Нанесение способом электроосаждения
Содержание
Введение 5
1 Аналитический обзор с элементами патентной проработки 7
1.1 Нанесение способом электроосаждения 8
1.2 Оборудование для электроосаждения 10
1.2.1 Основное оборудование 10
1.2.2 Вспомогательное оборудование 16
1.3 Дефекты покрытия при катафорезном нанесении 17
1.4 Новые разработки в области электроосаждения 19
1.5 Обоснование выбора технологической схемы 20
2 Технологическая часть 21
2.1 Описание технологической схемы 21
2.1.1 Подготовка поверхности перед окраской 22
2.1.2 Механизм процесса электроосаждения 23
2.1.3 Ультрафильтрация и промывка ультрафильтратом 24
2.1.4 Отверждение катафорезного грунта 25
2.1.5 Нанесение порошкового материала 25
2.1.6 Формирование покрытия в печи отверждения 25
2.2 Характеристика сырья и производимой продукции 26
2.2.1 Пигментная паста 27
2.2.2 Пленкообразующее вещество 28
2.2.3 Специальные добавки 28
3 Расчет материального и теплового балансов 31
3.1 Расчёт материального баланса 31
3.2 Расчёт теплового баланса 33
4 Расчет основного оборудования 35
4.1 Определение габаритных размеров установки 35
5 Расчет вспомогательного оборудования 39
5.1 Расчет вентиляционных систем 39
5.2 Расчет систем перемешивания 39
5.2.1 Внешняя система перемешивания 39
5.2.2 Внутренняя система перемешивания 40
5.3 Расчет диаметра трубы для слива лакокрасочного материала 40
Заключение 42
Список литературных источников 43
Введение
На протяжении тысячелетий человечество пользуется лаками и красками; их потребительские качества, однако, проявляются в покрытиях. В настоящее время лакокрасочные покрытия – основное средство защиты и отделки объектов, предметов и изделий разного назначения. На их долю приходится около 80% противокоррозионной защиты изделий машиностроения; свыше 90% поверхности зданий и строительных конструкций подвергаются окрашиванию. Нанесением лакокрасочных покрытий заканчивается процесс производства изделий мебельной, кожевенно-обувной, полиграфической промышленности, многих резиновых изделий. Велика и ответственна роль лакокрасочных покрытий как основного средства электроизоляции, герметизации, защиты от излучения, декоративной отделки в радио-, электротехнической и электронной промышленности, при производстве космических кораблей и летательных аппаратов.
Три
основные функции выполняют
Роль покрытий как средства защиты материалов от разрушения особенно проявилась с ростом производства и потребления металлов. Усиление борьбы с коррозией предусматривает не только увеличение доли потребления лакокрасочных материалов, но, в первую очередь, резкое улучшение качества и защитной способности покрытий.
С развитием потребляющих отраслей промышленности все более возрастают требования к лакокрасочным покрытиям. Сейчас уже нельзя говорить об универсальных покрытиях, как это было несколько десятилетий назад. Все более существенной становится роль покрытий целевого назначения: химически-, термо-, морозо-, огне- и радиационностойких, антифрикционных, антиадгезионных, фотоактивных и оптически прозрачных, камуфляжных, криофобных и т. д. Такие покрытия нужны для борьбы с кавитацией, обледенением, грязеудержанием, обрастанием в морских условиях микроорганизмами, для целей звукоизоляции, светомаскировки и создания источников света, регулирования физиологической и оптической активности материалов, решения ряда санитарно-гигиенических задач.
Большие
масштабы использования лакокрасочных
покрытий неслучайны, они связаны
со многими их достоинствами: многоцветностью,
разнообразием свойств и
Процесс
получения лакокрасочного покрытия
состоит из следующих технологических
операций: подготовки поверхности; грунтования;
нанесения покрывных
При грунтовании можно использовать метод электроосаждения, что позволяет механизировать и автоматизировать процесс окрашивания, наносить лакокрасочные материалы на изделия достаточно сложной конфигурации и получать плотные покрытия равномерной толщины по всей поверхности. Метод производителен и экономичен, особенно при больших объемах окрасочных работ.
