Способы нанесения лакокрасочных покрытий

 

Способы окрасочных работ очень разнообразны. По характеру выполняемого труда и применяемого окрасочного оборудования методы нанесения можно условно разбить на группы: кистевая окраска, окрашивание окунанием, окрашивание валками, пневматическое распыление, безвоздушное распыление, ручное электростатическое распыление, автоматическое электростатическое распыление, окраска струйным обливом или окунанием с выдержкой в парах растворителей, окрашивание электроосаждением, окрашивание нанесением порошковых полимерных материалов, окраска с помощью роботов.

Ручная механизированная окраскаосуществляется в основном тремя видами распылителей: пневматическим, безвоздушным и в электрическом поле высокого напряжения или их разновидностями (пневмоэлектростатическим, гидроэлектростатическим и др.). Этими методами наносится более 75% лакокрасочных материалов и из них около 70% - пневматическим распылением. Потери в воздушную среду зависят от вида распылителей и составляют 5-75%. Пневматический метод нанесения сопровождается наибольшим поступлением вредных выделений в рабочие помещения. При этом большое влияние на величину потерь краски при распылении оказывают свойства краски и режимы распыления: вязкость краски, форма факела распыла, давление воздуха, расстояние от краскораспылителя до окрашиваемой поверхности, угол между осью факела и окрашиваемой поверхностью и др. Новые методы окраски (безвоздушный и при помощи ручных электростатических распылителей, которые применяются взамен пневматического способа) дают только 5-35% потерь лакокрасочных материалов, т.е. менее вредны и экономически более выгодны.

Автоматизированная окраска широко применяется в крупносерийном и массовом производстве. Автоматизированная окраска осуществляется следующими методами: электроосаждением, струйным обливом с выдержкой в парах растворителей, окунанием, стационарной электроокраской. При применении автоматизированных методов и оборудовании их соответствующими вентиляционными установками выделяющиеся вредные вещества почти не поступают в воздух рабочих помещений, так как они находятся внутри установок.

Кистевая окраска. Наиболее простым способом нанесения покрытий является ручная окраска кистями. Она используется лишь для отдельных изделий трудоемкого единичного производства, в котором операция окраски занимает небольшой процент времени. Преимущество метода окраски кистью заключается в простоте и универсальности, однако он трудоемок и малопроизводителен, связан с поступлением в воздух паров растворителей с окрашенной поверхности и непосредственным контактом работающих с лакокрасочными материалами. По сравнению с другими ручными методами окраски кистевой метод наименее опасен, так как при низкой производительности (от 6 до 10 м²/ч) и небольшом расходе краски выделяется меньшее количество паров растворителей и не образуется красочного аэрозоля, что особенно важно при использовании свинецсодержащих материалов.

Окрашивание окунанием. Окраска окунанием (погружением) осуществляется в стационарных ваннах, куда краску подают насосом, а при малом объеме работ заливают вручную.

Ванны с краской обычно возвышаются над уровнем пола приблизительно на 0,8 м или при расположении ниже этого уровня ограждаются барьером высотой не менее 0,8 м. в зависимости от объема производства и габаритов изделий их погружение в ванну осуществляют вручную, с помощью пневмо- и электроподъемников или на подвесных конвейерах с непрерывным или периодическим движением транспортной цепи.

При применении непрерывных конвейеров используют ванны окунания большой длины, так как конвейер над ванной должен иметь спуск и подъем. При конвейерах периодического действия во время остановки осуществляется автоматический подъем ванны или опускание изделия, что позволяет ограничить размер ванны размерами изделия.

Достоинствами данного метода являются простота установок и незначительные затраты труда, недостатками - невозможность окраски изделий, имеющих «карманы», и применения быстросохнущих лакокрасочных материалов, а также невысокий класс покрытий и повышенная пожароопасность установок.

Окрашивание валками. При редко применяемом в промышленности механизированном способе окрашивания валками нижняя часть вращающегося валика, погруженная в ванну с краской, захватывает ее и наносит на проходящее под или над валком плоское изделие.

