Производство и применение порошковой краски. Технология порошкового окрашивания

20.03.2019

Порошковое покрытие представляет собой слой полимерных порошков, которые сперва напыляют на поверхность изделия, а затем подвергают полимеризации при определенной температуре в специальной печи (печи полимеризации).

Базовая технология порошковой окраски металла состоит из трех основных этапов:

Подготовка поверхности к покраске (включает удаление загрязнений и окислов, обезжиривание и фосфатирование для повышения адгезии и защиты изделия от коррозии).
Нанесение слоя порошковой краски на окрашиваемую поверхность в камере напыления.
Оплавление и полимеризация порошкового покрытия в печи полимеризации. Формирование пленки покрытия. Охлаждение и отвержение краски.

При больших объемах производства или обработке крупногабаритных деталей используется транспортная система. С ее помощью окрашенные изделия легко перемещаются от станции к станции. Принцип ее действия заключается в том, что окрашиваемые детали подаются на специальной подвеске или тележках, которые передвигаются по рельсам. Транспортная система позволяет проводить процесс окраски непрерывно, за счет чего значительно увеличивается производительность работы.

Вначале процесса порошковой окраски производится загрузка частей на конвейерную ленту. При предварительной обработке поверхности перед окрашиванием детали попадают в пятиступенчатый очиститель, где подвергаются обработке очистителем, споласкиванию чистой водой, фосфатированию и антикоррозийной обработке.

После этого детали подвергаются сушке. Для этого они прогоняются через специальную печь для просушки с целью предотвращения попадания на них влаги, после чего они охлаждаются.

На следующем этапе детали помещаются в камеру окрашивания или напыления, где порошковая краска вручную распыляется на деталь с помощью электростатического распылителя под действием сжатого воздуха. В распылителе частицы краски приобретают электрический заряд. Под действием электростатических сил частицы порошка притягиваются к поверхности и располагаются на ней равномерными слоями.

После этого детали с нанесенной порошковой краской помещаются в печь или камеру полимеризации приблизительно на 10 минут для непосредственного окрашивания детали. Температура в печи достигает 150-220 градусов. Здесь частицы порошка оплавляются и закрепляются на окрашиваемой поверхности. Этот процесс также называют формированием поверхности. После образования пленки покрытия детали охлаждаются и снимаются с конвейера.

Как уже известно, краски имеют давнюю историю, их используют широко и это приносит пользу человеку. Применение красок в быту получило широкое распространение не так давно, но люди сразу поняли, сколько полезного можно извлечь из них. Оказалось, что помимо визуального преображения окрашенная поверхность или предмет домашней утвари ещё и служат дольше!

И стали открываться по миру сначала небольшие цеха по производству красок, которые, со временем, превратились в гигантов лакокрасочной промышленности. С развитием мировой экономики и появлением новых материалов, ширился и ассортимент производимой продукции. Сегодня магазины предоставляют широчайший выбор лакокрасочных материалов, разнообразных по составам и назначениям, в которых и специалисту не мудрено запутаться, не говоря о простом потребителе.

Тем не менее, такой товар никогда не задерживается на полках магазинов, ведь лакокрасочные материалы востребованы во многих сферах деятельности человека. В современном, бурно развивающемся мире, они стали незаменимыми помощниками, подняв уровень своего применения на новую планку. И наверно, настало время познакомиться поближе с некоторыми видами лакокрасочных материалов. Рассказать обо всех не получится, поскольку их сейчас очень много. Но, об одном из самых интересных видов красок, а именно порошковых красках, мы сейчас узнаем не мало интересного. И так, добро пожаловать в мир лакокрасочных материалов.

Порошкообразные краски состоят из многих компонентов измельчённой пасты в основу которой входят твёрдые плёнкообразующие частицы и разделяющая их воздушная среда. Их разделяют не пигментированные лаки и пигментированные краски. Особо широко пользуются порошковыми красками образующими не прозрачный кроющий, разноцветный слой. Использование лаков происходит в тех случаях, когда цветовое покрытие не играет существенной роли, либо эксплуатационные условия диктуют необходимость не закрытой фактуры обрабатываемой плоскости, к примеру, работе с мебелью, лакировки кабеля и пластмассовых изделий.

Так же, как и жидкие краски, порошковые должны соответствовать целому ряду технологических стандартов и производственным требованиям.

Основные из них - возможность нанесения тонким слоем на обрабатываемую плоскость и образование покрытия, которое будет обладать комплексным набором покрывающих качеств.

