Технология порошковой покраски металла

Особенности оборудования

Конструктивно, печь полимеризации на вид представляет собой металлический шкаф с электронной начинкой. Управление рабочими режимами и параметрами внутри этих режимов выполняется при помощи основной системы контроля – оператор может настроить автоматическую работу печи, при которой устройство будет само отключаться при завершении работы. Примерный температурный режим в процессе полимеризации составляет около 200 градусов, и такой режим поддерживается на протяжении 15 минут. За это время частицы краски полностью расплавляются, вытесняют воздух и сливаются в единую пленку. Постепенно краска все глубже проходит в изделие и начинает затвердевать.

Иногда габаритные детали могут быть предварительно нагреты, так как печь полимеризации не способна в один момент равномерно распространить тепло. Источником энергии печей полимеризации чаще всего выступает природный газ или электричество. Про печи полимеризации нужно сказать следующее:

Быстрый и равномерный обогрев камеры, и как следствие, самого окрашиваемого изделия, зависит не только от одной печи полимеризации, но и от теплоизоляции помещения. Одно должно быть качественно утеплено и не иметь проблем с герметичностью.
В процессе нагрева до экстремально высоких температур, силовым кабелям и прочим элементам печи не грозит перегрев, так как они выносятся за пределы прогреваемой зоны.
Тепло на окрашиваемое изделие распространяется при помощи нагретых воздушных потоков. До того, пока частицы порошковой краски полностью не застыли, есть вероятность, что поток воздуха их сдует. Для этого нужно грамотно отрегулировать скорость воздушного потока при помощи клапанов.

Печи полимеризации может быть встроены в конвейерную линию и плавно переходить в зону отверждения – там температура нагрева несколько снижается, а сама процедура занимает намного больше времени, чем при полимеризации.

Виды порошковых красок

На сегодняшний момент производимая порошковая краска различается по следующим признакам:

химический
вид пленкообразователя
назначение покрытия

Состав порошковых красок

По химическому составу существует такие разновидности, как:

Краски на термопластичной основе

В термопластичных красках отсутствуют химические превращения при нанесении – частицы материала, взаимодействуя между собой, сплавливаются, и расплав охлаждается. Пленкообразователи обладают термопластичностью и растворимостью, причем состав остается подобным исходному материалу.

Краски на термореактивной основе

Технология термореактивных красок включает в себя химические превращения, придавая полученным покрытиям неплавкость и нерастворимость и значительно изменяя химическую составляющую. На сегодняшний день доля термореактивных красок почти 80% от всего объема.

Полимеры в порошковой краске

В зависимости от названий полимеров либо олигомеров выделяются краски с различным типом пленкообразователя. Это, например:

эпоксидные
полиэфирные
поливинилхлоридные
полиэтиленовые

В начале разработали краски с эпоксидом, и на сегодняшний момент их применяют так же активно, несмотря на наличие других видов. Они обладают отличной механической прочностью, хорошей адгезией и устойчивы к растворителю. Минус такого материала – желтизна при перегревании, она не ухудшает защитных характеристик, но портит внешний вид.

И что касается классификации последнего признака, то сюда входят краски для изготовления следующих покрытий:

антифрикционные
электроизоляционные
атмосферостойкие
химически-стойкие

Проводится выпуск порошковых красок любого оттенка и блеска. Они могут быть и высокоглянцевые и глубокоматовые. Существуют так же специальные краски, например:

фасадные
многоцветные
противокоррозийные
«металлик»
молотковые
с повышенным содержанием цинка

Суть метода полимерно-порошковой окраски

На очищенный обрабатываемый предмет напыляется порошковая краска. В процессе напыления частицы порошковой краски электрически заряжаются от внешнего источника или электризацией при трении. Электрическим полем частицы порошковой краски переносятся к окрашиваемому изделию, которое имеет противоположный заряд. Не осевшие на продукции частицы порошковой краски улавливаются в окрасочной камере напыления и могут быть использованы для повторного напыления, что исключается при использовании обычных жидких красок. Потом изделие с нанесенной порошковой краской переносится в камеру полимеризации для «запекания» краски. В процессе формирования покрытия из нанесенного порошкового слоя создается монолитное качественное покрытие на поверхности изделия.