Ограничение
области применения электроосаждения
обусловлено спецификой применяемых
ЛКМ, сложностью и большой стоимостью
оборудования, получением только однослойных
покрытий, причем на изделиях из токопроводящих
материалов. Кроме водорастворимости,
применяемые для
1
Аналитический обзор с элементами
патентной проработки
Качество покрытия зависит не только от применяемого ЛКМ, но и от технологии изготовления покрытия – правильного выбора способа нанесения и соблюдения предписанных технологических режимов. Различают способы нанесения жидких и порошковых ЛКМ. Нанесение жидких ЛКМ основано на:
1) превращении их в аэрозоли с последующим осаждением и коагуляцией в тонком слое;
2) смачивании поверхности;
3) осаждении вещества из жидкой среды при воздействии электрического тока;
4) адсорбции из газовой или паровой фазы.
К первой, наиболее распространенной группе способов относятся: пневматическое распыление, электростатическое распыление, гидравлическое (безвоздушное) распыление, аэрозольное распыление. Общим для всех способов является то, что жидкий ЛКМ предварительно диспергируется – превращается в аэрозоль. От свойств аэрозоля, насколько он полно осаждается и коагулирует на поверхности, зависят экономика и качество получаемых покрытий.
Вторую группу способов составляют окунание, облив, окраска валиками, в барабанах, кистями и другими ручными приспособлениями. Для их осуществления необходим прямой контакт твердой поверхности и жидкого ЛКМ и возможно более полное взаимодействие (смачивание).
Третью группу представляют такие перспективные способы, как электро- и автоосаждение и электрополимеризация.
К четвертой группе относят сравнительно новые способы: полимеризация в тлеющем разряде, инициированная полимеризация мономеров из паровой фазы и др.
Нанесение порошковых ЛКМ основано на их способности легко превращаться в аэрозоль. Аэрозоль осаждается на твердой поверхности в результате:
1) электризации
аэрозольных частиц (сообщается
заряд противоположный по
2) контактирования
аэрозоля с нагретой
3) контактирования
аэрозоля с липкой
4) конденсации
аэрозоля на холодной
В отдельных случаях применяют нанесение порошковых красок на горизонтальную поверхность насыпанием, насеиванием и т. д.
Распыление жидких ЛКМ:
– пневматическое (с подогревом, без подогрева );
– электростатическое (с автоматическими и с ручными распылителями);
– гидравлическое (при низком и высоком давлении ).
Окунание:
– обычное;
– с выдержкой в парах растворителей;
Облив:
– обычный;
– с выдержкой в парах растворителей (струйный);
– наливом в машинах.
Распыление порошковых ЛКМ:
–струйное;
–электростатическое;
–-газопламенное;
–плазменное.
Напыление порошка в кипящем слое:
–вихревое;
–вибровихревое.
1.1 Нанесение способом электроосаждения
Технология
электроосаждения уже достаточно давно
применяется для получения
Окраска
электроосаждением производится в
ванне с водоразбавляемым окрасочным
материалом, в которую погружается
окрашиваемое изделие. Метод основан
на принципе электрофореза – осаждение
(с глубоким проникновением) частиц
краски на изделие под воздействием
электрического поля. Окрашиваемое изделие
во время окраски является отрицательно
или положительно заряженным электродом
в электрической цепи. Различают
два вида электроосаждения: анодное
(анафорез) и катодное (катафорез). При
анафорезе изделие соединено
с анодом (+), а среда лакокрасочного
материала щелочная; при катафорезе
изделие соединено с катодом (–),
а среда ЛКМ – кислотная. Лакокрасочный
материал, применяемый для окраски
электроосаждением, представляет собой
дисперсию органических молекул (пленкообразователя)
и минеральных пигментов (собственно
красителя) в деминерализованной воде
(количество воды не менее 80%). В качестве
пленкообразователя используются водорастворимые
смолы различного типа: алкидная, эпоксидная,
эпокси-полиэфирная, акриловая и
др. Пленкообразующие вещества синтезируются
специально для данного метода и
не могут применяться для
Между
окрашиваемыми деталями, заряженными
положительно или отрицательно, и
также погруженным в ванну
с раствором ЛКМ электродом с
противоположным потенциалом
Покрытия,
полученные методом катафореза, обладают
повышенными антикоррозионными
свойствами и износостойкостью в
сравнении с покрытиями, полученными
при помощи анафореза. Катодное электроосаждение