Если сравнивать жидкие и порошкообразные краски по составу и назначениям, тони достаточно близки, но имеют существенные различия по свойственным параметрам. Они обуславливаются их различным физическим состоянием. Обыкновенные краски на жидких растворах и измельчённых пастообразных смесей, представляют собой жидкостный состав, и чтобы дать им технологическую оценку применяется анализ и методика, используемые при проверках веществ на жидкостной основе.

Лаки и краски на порошковой основе принято относить к твёрдым (порошковым) телам, со всеми сопутствующими им характеристиками и идентификационными способами определения их химического и физического составов. Тот факт, что в порошковых красках в качестве дисперсионного элемента используют воздух, а не водные растворяющие средства, используемые в жидких красителях, даёт им ряд технических, экологических и экономических преимуществ.

Поэтому лакокрасочные материалы на порошковых основах относятся к средствам, обладающим 100 процентный сухим остатком. Порошкообразные краски удобны в транспортировке, так как им не нужна жёсткая герметичная упаковка.

Изобретение красок на порошковых основах вызвало необходимость в разработке специальных способов работ с ними, в частности, нанесение на рабочую поверхность порошковых красок несколько отличается от аналогичных действий при использовании обычных лакокрасочных материалов.

Такие традиционные способы окрашивания, как:

Валковый.
Окунательный.
Обливочный.
Кистевой.
Мазковый.

оказались не совсем приемлемыми при малярных работах с применением порошковых красок. Для них разработали несколько новых технологий, которые на практике оказались весьма эффективными.

Выделим лишь основные из них:

Аэрозольная.
Электростатическое.
Струйное.
Окрашивание с помощью кипящих слоёв.

Общая характеристика порошкообразных красок

Лакокрасочная продукция с порошковыми основами способна формировать покрывающую плёнку при повышении температурных показателей. Энергетические проблемы, связанные с понижением температур и сроком образования покрывающего слоя, отвечающего за минимализацию энергорасхода, стали основным фактором разработок и применения подобных материалов.

Классификация производимых порошковых красок осуществляется исходя из химических признаков, типам плёнкообразующих веществ и назначениям обрабатываемых поверхностей.

Химическое отношение делится на 2 вида материалов:

С термопластичной основой.
С термореактивной плёнкообразовательной основой

Термопластичная основа позволяет создавать покрытие недоступное химическим изменениям, потому что она сплавливает пигментированные частицы и охлаждает расплавы. Полученный на этой основе слой имеет хорошую обратимость, термопластичность и, в своём большинстве, отличную растворяемость.

Материалы на термореактивной плёнкообразовательной основе создают покрытие за счёт спаивания пигментированных частиц с последующим химическим изменением. Созданное ими покрытие необратимо, нерастворимо и не поддаётся плавлению. По своему химическому составу они имеют существенные отличия от исходных красочных составов. Сначала в лакокрасочном производстве лидировали краски на термопластичной основе, но потом объёмы выработки материалов термореактивной основе с добавлением плёнкообразователей резко пошёл вверх и на сегодняшний день их доля на мировом рынке порошковых красок составляет 4/5 выпускаемой продукции.

Таблица. Назначение термопластичных и термореактивных порошковых красок.

Металлические субстраты
Тяжелое, транспортное и сельскохозяйственное машиностроение	Станки, трубы (газовые, нефтяные, систем мелиорации и водоснабжения), детали автомобилей и мотоциклов, велосипеды
Приборостроение, электротехническая, радио- и электронная промышленность	Трансформаторы, конденсаторы, приборы, инструменты
Производство товаров народного потребления, бытовой техники	Холодильники, водонагреватели, кондиционеры, отопительные радиаторы, пылесосы, металлическая мебель, детали швейных машин, корпуса газовых и электроплит, стиральных машин
Строительство	Арматура, оборудование спортплощадок, светотехническое оборудование, металлические оконные рамы и шифер
Неметаллические субстраты
Строительство	Облицовочные фасадные плитки, асбоцементные, керамические; черепица
Производство товаров народного потребления	Декоративные керамические изделия, изделия из пластмассы, древесины

Порошковые краски с плёнкообразователями

Наименование таких красок исходит от наличествующих в них олигомерных, либо полимерных соединений, ставших основой их состава.

К примеру, такие порошковые краски, как;

Эпоксидная.
Полиэфирная.
Поливинил-хлоридная.
Полиэтиленовая.