Процедура формирования покрытия осуществляется посредством нагрева слоя порошковой краски до состояния его оплавления с образованием монолитного слоя. При последующей обработке в результате отвердения (для термореактивных материалов) или охлаждения (для термопластичных материалов) слоя образуется твердая пленка. Оплавление порошковых красок делится на три стадии: порошок оплавляется и переходит в вязко-текучее состояние; образуется единый слой из оплавленных частиц порошка; окрашиваемая поверхность смачивается расплавленным полимером, благодаря чему и формируется полимерно-порошковое покрытие.

Особенности технологии нанесения порошковой краски и полимеризация

Нанесение порошковой краски проходит в три этапа:

Схема линий порошкового окраса

Подготовка поверхности. Включает в себя удаление загрязнений и нанесение дополнительных конверсионных покрытий для повышения защитных свойств и долговечности.
Нанесение покраски в покрасочной камере с использованием установки.
Полимеризация в печи при высокой температуре.

Химическое обезжиривание металла под покраску является обязательным. Остатки масла, химикатов или капли влаги могут вызвать пятна с изменением цвета, проколы, раковины. Заготовка осматривается на предмет наличия острых кромок, заусенцев, наплывов от сварных швов и пайки металла.

Необходимо очистить поверхность от ржавчины и пыли. Придание дополнительных свойств фосфатированием поверхности, хроматированием или пассивированием зависит от требований к покрытию.

Камера для нанесения оборудуется системой рекуперации, возвращающей микрочастицы в питатель.

Печь полимеризации

Температура отвердения каждого вида краски указывается производителем в сопроводительных документах и, как правило, составляет 180–200 градусов. Под температурой полимеризации понимают температуру поверхности заготовки, а не температуру рабочего режима печи.

Отвердение покраски в полимеризационной камере рекомендовано проводить при сниженных температурах и длительных сроках. Это позволит увеличить твёрдость и избежать таких дефектов покрытия, как шагрень и потёки.

Массивные металлические изделия рекомендовано прогревать заранее, чтобы срока нахождения детали в печи хватило для окончательного отвердения. Не допускается наличие пыли в помещении. Транспортировать металлическое изделие с неостывшей покраской запрещено.

Порошковая окраска металлических изделий: технология процесса и основные этапы

Технологический процесс порошковой покраски разделяются на следующие этапы:

подготовка окрашиваемой поверхности;
нанесение краски в виде порошка;
формирование жидкой плёнки при высокой температуре;
химическое отверждение плёнкообразующего материала (при использовании термореактивных красок);
окончательное формирование покрытия.

Подготовка поверхности

При подготовке окрашиваемой поверхности следует учитывать, что необходимо обеспечить не только смачиваемость с жидкой фазой плёнкообразователя, но и равномерное распределение порошковых материалов при напылении

Уделяется внимание как удалению всевозможных поверхностных загрязнений, так и обеспечению поверхности необходимой шероховатости. Дополнительно к механическим способам подготовки поверхности могут использоваться и химические, такие как обезжиривание, травление или фосфатирование

Нанесение порошковых материалов

Порошковая окраска металла осуществляется:

электростатическим напылением;
погружением во взвешенный слой электризованного порошка;
газопламенным способом.

Благодаря своей простоте и универсальности, наибольшее применение получило нанесение краски электростатическим напылением. Для плоских поверхностей могут использоваться специальные магнитные щётки-валики по технологиям, используемыми в копировальной технике. Окунание в «кипящий слой» используется на автоматических линиях при конвейерном производстве однотипных изделий. Газопламенный способ из-за чрезмерной неравномерности слоя и свойств получаемого покрытия распространения не получил. Существующее плазменное напыление отличается применением низкотемпературной плазмы для нагрева частиц и использованием инертного газа; ограничивается использованием термостойких порошков при нанесении тонких покрытий на термостойкие материалы.

Удержание и равномерность распределения на поверхности металлических изделий порошковых материалов обеспечиваются за счет электростатических сил взаимодействия заряженных частиц краски и «электронейтральной» поверхности. Перед напылением частицы краски в пистолете получают электрический заряд:

в поле коронарного заряда, создаваемого электродом;
за счет трения о поверхность оборудования.

Заряд частиц, как правило, отрицательный, величина заряда должна соответствовать оптимальному диапазону, позволяющему удерживать частицы на поверхности до образования жидкой плёнки и не нарушающему технологию нанесения. Регулируется характеристиками электрода или скоростью движения частиц при трении о поверхность оборудования, площадью и материалом поверхности.

При электростатическом напылении покрытия одинаково качественно формируются на горизонтальных и вертикальных поверхностях. Нулевой заряд металлического изделия обеспечивается заземлением.