Достоинство метода - высокая производительность валковых машин, недостаток - ограниченность ассортимента окрашиваемых изделий.

Пневматическое распыление. При пневматическом распылении краска, захватываясь из емкости воздушной струей, распыляется, образуя факел красочного аэрозоля с углом раскрытия 60°. Струя смеси краски с воздухом на выходе из сопла, имеющая звуковую скорость 330 м/с (при обычно применяемом давлении воздуха выше 0,2 МПа), быстро теряет скорость, которая у окрашиваемой поверхности на расстоянии 300 - 400 мм от сопла на оси составляет около 10 - 15 м/с.

Краска наносится краскораспылителем, к которому подводятся краска и сжатый воздух. Сжатый воздух под давлением 0,2 - 0,5 МПа подается от компрессора (через масловодоотделитель). Подача краски производится по трубам или от красконагнетательного бачка под давлением 0,02 - 0,025 МПа.

В зависимости от способа подачи лакокрасочных материалов к распылительной головке краскораспылители подразделяются на три типа: I - с подачей ЛКМ из верхнего красконаливного стакана; II - с подачей ЛКМ из нижнего красконаливного стакана; III - с подачей ЛКМ нагнетанием.

Пневматическим распылением могут наноситься ЛКМ всех типов на изделия любого размера и почти любой конфигурации. Получаемые покрытия относятся к I классу. Поэтому данный способ является универсальным, наиболее широко распространенным в промышленности.

К недостаткам этого способа относятся большие потери ЛКМ на туманообразование (в среднем 20 - 30%, в отдельных случаях до 70%) и связанные с ними большие расходы на вентиляцию.

Безвоздушное распыление. При этом способе окрашивания ЛКМ подается к соплу распылителя под высоким давлением (4,0 - 25 МПа) и распыляется без помощи сжатого воздуха. Создание мелкодисперсного факела достигается за счет резкого падения давления (до атмосферного) ЛКМ при выходе его из сопла.

Качество окрашенной поверхности зависит от правильности выбора технологических режимов нанесения ЛКМ (состава, вязкости, рабочего давления).

Способ рекомендуется для окрашивания средних, крупных и особо крупных деталей, характеризуется незначительными потерями ЛКМ и обеспечивает покрытия не выше IV класса.

По сравнению с пневматическим распылением способ безвоздушного распыления имеет следующие преимущества: на 20 - 35% уменьшаются потери на туманообразование, вследствие чего сокращается удельный расход ЛКМ; на 15 - 25% сокращается расход растворителей на доведение составов до рабочей вязкости, так как применяются более вязкие системы; сокращается время окрашивания и в 1,5 - 2 раза повышается производительность труда благодаря возможности нанесения меньшего числа слоев покрытия.

Установки безвоздушного распыления выполняются в виде переносного или передвижного комплекта оборудования, состоящего из красконагнетательного насоса, краскораспылителя и шлангов, рассчитанных на высокое давление.

Способ требует тонкого перетирания пигментов (с частицами размером до 15 мкм), входящих в состав ЛКМ, предназначенных для нанесения безвоздушным распылением. Иначе краскораспылители быстро засоряются, что нередко приводит к отказу от использования этого метода. Подверженность сопла краскораспылителя засорению связана с его относительно малым размером.

Ручное электростатическое распыление. В настоящее время большой ассортимент ЛКМ наносится электростатическим распылением с помощью ручных электроокрасочных установок различных типов. Наиболее эффективен этот способ при окрашивании мелких изделий любой конфигурации и изделий типа сеток, решеток.

Способ ручного электростатического распыления основан на переносе заряженных частиц в электрическом поле высокого напряжения, которое создается между двумя электродами, находящимися под разными потенциалами. Одним из электродов является окрашиваемое изделие, а другим (отрицательным) распыляющее устройство, к которому подаются высокое напряжение и ЛКМ.

В промышленности получили распространение три вида электростатических распылителей.

Распыление краски в первом виде осуществляется центробежными распылителями: чашечными, грибковыми, дисковыми и другими, при втором - пневмораспылителями; при третьем - безвоздушными распылителями. В первом случае перенос заряженных частиц краски и осаждение их на изделие осуществляются в основном за счет сил электрического поля; во втором и третьем - за счет сочетания электрического поля и механических сил.

