряженные частицы, образующиеся при распылении в электри­ческом поле, двигаются к поверхности окрашиваемого изделия по силовым линиям. Траектория движения формируется под влиянием действующих на частицу сил:

Где - сила тяжести; Р* - сила, обусловленная действием электрического поля, Р* = EqMЗiKC; Ре ~ сила, обусловленная неравномерным распределением, напряженности электрического поля; Бс - сила взаимодействия частицы с другими, близко находящимися частицами.

Противодействует движению сила, обусловленная сопротивле­нием воздуха перемещению частицы. Скорость движения падает про­порционально логарифму радиуса частицы.

Разрядка частиц завершает цикл процессов, связанных с перено­сом вещества в поле коронного разряда, и является одновременно процессом астабилизации дисперсии. Наряду с переходом капель в нейтральное состояние (в результате стекания зарядов на заземлен­ное изделие) происходит их слияние; вязкость образующейся жид­кой пленки непрерывно увеличивается вследствие испарения раство­рителя, соответственно изменяются и электрические параметры слоя. В случае прямого контакта капель с поверхностью скорость их раз­рядки определяется собственной проводимостью материала: чем боль­ше X (или чем меньше р^), тем быстрее и полнее происходит стекание зарядов. Таким образом, удельное объемное сопротивление на раз­ных стадиях нанесения лакокрасочных материалов играет двоякую роль: с его ростом облегчается зарядка аэрозольных частиц и одно­временно затрудняется их разрядка.

Если краска осаждается на уже осевший слой лакокрасочного ма­териала или на предварительно окрашенную (загрунтованную) по­верхность, то определяющее влияние на разрядку оказывает электро­сопротивление этого слоя. При большом сопротивлении происходит накопление зарядов на поверхности; осаждение лакокрасочного мате­риала при этом замедляется или полностью прекращается. Поэтому на практике в зависимости от электрического сопротивления пленки на­носят 1-3 слоя лакокрасочных материалов. Нередко предусматривается нанесение сдвоенных слоев: последующий слой наносят на неотвер - жденный предыдущий, имеющий относительно низкое значение рА

Нанесение лакокрасочных материалов в автоматизированных установках

Положительные качества электростатического распыления наи­более полно проявляются при использовании стационарных устано­вок, работающих в автоматическом режиме. Конструкции таких ус­тановок весьма разнообразны, однако все они содержат следующие основные узлы: электростатический распылитель, дозирующее уст­ройство, источник высокого напряжения постоянного тока, вклю­чающий электростатический генератор и кенотронный выпрями­тель, искропредупреждающее (или предохранительное) устройство, окрасочную камеру (рис. 7.14).

Электростатический распылитель - один из важных элементов установок. В зависимости от способа распыления лакокрасочных материалов находят применение распылители электростатические с неподвижной коронирующей кромкой (лотковые, щелевые), элек­тромеханические с подвижной коронирующей кромкой (чашечные, грибковые, дисковые), пневмоэлектростатические, гидроэлектроста­тические и гидропневмоэлектростатические (комбинированного рас­пыления).

Большее распространение при окрашивании изделий в электри­ческом поле получили электромеханические распылители, в первую очередь чашечные и дисковые (рис. 7.15). Они компактны, просты по устройству и надежны в эксплуатации. Рабочим органом таких рас­пылителей служит коронирующая насадка в виде чаши диаметром 50-150 мм. Вращение коронирующей насадки осуществляется с по­мощью электрического привода обычно с частотой 1200-1400 об/мин. Они обеспечивают наиболее высокий коэффициент переноса мате­риалов (95-98 %), но недостаточно производительны. Разработа­ны высокооборотные чашечные и дисковые распылители, имеющие частоту вращения 30-60 тыс. об/мин, в частности, к ним относится

Рис. 7.14. Принципиальная схема стационарной электроокрасочной установки:

1 - окрасочная камера; 2 - пульт дис­танционного управления; 3 - конвей­ер; 4 - изделие; 5 - электростатический распылитель; 6 - дозирующее устрой­ство; 7 - кенотронный выпрямитель тока; 8 - электростатический генера­тор; 9 - вытяжная вентиляция

Рис. 7.15. Электростатический распылитель (чашечный) ЭР-9:

1 - корпус распылителя; 2 - чаша; 3 - подставка; 4 - кронштейн

Распылитель ЭРВ-1. Лакокра­сочный материал, поступаю­щий в электромеханический распылитель, обычно приоб­ретает заряд в зарядном уст­ройстве, куда подается высокое напряжение (80-120 кВ); далее он поступает на чашу, на кромке которой диспергирует-