Формирование жидкой плёнки

Технология нанесения порошковой краски

Пленкообразование происходит при нагреве порошковых материалов до вязко-текучего состояния, при этом происходит:

деформация и вязкое течение материала;
удаление воздуха;
смачивание жидким материалом поверхности подложки.

При производстве труб и металлического профиля используется нанесение порошка в «кипящем слое» на предварительно нагретые заготовки, процесс формирования жидкой плёнки происходит за счет аккумулированного тепла или дополнительного нагрева.

В случае использования термореактивных красок при высокотемпературной выдержке дополнительно происходит химическое отверждение жидкой плёнки за счет полимеризации или поликонденсации плёнкообразователей. Это удлиняет время высокотемпературной выдержки, повышает затраты и снижает производительность. Существуют составы на основе термореактивных смол, ускоренное отверждение плёнок которых происходит при ультрафиолетовом облучении.

Окончательное формирование покрытия

Итоговое формирование пленки происходит при охлаждении изделия. Условия могут отличаться как скоростью охлаждения, так и средой. Прочностные характеристики покрытия и силы адгезии, в зависимости от условий формирования, может изменяться на десятки процентов. При этом для разных видов полимеров практикуется ускоренное и замедленное охлаждение . Охлаждение покрытия в пластифицирующих полимерных средах может снизить внутренние напряжения покрытия до нуля.

В отличие от термореактивных, термопластичные краски позволяют легко устранять дефекты покрытия с использованием повторного «спекания».

Несмотря на сложность колеровки, некоторые производители предоставляют порошковые краски до 250-ти цветов по таблицам RAL.

Требуемое оборудование

Для того чтобы процесс самостоятельной покраски практически не отличался от заводского, необходимо выбрать подходящее место, где будут проводиться работы.

Когда помещение найдено, нужно собрать и подготовить необходимое оборудование:

печь для полимеризации (сушки);
источник постоянного напряжения (около 25 кВ);
распылитель порошковой краски (пистолет);
ЛКМ.

В работе не помешает аккуратность и небольшой опыт. Но если его нет – не беда, действуя по инструкции, можно избежать большинства ошибок и получить вполне приличный результат.

Изготовление печи

Полимеризация – важный этап в отвердении порошковой краски. Если этот пункт работ опустить, ЛКМ не будет держаться на металлических поверхностях. Поэтому такое оборудование, как печь – ее еще называют камерой полимеризации – необходимо в первую очередь. Вещь эта дорогостоящая, поэтому можно сделать ее своими руками, из подручных материалов. Нам понадобятся (камера полимеризации будет иметь размеры 2х1х1 м):

профильная труба;
негорючая теплоизоляция (плита базальтовая);
листовой металл (можно заказать по размерам);
тангенциальный вентилятор;
ТЭНы.

Инструкция по сборке печи состоит из следующих шагов:

Сварите из профиля каркас.
Заложите в него утеплитель.
Листовым металлом зашейте стены. Снаружи отделайте все гипсоволокном.
Для конвекции в камере установите тангенциальный вентилятор, наварив ему узкий выход и широкий вход.
Вентилятор вставьте в камеру. Он будет забирать воздух вверху, прогонять его через ТЭНы, выгонять внизу, а затем распределять по всему объему камеры.
ТЭНы установите вдоль параллельных стенок и соедините по распределению на фазы.
ТЭНы закройте, оставляя открытым вентилятор, основная часть которого должна располагаться вне камеры (чтобы не оплавить обмотку).
Установите электрощит. Правда, эту работу лучше поручить специалисту.

Полученное оборудование – камера полимеризации – будет иметь мощность 12 кВт на разогреве и 6 кВт в работе.

Важно! Энергоносителем в таких печах просушки порошковой краски может быть не только электричество, но и природный газ, и дизельное топливо

Покрасочный инструмент – пистолет

Чтобы нанести порошковую краску на изделие, требуется специальное устройство. Это электростатический краскопульт или трибостатический порошковый распылитель. Но покупать дорогостоящее оборудование ради редкого использования не целесообразно. Так как в нашем случае все изготавливается своими руками в домашних условиях, такое устройство можно смастерить минут за 10. Такой пистолет прост в использовании, дешев и практичен. Переход с одной краски на другую занимает несколько секунд.

