Порошковые краски

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Кафедра: Строительных материалов и специальных технологий

РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ:

Порошковые краски

Выполнил: Лаврик Дмитрий студент 241гр.

                                      Проверил: Кучерова Э.А.

Новосибирск 2013

Содержание

Введение 3

1. Порошковые краски: виды и свойства 5

2. Окраска порошковыми красками. Область применения 5

3. Методы порошковой покраски 8

4. Подготовка поверхности изделия к окраске 13

5. Нанесение порошковой краски 5

6. Формирование покрытия 5

Заключение 21

Список литературы 22

Введение

Чтобы покрытие полимерным слоем поверхности, было гладкое, равномерное и однородное, то нужно для этого использовать сухие порошковые краски. Сухие порошковые краски, являются не просто материалом, а удачным соединением материала  и технологии. Данный процесс применяется, только в специальных условиях цеха. Состав порошковых красок, в основном состоит из измельчённого полимера с добавками. Добавками являются пигменты и отвердители. Технология нанесения порошковой краски, представляет собой, нанесение полимерного порошка  за счёт электростатического притяжения, на очищенную, тщательно окрашиваемую поверхность. Благодаря электростатическому  притяжению, наносимый полимерный порошок  нагревается и происходит его  сплавление. После данного процесса однородное полимерное покрытие готово.

У порошковых сухих красок достаточно достоинств, и главным является экономичность  данных красок, потому что порошковые краски наносят без распыления и  без использования малярной кисти. Поэтому побочный расход такого порошка  составляет несколько процентов. Сухие  порошковые краски, не нуждаются в  длительном процессе сушки и в  растворителях, и это даёт возможность  экономить на технологическом процессе.

При желании, используя порошковые краски, можно  просто добиться увеличения слоя покрытия, без трудностей и без увеличения процесса покраски. Качество полимерных покрытий, обработанных сухими порошковыми  красками, намного выше, чем у  покрытий, которые обрабатывали жидкими  красками, за счёт большей однородности слоя. Исходя из требований к процессу нанесения порошковых красок, используют их исключительно только для металла, и с использованием специального оборудования.

1. Порошковые краски: виды и свойства

Порошковые  краски – это твердые дисперсные композиции, в состав которых входят специальные пленкообразующие смолы, отвердители, пигменты, наполнители  и целевые добавки. Существует две  больших группы порошковых красок в  зависимости от типа пленкообразования: термопластичные и термореактивные.

Порошковые  краски первой группы, изготовленные  на основе термопластичных пленкообразователей, формируют покрытия без химических превращений, за счет сплавления частиц и охлаждения расплавов. Пленки, которые  из них получаются, термопластичны и часто растворимы. Состав таких  красок соответствует составу исходного  материала. В эту группу относятся  краски на основе поливинилбутираля, полиэтилена, поливинилхлорида, полиамидов.

Краски  на основе поливинилбутираля применяются как защитно-декоративные, электроизоляционные, бензостойкие и абразивостойкие для окраски объектов внутри помещения. Такие покрытия выдерживают воздействие водных и солевых сред при комнатной температуре.

Поливинилхлоридные  краски образуют покрытия, устойчивые к действиям моющих средств, атмосферостойкие. Эти краски используются как для  окраски объектов внутри помещения, так и для внешних объектов.

Очень распространены полиамидные порошковые составы. Покрытия, образованные ими, имеют привлекательный  внешний вид, высокую твердость  и прочность, они устойчивы к  истиранию, к воздействию растворителей. Полиамидные краски используются как  для внутренних, так и для наружных работ.

Порошковые  краски на основе полиэлифинов (полиэтилена, полипропилена) предназначены в основном для защиты поверхностей, так как обладают хорошими физико-механическими, антикоррозионными и электроизоляционными свойствами. Ими окрашивают изделия из проволоки, трубы, аккумуляторные баки, кронштейны, стеклотару, части стиральных и посудомоечных машин, стеллажи, металлическую мебель. Большой недостаток таких покрытий – склонность к растрескиванию. Кроме того, атмосферостойкость таких покрытий не очень высока.