Ся. Производительность элек­тромеханических распылителей обычно лежит в пределах 1,5-2,5 г/мин на 1 см длины коронирующей кромки. Для распылителей с диа­метром чаши 60-100 мм это составляет 1,8-4,5 кг/ч по краске, или 60- 150 м2/ч по окрашиваемой поверхности. При больших объемах окра­сочных работ установки комплектуют несколькими распылителями (от 2 до 6), которые спаривают механизмами, обеспечивающими их качание или возвратно-поступательное перемещение в вертикальной плоскости (устройства типа "Качалка", "Робот" и др.). Расстояние от коронирующей кромки до изделия обычно составляет 200-300 мм.

Пневмоэлектростатические распылители создают более направ­ленное перемещение аэрозоля лакокрасочного материала, чем элек­тромеханические, и тем самым позволяют лучше прокрашивать углубления в изделиях. Распыление красок в них осуществляется с помощью струи сжатого воздуха, подаваемого под давлением 0,05— 0,4 МПа. Производительность по краске распылителей разных типов колеблется от 30 до 300 г/мин.

Для окрашивания крупногабаритных изделий и объектов с не­сложным профилем поверхности (железнодорожные и трамвайные вагоны, тепловозы, вагоны метро и др.) неплохие результаты показа­ли щелевые электростатические распылители (ГЦЭР-1 и ЩЭР-2) с коронирующей кромкой 500 и 700 мм и производительностью по краске до 100 г/мин.

Для подвода тока к распылителям применяют два типа высоко­вольтных систем - обычную (классическую) и каскадную. В первом случае высокое напряжение постоянного тока передается на распы­литель непосредственно от трансформатора (источника высокого на­пряжения), во втором - высокое напряжение постоянного тока гене­
рируется на специальном каскаде, встроенном в краскораспылитель. В этом случае исходным является напряжение постоянного тока до 12 В. Первая система в основном используется в автоматизирован­ных установках, вторая - в установках ручного нанесения.

Питание электростатических и электромеханических распылите­лей жидкими лакокрасочными материалами обеспечивается с помо­щью дозирующего устройства ДКХ-3.

Способом электростатического распыления можно наносить раз­личные виды лакокрасочных материалов: грунтовки, лаки и эмали алкидные, мочевиноформальдегидные, меламиноалкидные, масля­но-стирольные, эпоксидные (одноупаковочные) и др. Хорошо нано­сятся лакокрасочные материалы, у которых 8 = 6-10, ру = 5 • 104- 5 • 105 Ом • м, а вязкость 25-70 мПа • с (по реотесту), или 14-25 с по ВЗ-246. Для разведения этих материалов применяют соответствую­щие разбавители марки РЭ, подобранные с таким расчетом, чтобы готовый к нанесению материал имел требуемые электрические пара­метры. Толщина однослойных покрытий при нанесении составляет 18-25 мкм. При использовании распылителей с высокой частотой вращения чаши можно применять лакокрасочные материалы с вяз­костью 60-80 с по ВЗ-246, при этом на 25-30 % возрастает толщина получаемых однослойных покрытий (рис. 7.16).

Лакокрасочные материалы, содержащие высоколетучие раство­рители (нитратцеллюлозные, виниловые, акрилатные), применяется ограниченно из-за резкого увеличения вязкости на кромке распыли­теля и повышенной пожаро - и взрывоопасности. Долгое время оп­ределенные трудности представляло нанесение водоразбавляемых лакокрасочных материалов и красок, содержащих металлические пигменты: вследствие высокой электрической проводимости проис­ходит утечка зарядов по слою краски. В настоящее время разработа­но оборудование для электростатического нанесения водораствори­мых лакокрасочных материалов с ру < < 1 ■ 104 Ом • м.

Способом электростатического рас­пыления, как правило, окрашивают из­делия из металла. Возможно нанесение красок и на неметаллические материалы,

Рис. 7.16. Зависимость предельных значе­ний вязкости Ц эмали МЛ-12 при нанесении и толщины слоя покрытия 5 от частоты вращения П чаши электростатического рас­пылителя
Обладающие поверхностной электрической проводимостью не менее 10 8 См. Так, хорошо наносятся лакокрасочные материалы на древе­сину с влажностью 10-12 %, у которой = Ю^-Ю-4 См. При окра­шивании древесины с меньшей влажностью применяют специаль­ные меры для повышения ее электрической проводимости: поверх­ностное увлажнение, обработка растворами ПАВ или специальными антистатиками, также практикуется нанесение токопроводящих грун­товок.