сделаны с основополагающими добавлениями этих пленкообразующих веществ. Краски на порошковых основах отличаются также и по назначениям и образованию атмосферостойких, антифрикционных, электроизоляционных и иных разновидностей защитных слоёв.

Качественные сырьевые материалы играют ключевую роль в изготовлении порошковых красок на полимерных основах и являются необходимым условием для избежания проблемных факторов производства, способствующих снижению качественных параметров конечной продукции. В следствие этого выбор химических составляющих должен производится самым внимательным образом. Мировые лидеры лакокрасочной промышленности имеют в своём распоряжении научные лабораторные отделы, которые осуществляют тщательный контроль за всем сырьём, поступающим на производство.

Приведём некоторые, основные химические соединения, используемые при производстве красок на порошковой основе на лакокрасочных предприятиях постсоветского пространства.

Вот мы и познакомились с порошковыми красками. Конечно, столь небольшой объём информации изложенной в данной статье, не позволит нам обращаться с ними на «ты», так как многих аспектов мы не коснулись. Тем не менее, некоторую информацию мы получили, и столкнувшись с необходимостью приобретения порошковой краски, уже не будем действовать вслепую. Найдя общий язык с порошковыми красками, и заполучив их в свои верные помощники, можно достичь немалых успехов на ниве ремонта, которым можно будет гордиться долгое время.

материалы по теме

Эпоксидные лакокрасочные материалы за время своего развития получили хорошую репутацию и на сегодняшний день имеют большую популярность как среди специалистов, так и среди простых людей, не каждый день сталкивающихся с ремонтными или строительными работами. Эпоксидными красками называются те краски, основным компонентом состава которых является эпоксидная смола.

Изделия из металла требуют мер, по защите поверхности, от воздействия внешней среды. Даже обычная вода, может самым серьезным образом, нанести вред дорогому изделию. Воздействие агрессивной среды оказывается еще более разрушительным. Коррозия наносит непоправимый вред. Защитить металл могут лаки и краски. Негативным моментом их применения является наличие опасных, и просто неприятных летучих соединений. Работать с лаками и красками вредно для здоровья.

Если рассматривать такой удобный и практически универсальный лакокрасочный материал, то перед тем как сделать свой выбор в пользу какой-то разновидности краски, давайте разберёмся с тем, а что же она собой представляет в общем.

Порошковая краска представляет собой пигментированную дисперсную систему, состоящую из твердых частиц, способную равномерно распределяться на окрашиваемой поверхности при нанесении и образовывать защитный слой.

Порошковая краска по металлу: свойства и характеристики

Чтобы обладать качественными характеристиками, обращают внимание на следующие показатели:

составляющие дисперсии;
сыпучесть;
насыпная плотность;
способность к распылению;
свойства электризуемости;
уровень псевдоожижения и др.

Дисперсионный состав

Порошкообразные краски состоят из мелких частиц разных размеров (полидисперсные системы), которые имеют значительный разброс по величине. При высокой дисперсности выделяют 2 вида: истинные и агрегаты частиц (скопления истинных частиц, ведущие себя как отдельная частица). При традиционных методах нанесения дезагрегации практически не наблюдается, поэтому истинная величина частиц, с точки зрения технологичности теряет своё значение. Более важной технологической характеристикой выступает гранулометрический состав.

Если фракционирование с помощью сита варьируется в довольно широком диапазоне от 5 до 350 мкм, то оптимальный размер частиц порошков для электростатического распыления составляет 10 – 100 мкм. Более жёсткие условия по величине дисперсионных частиц соблюдаются при получении тонких слоев – от 3 до 40 мкм. А в случае использовании порошка в кипящем слое считается, что диаметр частиц должен быть соизмерим с толщиной покрытия и достигать 350 мкм.

Дисперсность частиц должна иметь свой оптимальный фракционный диапазон в зависимости от вида и толщины покрытия и метода нанесения порошка. Высокодисперсные порошки при более лёгком сплавлении и возможности получения тонких покрытий отличаются худшим псевдоожижением, сильнее увлажняются и склоны к неравномерному осаждению на поверхности изделий. Порошки со слишком широким фракционным диапазоном склонны к сепарации и пылению, могут иметь повышенный брак поверхности покрытия.

Сыпучесть

Одним из обязательных условий к порошкообразным краскам являются необходимые показатели сыпучести, который определяется по времени истечения из откалиброванного отверстия или по углу естественного уклона, составляющего 36…45°.

На показатель влияет:

химический состав;
температура стеклования;
форма и величина частиц, гладкость поверхности;
увлажнение.

