Все о порошковой покраске

Металлические изделия стали покрывать порошкообразными красками еще в 60-х годах прошлого века. Предпосылок для такого нововведения было немало, и экономическая выгода, и забота о сохранении экосистемы, и эстетичность самого изделия. Все началось с применения системы анодирования и электростатического покрытия. Эти нововведения оказались довольно практичными: срок использования изделий увеличился благодаря их повышенной устойчивости при контакте с внешней средой.

Порошковая покраска металлических изделий относится к экологически чистым технологиям обработки, так как является практически безотходной, а сами изделия становятся более качественными. Причем, это можно сказать не только о декоративном покрытии, но и о декоративно-полимерном.

Порошок наносится на обрабатываемую поверхность по определенной методике. Первый тонкий слой порошка проходит термообработку (плавится при температуре не менее 160°). После этого изделие покрывают ровным сплошным слоем красителя. Принимая во внимание, что данный метод предусматривает термообработку при высокой температуре, он применим только для изделий из металла или стекла. За последнее десятилетие порошковая покраска металлических изделий расширила сферу своего применения, охватив различные производственные отрасли, использующие лакокрасочные материалы для обработки деталей.

Из чего же состоит порошковая краска? Эта дисперсная смесь включает в себя множество компонентов в виде набора мельчайших частиц и воздуха. Кроме этого, в краситель обязательно добавляются дополнительные примеси и цветовой пигмент.

 

Стоит обратить ваше внимание на то, из чего формируется стоимость порошковой покраски, так как ценовой диапазон достаточно широк. Итак, в окончательной стоимости учитываются особенности поверхности изделия, способ окрашивания и работа специалиста.

Порошковая покраска металлических изделий осуществляется сухой смесью, состоящей из множества разнообразных добавок, среди которых смолы, отвердители и пигменты, - все компоненты имеют вид мельчайших крупиц (10 – 100 микрометров). Отличительная черта красителя – отсутствие растворителя, как в самом составе, так и в процессе работы.

Спектр применения и целевое назначение методики ограничены: металлические изделия, требующие антикоррозийной защиты или для повышения электрической изоляции.

Порошковая покраска металлических изделий способна решить три задачи: экономическую, экологическую и практическую (повышается безопасность использования таких деталей). И это помимо того, что применение этого метода делает выше физические и химические свойства покрытия. Данные преимущества были по достоинству оценены в следующих производственных отраслях: в автомобиле- и приборостроении, в сельском хозяйстве, в строительстве и в некоторых других, например:

• порошковая покраска металлических изделий бытовой техники (хозяйственный инвентарь, холодильники, стиральные машинки и другое);
• покрытие алюминия, используемого для производства окон, дверей, медицинской техники и торгового оборудования;
• изделия, используемые в строительстве: профили, фасады, металлопрокат, кровельные материалы и другое;
• автомобили и другие средства передвижения (велосипеды и мотоциклы), включая покрытие их деталей и запасных частей:
• порошковая покраска изделий из других материалов: стекла, керамики, камня, МДФ и гипса;
• производство спортивного инвентаря.

Кроме этого, данную методику довольно часто используют солидные автомобильные концерны.

Что собой представляет практическое использование порошкового покрытия? Рассмотрим это на примере производства оконных профилей из алюминия. На заводе по производству таких изделий обязательно есть специальная линия порошковой покраски. Благодаря такой обработке изделие способно сохранить свои внешние данные и качественные характеристики на протяжении, как минимум, 15-ти лет.

Технология порошковой покраски металлических изделий

• Подготовка поверхности.

Подготавливая изделие к покраске, необходимо принять во внимание, что поверхность должна быть обработана не просто пленкообразующей жидкостью, но и порошкообразным материалом, который должен равномерно покрыть всю поверхность. На этом этапе вы должны решить две задачи: очистить поверхность от всех возможных загрязнений и придать ей шероховатость. Подготовка поверхности может проводиться и механическим способом, и химическим (например, обезжиривание или травление).

• Нанесение порошковых материалов.

Порошковая покраска металлических изделий проводится:

1. путем электростатического напыления;
2. газопламенным способом;
3. путем погружения в электризованный порошок.

 

Электростатическое напыление – наиболее простой и универсальный способ. Поэтому он и стал самым популярным. Технологии для покрытия плоских поверхностей, аналогичны тем, которые используются в копировальной технике (магнитные щётки-валики). В отличие от предыдущего, газопламенный способ применяется крайне редко, так как в результате покрытие получается неравномерным и некачественным. Погружение в слой электризованного порошка наиболее востребован при производстве и обработке изделий одного типа. Как правило, для этого оборудуется специальная конвейерная линия. Кроме вышеперечисленных способов, сегодня используют плазменное напыление, которое предусматривает применение термостойких порошков (их частицы нагреваются при помощи плазмы низкой температуры). Данный метод подходит для нанесения тонкого слоя покрытия на термостойкие изделия. Благодаря взаимодействию поверхности и краски (электростатические силы нейтральности и заряженности) порошковая покраска металлических изделий осуществляется равномерно и частицы надежно закрепляются. Прежде, чем «выйти» из пистолета, частицы краски электризуются:

1. электроды создают поле коронарного заряда;
2. вследствие контакта с поверхностью оборудования (пистолета).