При окрашивании изделий из пластмасс и резины устанавли­вают с внутренней стороны изделия металлические экраны или вставки, подводят ток от внешнего источника (способ нейтрализа­ции потенциалов), обрабатывают наружную поверхность раство­рами ПАВ.

Большое влияние на равномерность и качество покрытий, полу­чаемых в электрическом поле, оказывают форма окрашиваемых изде­лий и комплектование их на подвесках. На изделиях сложной конфи­гурации создается неравномерное электрическое поле: заряды концен­трируются на кромках и выступающих частях поверхности, напротив, в углублениях, пазах они отсутствуют или их плотность ниже. По­этому лакокрасочный материал осаждается в первую очередь на вы­пуклых и ровных поверхностях, внутренние углы, полости сосудов и различные пазы и узкие щели, как правило, не прокрашиваются. На конвейере возможно экранирование одних изделий другими, что вызывает неравномерное распределение лакокрасочного материала на поверхности. Для улучшения равномерности покрытий нередко ус­танавливают дополнительные некоронирующие электроды или со­четают электростатическое распыление с другими способами нанесе­ния лакокрасочных материалов.

Стационарные электроокрасочные установки снабжены венти­ляцией. Скорость движения воздуха внутри камеры небольшая, обыч­но не превышает 0,2-0,3 м/с, в открытых проемах 0,4-0,5 м/с. В от­личие от камер пневматического распыления, электроокрасочные камеры не имеют гидрофильтров. Для обеспечения безопасности обслуживания установки снабжены автоблокировочными и сигналь­ными устройствами.

Нанесение лакокрасочных материалов с применением ручных установок

Ручные электроокрасочные установки применяют тогда, когда объем окрасочных работ невелик и использование стационарных установок становится нерентабельным. Они удобны при окраши­
вании единичных и крупногабаритных изделий в условиях бескон - вейерного производства, а также при ремонтных работах. Особенно эффективным оказалось применение ручных установок при окраши­вании сеток, решеток, длинномерных и некоторых других изделий. Главные их достоинства - портативность, маневренность, сочетаю­щиеся с более экономным (по сравнению с пневматическим распы­лением) расходованием материалов.

В отечественной промышленности получили распространение электроокрасочные установки с механическими центробежными низ­кооборотными, пневматическими и гидравлическими распылителями лакокрасочных материалов. Все установки передвижные или пере­носные. Основными их узлами являются краскораспылитель, краско­подающее устройство, шланги, в зависимости от способа распыления, с системой подачи воздуха низкого или высокого давления и подво­дом электричества (рис. 7.17).

Производительность разных установок по краске от 1,0 до 20 л/мин. Они позволяют наносить большинство лакокрасочных мате­риалов. В целях безопасности обслуживающего персонала не до­пускается нанесение нитратцеллюлозных, перхлорвиниловых, водо­разбавляемых материалов, а также красок, содержащих алюминие­вую пудру (молотковые и др.).

Окрашивание ручными электростатическими распылителями обычно проводится в специальных камерах, оборудованных системой вытяжной вентиляции. Внутренние размеры камер выбираются с таким расчетом, чтобы изделие можно было свободно поворачивать

Рис. 7.17. Ручной электро­статический краскораспы­литель со встроенным КВН

Рис. 7.18. Коэффициент переноса лакокрасочного материала на изделие при разных способах окрашивания распылением:

1 - пневматическое; 2 - безвоздушное; 3 - безвоздушное комбинированное; 4 - Пневматическое НУЬР; 5 - электростатическое с пневмораспылением; 6 - элек­тростатическое комбинированное; 7 - электростатическое с высокооборотными распылителями; 8 - электростатическое с чашечными распылителями

В камере в любом положении, сохраняя предельное расстояние до стен и пола камеры не менее 0,8 м. В противном случае краска может осаждаться на стены камеры. Объем воздуха, удаляемого из окрасоч­ных камер, определяется по скорости его движения в открытых про­емах, которая принимается равной 0,3-0,5 м/с.

При соблюдении необходимых правил пользования ручные элек- троокрасочные установки не опасны в работе. Конструкции устано­вок исключают искрообразование. Ток короткого замыкания мал и безопасен для человека.

Среди всех способов нанесения лакокрасочных материалов, ос­нованных на аэрозольной технологии, электростатическое распыле­ние является наиболее экономичным (рис. 7.18). Коэффициент пере­носа материала на изделие (коэффициент осаждения) при примене­нии разных типов краскораспылителей составляет 90-98 %.