Ручные электроокрасочные установки бывают переносного и передвижного типов. Они состоят из пистолета-распылителя, дозирующего устройства (красконагнетательный бачок и др.), источника высокого напряжения, кабеля для подвода высокого напряжения к распылителю, шлангов для краски и воздуха.

В промышленности применяются следующие электроокрасочные установки: с механическим (центробежным) распылением ПЭРУ-3; с пневматическим распылением УЭРЦ-4, 18-Э-130; с безвоздушным распылением УГЭР-1, УГЭР-2, УГЭРП.

При использовании ручных электроокрасочных установок возможно загрязнение воздушной среды рабочей зоны парами растворителей и красочным аэрозолем, имеющими электрозаряд, а также электризация окружающей воздушной среды и предметов (оборудования).

Основным преимуществом ручного электростатического распыления перед автоматизированным является маневренность, т.е. возможность разместить распылитель в любом положении относительно окрашиваемого изделия при сравнительно простом изменении параметров процесса. Ручные электроокрасочные установки целесообразно применять в единичном производстве для окрашивания изделий, выпускаемых мелкими сериями.

Автоматизированное электростатическое распыление. Принцип автоматического окрашивания тот же, что и окрашивания с помощью ручных электроокрасочных установок. Однако автоматическое окрашивание осуществляется в стационарных закрытых камерах, где используется значительно более высокое напряжение. В камерах применяются центробежные распылители, в которых частицы краски переносятся под действием только электрических сил, и распылители, в которых используются электрическое поле и механические силы.

При окрашивании в стационарных камерах изделия движутся по конвейеру, проходя через камеру, в которой создается электрическое поле высокого напряжения. Отдельные электрораспылители или их группы, закрепленные на неподвижных держателях, совершают вертикальный и горизонтальный путь, рассчитанный на покраску всей поверхности изделия. Управление распылителями часто осуществляется с помощью фотоэлементов. Вход в камеру при работе и установки исключается устройством специальной блокировки.

Преимуществами рассматриваемого способа окрашивания являются сокращение потерь ЛКМ (которые составляют не более 10%) за счет полного осаждения распыленной краски на поверхность изделия и получения равномерного слоя покрытия; полная автоматизация процесса окрашивания.

К недостаткам способа относят: невозможность окрашивания изделий сложной конфигурации, имеющих глубокие впадины и сложные сопряжения, а также внутренние поверхности, что часто приводит к необходимости дополнительного подкрашивания; необходимость применения относительно сложной и дорогой аппаратуры; требование строгого соблюдения режимов окрашивания и проведения контроля физико-химических и электрических параметров ЛКМ и их составляющих, а также требований техники безопасности.

Качество окрашивания электростатическим распылением зависит от диэлектрических свойств ЛКМ и режима окрашивания. Выпускаемые лакокрасочные материалы не всегда обладают свойствами, необходимыми для электростатического распыления. Получение этих свойств достигается путем введения в ЛКМ соответствующих растворителей или их смесей.

Окрашивание струйным обливом или окунанием (с выдержкой в парах растворителей). Сущность способа струйного облива состоит в том, что изделия, продвигаясь по подвесному конвейеру, поступают в тоннель, где они в определенном месте (в зоне облива) подвергаются обливу струями краски. Облив осуществляется из системы сопл, краска к которым подается насосом. Вместо облива окрашивание изделий можно производить погружением в ванну с ЛКМ, т.е. окунанием. Свежеокрашенные изделия, продвигаясь по конвейеру, определенное время (10-15 мин) выдерживаются в парах растворителя, в так называемом паровом тоннеле, где поддерживаются высокие концентрации растворителя (10-20 г/м³).

Насыщенность атмосферы тоннеля парами растворителя замедляет процесс его испарения из пленки на поверхности изделия и тем самым создает благоприятные условия для стекания излишков ЛКМ под действием силы тяжести, адсорбции паров растворителей на поверхности пленки, снижающей поверхностное натяжение, благодаря чему ЛКМ «не схватывается», а равномерно, без потеков распределяется на поверхности изделия.