Обычно частицы имеют отрицательный заряд, величина которого соответствует диапазону, при котором частицы будут удерживаться на поверхности до тех пор, пока не появится жидкая пленка, соответствующая технологии. Регулировать процесс можно двумя способами: скоростью частиц, зависящей от силы трения, площади и материала, свойствами электрода.

Порошковая покраска металлических изделий путем электростатического напыления подходит и для горизонтальных, и для вертикальных поверхностей. Заземление обеспечивает металлическому изделию нулевой заряд.

• Формирование жидкой плёнки (полимеризация).

Порошковые материалы, нагреваясь до вязко-текучего состояния, образовывают пленку. Этот процесс происходит следующим образом:

1. материал деформируется и приобретает вязкую текучесть;
2. воздух удаляется;
3. поверхность подложки смачивается полученной жидкостью.

 

Производство труб и металлопрофиля осуществляется путем нанесения на заранее разогретые детали порошка в «слое кипения»: сосредоточивание тепла приводит к полимеризации.

Если для покрытия используются термореактивные краски, то выдержка при высокой температуре приводит к химическому отвердению пленки. Такой эффект достигается благодаря полимеризации или поликонденсации частиц, образующих покрытие. Такой метод покраски нельзя назвать экономичным, так как он влечет повышение временных и материальных затрат при невысокой производительности труда. Для быстрого отвердения пленки выгоднее использовать составы, действующие при ультрафиолетовом облучении и основанные на термореактивных смолах.

• Окончательное формирование покрытия.

Окончательно пленка формируется во время полного остывания изделия. Это может происходить в условиях, различных по длительности охлаждения и внешнего воздействия. Условия формирования покрытия способны влиять на его качество и силы адгезии, изменяя их на несколько десятков процентов. Быстрое и медленное охлаждение применяется в зависимости от вида красителей. Внутреннее напряжение покрытия можно снизить до нулевого показателя, если использовать пластифицирующие полимерные среды.

С термопластичными красителями можно использовать прием «дублирующего спекания» - это дает возможность устранить недостатки покрытия. С термореактивными красками это делать невозможно.

 

Преимущества и недостатки порошковой покраски металлических изделий

Преимущества порошковой покраски металлических изделий:

• Минимизация отходов. Использование качественного оборудования повышает эффективность почти до ста процентов.
• Улучшение санитарно-гигиенических условий труда. Данная технология считается экологически чистой и безопасной. Концентрация вредных веществ не доходит до установленных норм даже при печной обработке.
• Отсутствие растворителей. Это позволяет свести до минимума количество пор на поверхности изделия и снизить усадку.
• Экономическая выгода. Порошковая покраска металлических изделий проходит весь цикл в течение 30 минут, давая при этом, более качественный результат (один слой краски намного толще, чем при обычной обработке). Кроме экономии материалов, стоит отметить снижение объемов производственных площадей и затрат на упаковку окрашенных изделий.
• Повышенная устойчивость поверхностей. Порошковое покрытие более надежно защищает изделие от воздействия ультрафиолета и коррозии.
• Богатая цветовая гамма. Палитра порошковых красок превышает 5 тысяч цветов.
• Высокий уровень безопасности. На производстве снижается уровень пожарной и взрывоопасности.

Недостатки порошковой покраски металлических изделий:

• Высокая температура плавления порошка. Необходимость термообработки при температуре более 150°С ограничивает круг применения порошкового покрытия (нельзя работать с пластиком и деревом).
• Практически невозможно нанести краску тонким слоем.
• Ограниченность использования оборудования. Большую поверхность невозможно окрасить в маленькой печи, а большая печь невыгодна для обработки маленький деталей.
• Крупные вложения для запуска новой линии.
• Отсутствие возможности локально устранять дефекты покраски. Если результат окажется не совсем удовлетворительным, то перекрашивать надо все изделие.
• Нельзя делать колеровку. Работать можно только с использованием заводских красок.

Покраска металлических изделий порошковой краской различных видов

В зависимости от типа получения заряда, различают электростатический и трибостатический методы наложения.

При электростатическом способе заряд под высоким напряжением (20 – 100 В) подается коронирующим электродом. Такие установки отличаются повышенной мощностью и производительностью. Скорость воздушной струи зависит от напряжения электрода (снижается напряжение – повышается скорость).