Вторая  большая группа порошковых красок –  термореактивные, на основе термореактивного пленкообразователя. Покрытия формируются в результате сплавления частиц и последующих химических реакций. Они не плавки и не растворимы. К этой группе относятся краски на основе эпоксидных и полиэфирных смол, акрилатов, полиуретана. Составы этой группы хорошо подходят для окраски изделий, производимых в области машиностроения, если от покрытия требуются твердость, стойкость и высокие декоративные свойства.

Эпоксидные  краски механически прочные, имеют  хорошую стойкость к растворителям  и хорошую адгезию, однако при  перегреве желтеют. Под воздействием ультрафиолетового облучения верхний  слой разрушается, становится мелоподобным.

В состав эпоксидно-полиэфирных порошковых красок входят эпоксидные и полиэфирные  пленкообразователи, которые реагируют  друг с другом при отверждении. Эти  краски имеют меньшую склонность к пожелтению и выдерживают более  высокие температуры.

Полиэфирные порошковые краски хорошо подходят для  окраски объектов вне помещения, так как на открытом воздухе их верхний слой не разрушается и  они не «мелят».

Полиуретановые  краски придают покрытиям устойчивый блеск. Их применяют для защиты изделий, подвергающихся трению, абразивному  износу. Кроме того, придают поверхности  особый декоративный эффект – текстуру жатого шелка. Полиуретановые покрытия обладают высокой атмосферостойкостью, стойкостью к воде, жидкому топливу, минеральным маслам, растворителям.

Акрилатные порошковые краски используются при покраске предметов, подвергающихся внешнему воздействию. Устойчивы к щелочам и имеют хорошую термостойкость. Покрытия долгое время сохраняют глянец и цвет.

Основными свойствами порошковых красок являются: дисперсионный состав, сыпучесть, гигроскопичность, насыпная плотность, и способность  к псевдоожижению.

• Дисперсионный состав. По величине частиц у порошковых красок наблюдается значительный разброс. Допустимый размер частиц находится в пределах 5 – 350 мкм. В зависимости от методов нанесения краски допустимый размер варьируется.
• Сыпучесть. Необходимое требование ко всем порошковым краскам – хорошая сыпучесть. Если сыпучесть недостаточная, нанесение красок затруднено. Критерий оценки сыпучести – угол внутреннего трения, скорость высыпания порошка, угол ссыпания, угол обрушения. При нормальной сыпучести угол естественного откоса обычно колеблется от 36 до 45 градусов.
• Еще одно свойство порошковых красок - гигроскопичность. Порошковые краски обладают способностью влагопоглощения. В результате снижается сыпучесть порошков, могут изменяться электрические свойства красок, а также это сказывается на качестве пленкообразования.
• Насыпная плотность. Это одна из массовых и объемных характеристик порошковых красок. Насыпная плотность представляет собой массу свободно насыпанного порошка в единице объема, выражаемая в кг/кв.м. Нормой для промышленных порошковых красок является насыпная плотность от 200 до 800 кг/кв.м. Зависит этот показатель от состава краски, от формы и степени полидисперсности частиц.
• Способность к псевдоожижению - к образованию кипящего слоя, необходимого по технологии создания покрытия, зависит от структуры и свойств порошка. Так к псевдоожижению не способны сильно увлажненные, мелкодисперсные порошки с углом естественного откоса более 43 градусов. А особенно хорошо проявляется эта способность у порошков, состоящих из укрупненных частиц, форма которых приближена к шарообразной.

2. Окраска порошковыми красками. Область применения

Порошковая  окраска - экологически чистая безотходная  технология получения высококачественных защитных и защитно-декоративных покрытий. Покрытия формируют из полимерных порошков, которые наносят на поверхность  изделия методом электростатического  напыления. Покрытия, полученные таким  способом, как правило, очень прочные  и долговечные. Данный метод идеален  для окраски кованых изделий, алюминиевых профилей и оцинкованных поверхностей.