К недостаткам способа окрашивания струйным обливом относят невозможность многоцветного окрашивания одного изделия, необходимость больших производственных площадей, повышенный расход растворителей, затруднительность защиты от выбивания паров растворителей из открытых проемов установки.

Окрашивание электроосаждением. Процесс образования покрытия при электроосаждении заключается в осаждении частиц ЛКМ из водного раствора под воздействием электрического тока. В промышленности, как правило, применяется анодное электроосаждение. При этом окрашиваемый предмет, являющийся анодом, погружается в ванну, корпус которой представляет собой катод. При пропускании через ванну постоянного тока краска равномерно осаждается на поверхности изделия. Участки поверхности, находящиеся в зоне максимальной плотности тока, окрашиваются благодаря возрастанию изолирующего действия уже образовавшегося покрытия. При этом равномерное покрытие образуется даже на изделиях сложной конфигурации. Для удаления частиц ЛКМ, которые прилипают за счет сопутствующего окунания, окрашенную поверхность смывают дистиллированной водой и сушат горячим воздухом. Анодный метод применяют в основном для нанесения грунтовочных покрытий или выявительных покрытий, позволяющих выявить дефекты поверхностей.

Преимуществами способа окрашивания изделий электроосаждением являются равномерность толщины покрытия, прокрашиваемость труднодоступных мест, отсутствие пор в покрытии, возможность полной автоматизации процесса; малые потери ЛКМ; почти полное отсутствие вредных выделений; значительно меньшая, чем при других способах окраски, опасность пожара и взрыва.

Недостатками способа являются получение лишь тонких однослойных покрытий на токопроводящей поверхности, необходимость в больших производственных площадях; более высокие, чем при использовании других методов капитальные затраты на оборудование.

Окрашивание нанесением порошковых полимерных материалов. Этот способ аналогичен способу электростатического распыления, только в данном случае вместо вязкой жидкости на изделие напыляется порошковый материал, получивший электрический заряд. Тонкодисперсные заряженные частицы порошка под воздействием сил электростатического поля активно перемещаются к противоположно заряженному изделию и осаждаются на его поверхности ровным слоем.

Процесс нанесения порошковых материалов обычно автоматизирован и осуществляется в камерах с помощью подвижных сопл, напыляющих порошок на перемещающиеся по конвейеру изделия. Не осевший на изделия порошок направляется в рекуператор и возвращается в систему напыления. Установка для нанесения порошковых материалов состоит из камеры напыления, системы рекуперации, питающего устройства, источника высокого напряжения.

При применении этого способа расходы порошка на 1 м² уменьшаются приблизительно в 2 раза по сравнению с традиционными способами окрашивания, хотя толщина слоя покрытия несколько увеличивается, сокращается цикл окрасочных операций. При этом минимально загрязняется окружающая среда, отсутствует необходимость удаления шлама. Положительным свойством порошковых материалов является также возможность полной автоматизации процесса их нанесения и обслуживания менее квалифицированным персоналом.

Кроме пыли от порошкового полимерного материала, которой загрязняется воздух в рабочем помещении, в воздух могут выделяться продукты разложения полимеров при отверждении покрытий в печах и пары сопутствующих им веществ (эпихлоргидрина, спиртов и др.).

Окрашивание с помощью роботов. Во всех способах окрашивания, где применяются краскораспылители, вместо человека могут быть использованы роботы. Роботы позволяют автоматизировать процесс нанесения ЛКМ на однотипные изделия простой конфигурации, окрашиваемые на конвейере. Применение роботов не обеспечивает высокого класса покрытий, поэтому целесообразность их использования ограничена случаями окрашивания, при которых создаются особо неблагоприятные условия труда для человека и в то же время нет необходимости сооружать сложные, дорогостоящие автоматизированные установки. Например, при грунтовании днищ легковых автомобилей, при окрашивании платформ и бортов грузовых автомобилей и т.п.