Для достижения трибостатического эффекта необходим пистолет, в котором корпус изготовлен из фторопласта. Он достигается за счет силы трения частичек друг о друга и о пистолет.

Оборудование для трибостатического метода не такое дорогое, как для покраски электростатическим способом, но и производительность намного ниже. На изделия оседает меньший процент краски. Детали пистолета периодически нуждаются в замене в связи с износом. Кроме этого, многим краскам требуются адаптирующие добавки, так как они не заряжаются от трения. Этот способ более всего подходит для покрытия изделий, имеющих пазы и углубления. Порошковая покраска металлических изделий сложной формы менее качественная, так как могут оставаться неокрашенные места.

Существует 3 категории смол смеси:

• эпоксидные;
• полиэфирные;
• эпоксидно-полиэфирные.

Наиболее стойкими к воздействию различных химических веществ и маслу являются эпоксидные краски. Если на изделие будет наноситься эпоксидная краска, то его не надо грунтовать. Более того, такие краски могут использоваться в качестве грунтовки под жидкие порошковые красители. Слой краски не должен превышать 500 мкм.

Эпоксидные краски обладают изоляционными свойствами, поэтому наиболее популярны в электро- и радиотехнической промышленности. Ими обрабатывают металлические изделия, которые должны обладать повышенной устойчивостью к коррозии. Некоторые металлы требуют фосфатиризации (например, черные металлы и оцинкованная сталь), а некоторые – хроматизации (алюминий и сплавы из него). Порошковая покраска металлических изделий эпоксидными красками формирует прочное антиударное покрытие.

 

Полиэфирные краски обладают высокой адгезией, поэтому их можно наносить и на легкие сплавы, и на металл. Они являются хорошим электроизолятором, устойчивы к атмосферным и механическим воздействиям. Слой краски может разрушиться при контакте с щелочью.

Декоративным вариантом порошкового покрытия являются эпоксидно-полиэфирные краски. Они могут служить основой для работы с тисненой кожей (создание эффекта металлика или состаренной поверхности). Порошковая покраска металлических изделий эпоксидно-полиэфирными составами менее практична, чем вышеописанные примеры, так как такое изделие более подвержено коррозии и негативному воздействию атмосферных явлений.

Сравнивая порошковое и жидкое окрашивание, сразу стоит обратить внимание на экономичную выгоду и экологическую безопасность порошкового метода. Это объясняется тем, что для обычного (жидкого) окрашивания необходимы пожароопасные токсичные растворители, а для порошковой покраски этого не надо. Кроме этого, частицы такой краски могут применяться повторно, если они не осели на изделии. Итак, порошковая покраска металлических изделий дает следующие преимущества:

1. Высокие физико-химические свойства (выше противоударные качества, более устойчивы перед к воздействию атмосферных явлений и коррозии).
2. Равномерность распределения (слой порошковой краски более ровный).
3. Нет необходимости в дополнительной обработке изделия (его не надо грунтовать).
4. Меньшее количество слоев краски (при жидком окрашивании необходимо повторить процесс не менее двух раз, а при порошковом – достаточно одного слоя).
5. Легче изменить цвет изделия.
6. Меньше процент производственных отходов (при жидков окрашивании теряется до 40% краски, а при сухом – не более 4%)
7. Короткий цикл окрашивания (для прохождения полного цикла при жидкой покраске требуется довольно много времени на просушку изделия, тогда как при порошковом методе, на всю работу уходит не более 2-х часов).
8. Удобство хранения материалов (нет необходимости в создании специальных условий).
9. Удобство и экономичность транспортировки (нет надобности тратить дополнительные средства на упаковку, так как поверхность изделия покрыта полимерной пленкой, обеспечивающей его защиту от механических повреждений).
10. Автоматизация производства (обучение работников происходит довольно быстро).
11. Высокие санитарно-гигиенические условия производства.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что порошковая покраска металлических изделий намного выгоднее и практичнее жидкой, поэтому большинство производителей «уходят» от окрашивания жидкими красителями.

Оборудование для порошковой покраски металлических изделий

Порошковое окрашивание совершенно не похоже на традиционное жидкое не только по качественным показателям, но и по технологическим. И, прежде всего, необходимо обратить внимание на оборудование.

Начать окрашивание необходимо с нанесения лакокрасочного материала на подготовленную поверхность. Для этого используется специальный распылитель (пистолет). Когда краска проходит через пистолет, её частицы получают небольшой заряд, благодаря которому порошок «приклеивается» к поверхности.

После этого «прилипший» порошок должен пройти термообработку. Он плавится в специальной печи (камере). Следовательно, необходимо оборудовать камеру, температура в которой может достигать 200 - 250°С.