Область применения порошковых красок постоянно  расширяется. Они широко применяются  в строительстве, в сельскохозяйственном машиностроении и приборостроении, автомобилестроении и других областях промышленности для окраски:

алюминиевых профилей и металлических конструкций (ограждения, элементы наружной рекламы);

• спортивного инвентаря (велосипеды, мотоциклы и снегоходы);
• медицинской техники (кровати, стулья, столы);
• кровельных материалов (металлические кровли, водостоки);
• бытовой техники (корпуса холодильников, стиральные машины, компьютеры)
• предметов мебели;
• неметаллических изделий (предметы из гипса, керамики, стекла) и т.д.

3. Методы порошковой покраски

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

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

Особенности четырех различных методов порошкового  покрытия:

В процессе электростатического распыления сухие  порошковые частицы приобретают  электрический заряд, в то время  как окрашиваемая поверхность электрически нейтральна. Заряженный порошок и  нейтральная рабочая область  создают электростатическое поле, которое  притягивает сухие частицы краски к поверхности. Попадая на окрашиваемую поверхность, порошковое покрытие сохраняет  свой заряд, который удерживает порошок  на поверхности. Окрашенная таким образом  поверхность помещается в специальную  печь, где частицы краски тают и  впитываются поверхностью, постепенно теряя свой заряд.

Второй  метод нанесения предусматривает, что порошковые частицы краски удерживаются во взвешенном состоянии с помощью  потока воздуха. Вступая в контакт с предварительно разогретой окрашиваемой поверхностью, эти частички тают и прочно удерживаются на ее поверхности. Толщина порошкового покрытия зависит от температуры, степени нагрева поверхности, а также от длительности контакта с порошковыми частицами. При нанесении покрытий из термопластика последующее нагревание в большинстве обычно не требуется. Однако для полного затвердевания порошкового покрытия в некоторых случаях необходимо дополнительное нагревание.

Электростатический  способ нанесения порошковой краски с помощью воздушного потока во многом схож с предыдущим, однако в этом случае поток воздуха, удерживающий частицы краски, электрически заряжен. Ионизированные молекулы воздуха заряжают частицы краски при движении наверх в специальной печи, куда помещают окрашиваемую поверхность, и формируют облако заряженных частиц. Окрашиваемая поверхность, обладающая нейтральным зарядом, покрывается слоем заряженных частиц. В этом случае предварительного нагревания окрашиваемой поверхности не требуется. Эта технология подходит для окрашивания небольших и простых по форме объектов.

Метод окрашивания  с помощью пламени появился сравнительно недавно и применялся, в основном, для порошковых покрытий из термопластика. Термопластический порошок плавится под воздействием сжатого воздуха  и попадает в специальный пистолет, где проходит через горящий пропан. Расплавленные частицы краски наносятся  на окрашиваемую поверхность, формируя прочный слой. Поскольку этот способ не требует прямого нагревания, он подходит для большинства материалов. С помощью данной технологии можно  окрашивать поверхности из металла, древесины, каучука и камня. Нанесение  краски с помощью пламени также  подходит для больших или закрепленных объектов.

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

Совместимость материалов:

Технология  окрашивания с помощью электростатического  нанесения с помощью воздушного потока наиболее подходит для окрашивания  небольших металлических предметов.

Как и  для всех типов окрашивания, порошковые покрытия применяют на чистую, гладкую  и хорошо подготовленную поверхность. Окрашиваемая поверхность не нуждается  в предварительной обработке, однако дополнительная подготовка поверхности (например, обработка фосфатом железа для стали, фосфатом цинка для  гальванических элементов или стали  и фосфатом хрома для алюминиевых  поверхностей) заметно улучшает качество порошкового покрытия.

Только  те материалы, которые могут нагреваться  до высокой температуры, могут подвергаться порошковому окрашиванию по технологии электростатического распыления, нанесения  с помощью потока воздуха или  электростатического нанесения  с помощью воздуха. Следовательно, эти технологии более всего подходят для небольших металлических  объектов.

Порошковые  краски могут легко воспламеняться вблизи открытых источников огня. Концентрация порошка в воздухе должна надежно  контролироваться для обеспечения  безопасного рабочего пространства. Несмотря на отсутствие легковоспламеняющихся  растворителей, любой органический материал наподобие пыли или порошка  может сформировать взрывчатую субстанцию в воздухе.