дает возможность окрашивать одновременно
черные и цветные металлы, а катафорезные
ЛКМ имеют более длительный срок
хранения – до двух лет. Катафорез
чаще применяется в таких областях,
как автомобильная
Электросаждение,
и это одно из основных его достоинств,
особенно эффективно при окраске
изделий наиболее сложной конфигурации,
так как оно обеспечивает равномерное
прокрашивание кромок, резьбовых
и скрытых сечений, а также
внутренних полостей, которые образуются
при точечной сварке элементов, изготовленных
из листовой стали, и не могут быть
окрашены никаким иным способом. С
помощью электроосаждения можно
окрашивать очковые оправы, мебельную
фурнитуру, автомобильные
Электроосаждение
имеет еще целый ряд
1) электроосажденное
покрытие равномерно по
2) лакокрасочная
пленка обладает высокой
3) такой метод
экономичен, так как электроосажденное
покрытие обеспечивает высокую
антикоррозионную защиту при
очень небольшой толщине (10-25 мкм)
и потому требует небольших
расходов ЛКМ (60-80 г/м). Покрытия, нанесенные
другими методами должны быть
существенно толще для
4) этот метод
является пожаробезопасным и
экологически чистым. Окраска электроосаждением
исключает образование
Основные недостатки электрофорезной окраски связаны с обустройством ванны электроосаждения и с ее эксплуатацией, а именно:
1) большими
единовременными затратами на
заполнение ванны
2) необходимостью
постоянной циркуляции (перемешивания)
лакокрасочного материала в
3) относительно
высокой стоимостью обвязки
4) возможность
получения лишь тонких
Сложность метода окраски электроосаждением состоит в том, что компоненты лакокрасочного материала должны быть подобраны таким образом, чтобы они осаждались равномерно и одновременно.
На практике применяют пленкообразователи, которые можно разделить на следующие основные группы: малеинизированные масла; алкидные смолы; эпоксиэфиры; акриловые и другие виниловые сополимеры. Чаще всего находят применение смеси или соконденсаты смол: алкидно-меламинные, алкидноэпоксидные, алкидноуретановые, алкидноакриловые, масляно-стирольные и т. д.
Разнообразие
свойств перечисленных
Пигменты влияют не только на внешний вид и свойства покрытий, но также и на параметры электроосаждения. Пигменты должны быть стойкими в водных щелочных растворах, термостойкими, иметь высокую кроющую способность (особенно белые пигменты) и легко диспергироваться. Кроме того, пигмент не должен вносить в раствор электролиты, так как засорение рабочих растворов посторонними ионами приводит к коагуляции связующего.
Выбор типов растворителей и их количество для каждой смолы специфичны. Не рекомендуется введение большого количества растворителя вследствие понижения скорости осаждения. Обычно содержание растворителя в готовой эмали или в лаке примерно 3-5%.
В качестве нейтрализаторов применяют аммиак, первичные, вторичные и третичные алкиламины, а также аминоспирты, морфолин, иногда используют неорганические щелочи. Тип, количество нейтрализатора и рекомендуемое значение рН строго обусловливаются в технических условиях на каждый лакокрасочный материал.
1.2
Оборудование для электроосаждения
Для
окраски электроосаждением
Комплекс оборудования включает основное
оборудование для электроосаждения
и вспомогательное
1.2.1 Основное оборудование
Основное
оборудование включает установку электроосаждения,
которая в типовом варианте представляет
собой агрегат, состоящий из ванны
электроосаждения, секций промывки водой
и обдувки изделий воздухом, системы
электропитания, системы перемешивания
рабочего раствора и системы термостатирования,
системы контроля и регулирования
технологических параметров. Все
или большая часть указанных
элементов соединены в общей
камере, которая одновременно служит
для ограждения пространства (зоны
окраски) от помещения цеха. Камера
имеет вид туннеля; в торцовой
его части расположены проемы
с тамбурами для прохода
Установка для окраски мелких изделий электроосаждением показана на рисунке 1.1.
1 – ванна электроосаждения; 2 – шина токосъемная; 3 – конвейер; 4 – изделия; 5 – мешалки с приводом; 6 – бачок для нейтрализатора; 7 – установка для получения обессоленной воды; 8,13 – фильтры; 9 – емкость (буферная) для воды; 10 – смеситель; 11 – емкость с лакокрасочным материалом; 12 – насос; 14 – теплообменник; 15 – емкость резервная; 16 – пульт управления; 17 – источник постоянного тока.