К помещению не предъявляется никаких сверхъестественных требований. Оно должно быть чистым, светлым и сухим. Главное, чтобы в нем было достаточно свободного места и вентиляция.

Оборудование для работы с порошковым красителем выбирается не только в соответствии с материальными возможностями, но и с учетом активной площади. Для полноценной деятельности необходимы:

• 2 камеры (для полимеризации и нанесения порошка);
• электростатический распылитель;
• компрессор;
• конвейер (подвесной);
• рекуператор.

Что-то из этого перечня можно сделать самостоятельно, а что-то придется купить.

 

Печь полимеризации – ключевой компонент покрасочного «комплекса». Если порошковая покраска металлических изделий носит одноразовый характер, то для этой цели можно использовать обычную бытовую «духовку». Но, если вы решили заниматься порошковой покраской постоянно, то придется купить специальную камеру. Здесь нельзя дать однозначной рекомендации, так как камеры отличаются не только по цене, но и по типу нагрева. Хочется обратить ваше внимание на новинку этой отрасли – камеры с инфракрасными нагревателями, которые обладают следующими преимуществами:

• можно одновременно использовать несколько цветов лакокрасочных материалов;
• экономный расход электроэнергии (в 1,5 – 2 раза меньше, чем конвекционные печи);
• предусмотрена точная настройка температурного режима камеры;
• можно регулировать мощность излучателей;
• предусмотрена возможность сбора конструкций;
• широкий диапазон температурного режима (в пределах 250 °С).

Современные камеры оснащены вентиляцией, что способствует своевременному удалению из печи побочных продуктов и более качественной полимеризации изделий.

 

Что собой представляет камера для порошковой покраски? Это герметичная кабина, которая состоит:

• из несущего каркаса (обычно изготавливается из швеллера, металлического уголка или профилированной трубы);
• из металлических листов внутренней или наружной обшивки (допускается замена листами поликарбоната);
• из напольной электроизоляции (можно использовать простой резиновый коврик).

Как видите, в камере нет ничего сложного и её можно сделать самостоятельно. Главное, принять во внимание некоторые нюансы.

Во-первых, углы внутри камеры должны быть закругленными, а стыки – загерметизированными. Это необходимо для ускорения процесса очистки камеры и возможности одновременно работать с разными цветами порошкового красителя.

Во-вторых, металлические листы, использованные для обшивки, должны быть окрашены, лучше, если это будет порошковый краситель.

В-третьих, если вы устанавливаете подвесной конвейер, значит, должна быть соответствующая камера – проходная. Следовательно, потребуются двери, через которые будут проведены подвески для деталей.

Следующий важный момент – освещение. Идеальный вариант – светодиодные фонари или лампы дневного света. Так как такие осветительные приборы не накаливаются, то исключается возможность «непредвиденной» расплавки краски и её прилипания к лампам или к стенкам камеры.

 

Электростатический краскопульт – незаменимое оборудование для порошковой покраски металлических изделий. Главный инструмент современного маляра, работающего с порошковыми красителями – трибостатический распылитель.

Трибоэлектричество – первый способ, придуманный человеком для получения заряда. Его суть в получении электричества путем трения предметов друг о друга. В отличие от пистолетов-пульверизаторов, трибостатическое оборудование обладает следующими возможностями:

• покраска деталей сложных форм;
• качественное нанесение порошкового красителя;
• надежность конструкции;
• равномерность распределения порошка.

Кроме этого, трибостатическое оборудование удобно для работы с разноцветными красителями. Порошок находится в съемном пол-литровом бачке (при необходимости его легко можно снять и прикрепить другой).

Порошковая покраска металлических изделий требует не только наличие основного, но и вспомогательного оборудования.

Для подачи сжатого воздуха потребуется компрессор. При выборе обратите внимание на следующие характеристики: наличие фильтра высокого давления, мощность и производительность.

Для удаления частиц порошка из камеры необходим рекуператор. Для этой цели можно использовать бытовой пылесос циклонного типа. Современные пылесосы – не совсем удачное решение проблемы, так как встроенные в них пылесборники довольно быстро забьются частицами порошка.

 

Если у вас крупные производственные объемы или вам необходима порошковая покраска металлических изделий больших размеров (например, крупных деталей кузова), значит, вам просто необходимо наладить транспортную систему. Её можно сделать самому или купить. Это даст возможность настроить перемещение деталей от этапа к этапу.

Для самостоятельного изготовления системы необходимы монорельс и каретка с подвеской. Она может работать и в автоматическом, и в ручном режиме. Для автоматизации можно использовать электротельферы.

Кроме всего вышеперечисленного, не забывайте о том, что рабочее место должно быть безопасным. Поэтому, обязательно продумайте систему вентиляции в камере и сделайте заземление электрической проводки помещения, используемого для покраски.