При окрашивании  следует избегать вдыхания порошковой краски, поскольку это может привести к повреждению легких и защитных мембран организма.

Основное  назначение системы рекуперации  заключается в улавливании максимально  возможного количества порошковой краски и возврата ее в питатель. В рекуператоре происходит фильтрация краски, которая может потом быть использована повторно.

Чаще  всего используется двухступенчатая  система улавливания. На первом этапе  используется пылеотделитель, а на второй стадии улавливание краски происходит при помощи фильтра. С помощью данной системы можно повторно использовать до 98% краски, загруженной в питатель и не осевшей на поверхности детали.

Фильтры грубой и тонкой очистки воздуха  подают в рабочую зону очищенный  воздух. Благодаря этому отпадет  необходимость использования вентиляторов, подогрева воздуха в зимнее время  и его обеспыливания. С помощью системы рекуперации значительно снижаются энергозатраты и, соответственно, общие расходы на покраску. Автоматическая очистка фильтров обеспечивает работу воздушного потока без снижения скорости высокую степень очистки воздуха в течение длительного времени.

Типовой процесс порошковой окраски представляет собой следующую последовательность операций:

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

4. Подготовка поверхности изделия к окраске

В начальной  стадии любого процесса окрашивания  производится предварительная обработка  поверхности. Это самый трудоемкий и продолжительный процесс, которому часто не уделяют должного внимания, однако который является необходимым  условием получения качественного  покрытия. Подготовка поверхности предопределяет качество, стойкость, эластичность и  долговечность покрытия, способствует оптимальному сцеплению порошковой краски с окрашиваемой поверхностью и улучшению его антикоррозийных  свойств.

При удалении загрязнений с поверхности важно  наиболее правильно подобрать метод  обработки и состав, применяемый  для этой цели. Их выбор зависит  от материала обрабатываемой поверхности, вида, степени загрязнения, а также  требованиями к условиям и срокам эксплуатации.

Для предварительной  обработки поверхности перед  окрашиванием используются методы обезжиривания, удаления окисных пленок (абразивная очистка, травление) и нанесения  конверсионного слоя (фосфатирование, хроматирование). Из них обязателен лишь первый метод, а остальные применяются в зависимости от конкретных условий.

Процесс подготовки поверхности включает несколько  этапов:

• очистка и обезжиривание поверхности;
• фосфатирование (фосфатами железа или цинка);
• споласкивание и закрепление;
• сушка покрытия.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

После ополаскивания  и сушки поверхность готова для  нанесения порошкового покрытия.

5. Нанесение порошковой краски

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

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

Также существуют автоматические камеры напыления, в  которых с помощью пистолетов-манипуляторов  краска наносится за считанные секунды.

Наиболее  распространенным способом нанесения  порошковых покрытий является электростатическое напыление. Оно представляет собой  нанесение на заземленное изделие  электростатически заряженного порошка при помощи пневматического распылителя (их также называют пульверизаторами, пистолетами и аппликаторами). Любой распылитель сочетает в себе ряд различных режимов работы:

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

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

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

Различают две разновидности электростатического  распыления: электростатическое с зарядкой частиц в поле коронарного заряда и трибостатическое напыление. При электростатическом способе напыления частицы получают заряд от внешнего источника электроэнергии (например, коронирующего электрода), а при трибостатическом - в результате их трения о стенки турбины напылителя.

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

При трибостатическом напылении краска наносится с помощью сжатого воздуха и удерживается на поверхности за счет заряда, приобретаемого в результате трения о диэлектрик. В качестве диэлектрика используется фторопласт, из которого изготовлены отдельные части краскораспылителя. При трибостатическом напылении источник питания не требуется, поэтому этот метод, гораздо дешевле. Его применяют для окрашивания деталей, имеющих сложную форму. К недостаткам трибостатического метода можно отнести низкую степень электризации, которая заметно снижает его производительность в 1,5-2 раза по сравнению с электростатическим.

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

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

6. Формирование покрытия

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