Конструкция и комплектация пистолета для порошковой покраски

Как сделать пистолет для порошковой краски:

Возьмите обычную пластиковую 1,5-литровую бутылку. Главное, чтобы она была сухая и чистая.
Заполните ее на 1/3 порошковой краской, закрутите металлической пробкой.
Проделайте в пробке маленькие отверстия. Чем больше отверстий, тем качественнее будет нанесение. Зачистите пробку снаружи от заусениц, оставшихся после прокалывания.
Подключите к пробке плюсовой провод от источника высоковольтного напряжения.

Для этой цели нужен преобразователь, который сможет выдать 25 000 вольт постоянного тока. Такие используются в электрошокерах, зажигалках для газовых плит, котлах и колонках. Они могут работать от батареек или аккумуляторов, преобразовывая 3-6 вольт в нужные 25 кВ.

Соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением. Лучше доверить сборку преобразователя квалифицированному электрику

После всех манипуляций получается вполне приличный пистолет.

Мелочи, без которых не обойтись

Перед началом окраски нужно тщательно позаботиться о том, чтобы все операции проходили при идеальных условиях:

Необходимо отличное освещение. Используйте лампы дневного света. К обычной лампе порошковая краска отлично прилипает.
Нужна хорошая вентиляция с двумя моторами (на вход и выход). Дополнительно придется надеть марлевую повязку, а лучше профессиональный респиратор.
Придется изобрести способ сбора остатков порошковой краски. На начальных этапах используйте старый мощный пылесос.

Когда все тщательно подготовлено, можно приступать к покраске своими руками нужных деталей.

Процесс и используемое оборудование

Технологический процесс можно разделить на три обязательных последовательных этапа. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Обработка поверхности

Изначально поверхность металлопроката или готового изделия может иметь остатки окалины, пыль, осевшую на ней во время хранения или транспортировки, и смазочные материалы. Перед началом процесса покраски необходимо тщательно очистить поверхность, удалив всевозможные загрязнения. От качества очистки напрямую зависит долговечность и надежность защитного слоя.

Процесс подготовки обычно состоит из двух этапов: механической очистки и обезжиривания. На первом используются разнообразные шлифовальные и пескоструйные машины; на втором в ход идут специальные химические вещества (щелочи, кислоты, растворители) подаваемые различными способами. Например, изделия могут обдаваться струями растворителя или окунаться в него.

Данные этапы чередуются с промежуточными стадиями. Так после механической обработки металлоизделие необходимо остудить, а после обезжиривания – обязательно просушить. Лучший способ сделать это – воспользоваться специальной печью.

Нанесение защитного слоя

Эта процедура производится в покрасочной камере. При нанесении слоя краски на небольшие изделия используется так называемая тупиковая камера. Длинномерный металлопрокат окрашивается в проходной камере.

Типичный способ нанесения – электростатический. Он похож на обычное окрашивание с помощью краскопульта, но в данном случае вместо жидкой краски используется специальный порошок. Под действием искусственно создаваемого электростатического напряжения он равномерно распределяется по поверхности заземленных окрашиваемых деталей.

Здесь проявляется еще одно преимущество, которое не было упомянуто ранее – малые потери красящих веществ. Обычно они составляют порядка 4% против 40% в случае использования жидкой краски. После окончания работ остатки порошка, осевшие на стенках камеры, просто собираются специальным устройством и используются повторно.

Основное оборудование, необходимое на данном этапе – установка порошковой окраски, представляющая собой мобильный компрессор с управляющим микропроцессорным блоком и специальным пистолетом.

Красящий порошок может засыпаться в специальную емкость, если ей оборудована установка, или подаваться непосредственно из заводской тары, позволяя за минуту менять упаковку с подаваемым цветом.

Полимеризация покрытия

Завершающим этапом формирования защитно-декоративного слоя является его полимеризация. Для этого изделия отправляется в печь, где поддерживается определенный уровень температуры (180-220 градусов Цельсия).

Под действием жара полимерный порошок начинает плавиться, образуя равномерный слой пленки. Для улучшения растекания и минимизации пористости исходную температуру увеличивают на 10-20 градусов.

Среднее время полимеризации составляет около получаса и напрямую зависит от толщины защитного слоя и самого изделия.

По окончанию данного этапа готовое металлоизделие охлаждается на открытом воздухе.

Плюсы и минусы порошкового окрашивания

Среди основных преимуществ технологии покраски порошковой краской большинство инженеров и промышленников называют те, что представлены ниже.