Рисунок 1.1 – Схема установки электроосаждения для окраски мелких изделий
Лакокрасочный материал наносится при погружении окрашиваемых изделий в ванну. После окраски изделия поступают в зону промывки, где промываются сначала водопроводной водой, затем дважды обессоленной водой, и направляются на сушку.
Ванна электроосаждения – один из главных элементов оборудования для электроосаждения. В зависимости от размеров окрашиваемых изделий, типа и скорости конвейера применяют ванны объемом от нескольких десятков литров до десятков кубических метров.
Ванна электроосаждения, применяемая в установках автоматизированной окраски (рисунок 1.2), представляет собой сварную емкость из листовой стали, корпус которой в случае анодного осаждения является катодом.
1 – корпус; 2 – заслонка; 3 – перемешивающее устройство; 4 – механизм поворота слойки; 5 –переливной карман.
Рисунок 1.2 – Ванна электроосаждения
В
ваннах с диализным способом корректировки
рН рабочих растворов внутренняя
поверхность изолируется
Внутри
ванны вдоль ее боковых стен и
днища устанавливают
Днище ванны имеет уклон к сливному трубопроводу для удобства слива лакокрасочного материала и чистки ванны.
Ванна
разделена перегородкой на две части:
собственно ванну окунания и переливной
карман. Переливных карманов может
быть два (при больших объемах
ванны). Соотношение между объемами
рабочей части ванны и
Ванны большого объема изготавливают из нескольких секций, собираемых с помощью болтовых соединений. При определении размеров ванн учитывают расстояние между погруженным изделием и стенками и днищем ванны, а также верхним уровнем рабочего раствора. Оно должно составлять не менее 0,3 м в ваннах большего объема и не менее 0,15 м в ваннах, объемом до 3 м3.
Промывка и обдувка изделий горячим воздухом осуществляется в туннеле, выполненном в виде секций и расположенном за ванной электроосаждения. В секции промывки с поверхности изделий удаляется незакрепленный лакокрасочный материал, а в секции обдувки слой лакокрасочного материала освобождается от капель воды и частично от адсорбированной влаги.
Секция промывки бывает двух- или трехзонной. Если между зонами окраски и промывки окрашенное изделие находится более 3 мин, вводится дополнительный контур орошения изделий деминерализованной водой (в виде легкого тумана) непосредственно над ванной электроосаждения. При этом сокращаются общие потери лакокрасочного материала.
В зоне первой промывки устанавливается несколько (до 5) контуров; в каждом контуре располагается по 16 насадок типа НП-01, расстояние между ними 200 мм, производительность одной насадки 0,42 м3/ч. Вода из ванн в контуры труб с насадками подается центробежным насосом. Внутри ванн располагаются фильтры для очистки рециркулирующей воды.
Вода в ванне первой промывки непрерывно освежается за счет подачи водопроводной воды или воды из ванны второй промывки. Загрязненная вода направляется в установку коагуляции лакокрасочных материалов и далее – в очистные сооружения.
Зона второй промывки устроена аналогично зоне первой промывки, но число контуров меньше – не более трех. Контуры оборудованы насадками и форсунками типа ФК. На выходе из зоны устанавливается дополнительный (ополаскивающий) контур с такими же форсунками, в который подается деминерализованная вода под давлением примерно 0,2 МПа.
Секция
обдувки изделий, как и секция
промывки, выполнена в виде проходного
туннеля. Обдувка проводится нагретым
воздухом с температурой 60-110°С. Воздух
забирается из цеха вентилятором, предварительно
очищается, проходит через паровой
или электрический калорифер
и далее поступает через
В
верхней части туннеля
Секции промывки и обдувки начинаются односторонним стоком (в сторону ванны) и кончаются тамбуром.
Оборудованием для электропитания (электрообеспечения) ванны электроосаждения служат источник питания (преобразователь) и токосъемные устройства. Назначение источника питания – преобразование переменного тока частотой 50 Гц в постоянный напряжением до 300В, при котором проводят электроосаждение. Его выбирают исходя из значений напряжения и силы тока, потребляемого ванной, которые зависят от размеров окрашиваемой поверхности, объема ванны электроосаждения, типа применяемого лакокрасочного материала и его электрических параметров.