Это:

минимизация количества проходов окрашивания, в результате чего увеличивается производительность и снижается себестоимость продукции;
экологичность производства и улучшение условий труда – даже в печи в процессе термической полимеризации концентрация вредных летучих соединений не превышает нормы;
отсутствие растворителей, в результате чего покрытие получается без микропор и раковин, а его усадка минимальна;
экономный расход порошковой краски и отсутствие необходимости дорогостоящего содержания производственных помещений для сушки окрашенных изделий;
крайне низкая степень пожаро- и взрывоопасности;
высокая твердость покрытия, благодаря чему снижаются затраты на упаковку и обеспечение надежной защиты металлоизделий во время транспортировки;
стойкость к широкому спектру агрессивных сред и горюче-смазочных материалов;
устойчивость пигмента и полимерной основы к разрушительному воздействию ультрафиолета;
широкая палитра – более 5000 цветов, оттенков и текстур.

У технологии покраски порошковой краской есть и ряд минусов, главный из которых – невозможность окрашивать пластиковые и деревянные изделия ввиду высокой температуры запекания в процессе полимеризации.

Среди других недостатков:

сложность в нанесении тонкого слоя;
узкая специализация оборудования для порошковой покраски – в больших печах невыгодно окрашивать малые несерийные изделия и наоборот;
необходимость использования отдельного контейнера для каждого цвета и оттенка;
трудность в нанесении покрытия на металлоизделия сложной геометрической конфигурации и составные конструкции;
серьезные капиталовложения при сооружении окрасочной линии;
отсутствие возможности колеровки – используется только стандартная палитра.

Еще один недостаток технологии порошковой покраски металла – это невозможность локального устранения дефектов и прорех в нанесенном покрытии. При появлении таких пробелов приходится удалять краску и наносить порошковый состав с последующим запеканием заново.

Суть метода порошковой окраски

На очищенное изделие напыляется порошковая краска. В процессе напыления частицы порошковой краски электрически заряжаются от внешнего источника или электризацией при трении. Электрическим полем частицы порошковой краски переносятся к окрашиваемому изделию, которое имеет противоположный заряд. Неосевшие на изделие частицы порошковой краски улавливаются в окрасочной камере напыления и могут быть использованы для повторного напыления, что невозможно при использовании обычных жидких красок. Далее изделие с нанесённой порошковой краской переносится в камеру полимеризации для «запекания» краски.

В процессе формирования покрытия из нанесённого порошкового слоя создается монолитное качественное покрытие на поверхности изделия.

Процесс формирования покрытия осуществляется путём нагрева слоя порошковой краски до состояния его оплавления с образованием монолитного слоя. При последующей обработке в результате отвердения (для термореактивных материалов) или охлаждения (для термопластичных материалов) слоя образуется твердая плёнка.

Оплавление порошковых красок делится на три стадии: 1) порошок оплавляется и переходит в вязко-текучее состояние; 2) образуется монолитный слой из оплавленных частиц порошка; 3) окрашиваемая поверхность смачивается расплавленным полимером, вследствие чего формируется покрытие.

Основные области применения

окрашивание любых металлических комплектующих для изделий;
окрашивание готовых металлических изделий, которые выдерживают нагрев до 200 градусов по Цельсию;
окрашивание керамики и стеновых камней;
окрашивание МДФ, стекла.

Перечень изделий, которые могут быть окрашены порошковыми красками, достаточно широк. Существуют отрасли промышленности, где особенно быстро растут темпы потребления порошковых красок. Примером могут служить покрытия внутренней поверхности труб для буровых нефтяных скважин и перекачивания нефти, функционирующие в условиях, где такие факторы, как повышенное давление, высокие температуры и присутствие вызывающих коррозию сред, способны оказывать разрушающее воздействие практически на все покрытия (за редким исключением).

Оборудование для порошковой окраски

Порошковые краски наносят на детали либо электростатическим распылением, либо их погружением в псевдоожиженный слой порошковой краски (с электризацией частиц или без неё), либо методом газопламенного распыления.

Швейцарская компания GEMA в начале 70-х впервые в мире успешно внедрила высоковольтный каскад в окрасочный пистолет.

Для запекания порошковой краски используются печи полимеризации. Печь полимеризации — закрытая камера, внутренний рабочий объём которой нагревается до необходимой для полимеризации температуры. Окрашиваемое изделие помещается внутрь камеры, где и происходит полимеризация порошкового покрытия.