Электроосаждение лакокрасочных материалов на поверхность изделий осуществляется в режиме постоянной плотности тока или постоянного напряжения. В промышленности распространено электроосаждение при постоянном напряжении и изменяющейся силе тока в связи с более простой схемой управления источником питания.
Для
плавного выпрямления тока применяют
обычно трехфазный двухполупериодный
выпрямитель с фильтрацией; точность
поддержания рабочего напряжения составляет
±2%. Плавное регулирование
Уменьшение
мощности и стабильная работа источников
тока достигается либо технологическим
приемом – постепенным
Токосъемные
устройства, входящие в состав системы
электропитания ванны, служат для подвода
напряжения от источника питания
к окрашиваемым изделиям. Изделия
на конвейер навешивают на токопроводящих
подвесках, изолированных от конвейера
и имеющих скользящий контакт
с токосъемной шиной в зоне
окрасочной ванны. Для обеспечения
хорошего контакта, повышения надежности
работы и уменьшения износа контактного
элемента обычно устанавливают две
параллельные шины, между которыми
вместе с рабочими каретками конвейера
скользят контактные элементы. Недостатком
такой системы токосъема
Для обеспечения стабильных показателей работы ванны электроосаждения необходимо постоянное перемешивание рабочего раствора и поддержание его температуры в заданных пределах. Это достигается за счет применения систем перемешивания и термостатирования раствора.
В ваннах объемом более 2 м3, как правило, имеется две системы перемешивания: внутренняя и внешняя. Внутренняя система перемешивания предназначена в основном для поддержания однородности лакокрасочного материала в объеме ванны, как в процессе окраски изделий, так и во время перерывов в работе. Внешняя система кроме основной своей функции – перемешивания – служит для фильтрования лакокрасочного материала и поддержания в ванне необходимой температуры. Перемешивание во внутренней системе достигается установкой лопастных погружных мешалок, во внешней системе – применением циркуляционных насосов. При работе внешней системы перемешивания материал забирается из нижней части кармана ванны и подается через фильтр и теплообменник в нижнюю часть рабочего объема параллельно зеркалу ванны. Поток лакокрасочного материала направляется при этом таким образом, чтобы обеспечить движение рабочего раствора снизу вверх по всему объему. Скорость восходящего потока не должна быть ниже скорости оседания частиц; она составляет обычно 0,2-0,7 м/с.
Пена с поверхности ванны удаляется подачей части лакокрасочного материала из внешней системы циркуляции вдоль зеркала ванны в сторону кармана. Для разрушения пены рабочий раствор пропускают через фильтрующие перегородки, которые устанавливают в нижней части кармана.
Для
очистки лакокрасочного материала
от механических загрязнений, в первую
очередь от примесей металла, заносимых
в ванну окрашиваемыми
Щелевой проволочный фильтр состоит из сварного корпуса с помещенными в него четырьмя цилиндрическими фильтрующими патронами – отлитыми из силумина цилиндрами, на которые по всей наружной поверхности навита проволока с разрывом между витками не более 0,05 мм.
При пониженных требованиях к качеству фильтрования лакокрасочных материалов в насосно-фильтрующей станции может быть использован фильтр типа ФЩ-0,08-10, который работает аналогично, но имеет большие зазоры между проволочными витками – до 0,08 мм.
Насосно-фильтрующая
станция работает в автоматическом
режиме: чистка щелевого фильтра проводится
через определенное время, установленное
автоматическим реле времени. Необходимая
для циркуляции и фильтрования производительность
достигается параллельной установкой
нескольких насосно-фильтрующих станций.
Общая производительность циркуляционных
и погружных насосов

- Нанесення блискучого цинкового покриття на малогабаритні деталі
- Нан және нан өнімдерінің технологиясы
- Нано-и биотехнологии
- Нанолазеры в медицине
- Наноматериалы, их получение и применение
- Наноструктуризация материалов. Путь к их совершенству
- Наноструктуризация – путь к совершенствованию материалов и технологий
- Наложение ареста на имущество
- Наложение другого изображения на область лица
- Нало на прибыль
- Налообложение банков налогом на прибыль
- Нанды, нан-тоқаш және кондитерлік өнімдерді таңбалауға қойылатын талаптар
- Н. А. Некрасов - редактор и издатель "Современника"
- Нанесение побоев