Низкая сыпучесть затрудняет равномерное распределение порошковой краски на окрашиваемой поверхности, усложняет технологическое оборудование.

Сыпучесть повышается у дисперсий с частичками сферической формы с низкой шероховатостью поверхности и повышением температуры стеклования, значительно снижается при снижении величины частиц и увлажнении порошков. Для повышения сыпучести используются специальные добавки, такие как пирогенный кремнезём или аэросил. Порошки предохраняют от увлажнения хранением в сухих складских помещениях в водонепроницаемой таре.

Насыпная плотность

Зависит от состава порошков, степени полидисперсности и формы частиц. В зависимости от вида плёнкообразователя плотность порошков может повышаться до двух раз. Пигментированные составы имеют большую плотность, которая увеличивается с повышением количества в составе пигментов и наполнителей.

Порошковая краска должна обладать достаточной высокой плотностью. При низкой насыпной плотности порошки неудовлетворительно «кипят», плохо распределяются на поверхности изделия.

Способность к электризации

Как и любые диэлектрики, частицы порошка во время изготовления, подготовки и использования приобретают электрические заряды. На уровень заряда влияет материал плёнкообразователя, величина частиц, влажность воздуха, интенсивность и вид механического воздействия и др.

Предрасположены к заряду частички эпоксидных, поливинилбутеральных, эпоксидно-полиэфирных и полиэтиленовых красок, что облегчает их нанесение методом электростатического напыления. Более мелкие частички порошков электризуются сильнее, дольше сохраняют заряд. При влажности воздуха более 70% электризуемость порошков значительно падает.

Электризация порошковых красок изменяет их физические свойства: снижаются сыпучесть и насыпная плотность. Чрезмерная электризация может привести к полной потере сыпучести. Уменьшение степени электризации порошковых красок вызывает значительные трудности. Даже длительная выдержка тонкого слоя порошковой краски на заземлённом металлическом листе не позволяет достичь полного изоэлектрического состояния. Степень электризации регулируют не только поверхностной обработкой и вводом антистатических добавок, но и направленным синтезом плёнкообразователей с заданными электрическими характеристиками. Используемое технологическое оборудование изготавливается из электропроводных материалов и качественно заземляется.

Способность к псевдоожижению

Технология нанесения в «кипящем слое» требует способности к псевдоожижению используемых порошков при продувке воздухом. Порошки из полиэтилена низкого давления, полиэфирных составов, полипропилена, поливинилхлорида и некоторых других материалов имеют низкую способность к псевдоожижению. Мелкодисперсные порошки с низкой сыпучестью и высокой влажностью могут вообще не «кипеть». Использование специального оборудования для получения «кипящего слоя», такие как вибровихревые установки, значительно повышает затраты на нанесение порошковых покрытий.

Свойство псевдоожижения повышается при увеличении частиц, создания шарообразной формы, снижении шероховатости поверхности и влажности.

Составы порошковых красок

Среди компонентов выделяют:

плёнкообразователи;
пигменты и наполнители;
пластификаторы;
модификаторы;
отвердители и ускорители;
вспомогательные добавки

Характеристики плёнкообразователя :

Являются твердыми веществами, которые могут находиться в аморфном или кристаллическом виде.
Представляют собой сыпучие порошки.
Малые показатели температуры плавки и вязкости расплава.
Формируют пленку через расплавы при нагреве.
Имеют высокую температуру деструкции.

Порошковые краски по виду плёнкообразователей, являющихся их основой, подразделяется:

термопластические;
термореактивые.

Термопласты не проходят химических изменений при нагреве и получили более широкое распространение за счёт:

стабильности получаемых композиций;
быстрого формирования покрытий;
доступность.

Основным недостатком термопластических плёнкообразователей является низкая адгезионная прочность.

К термопластическим краскам относятся:

полиэтиленовые;
поливинилбутералевые;
поливинилхлоридные;
полиамидные;
пентапластовые и другие.

Реактопласты при нагреве проходят химический процесс полимеризации и обладают:

повышенной адгезией;
могут формировать тонкие покрытия отличного внешнего вида благодаря низкой вязкости;
пониженные температурные условия формирования;
высококачественные характеристики покрытия в условиях эксплуатации.

Из минусов термореактивых плёнкообразователей можно отметить увеличение времени образования покрытия.

К термореактивным видам относятся:

эпоксидные;
полиэфирые;
полиакрилатные;
полиуретановые;
эпоксидно-полиэфирные и др.

Пигменты и наполнители

В красках порошкового вида помимо стандартных требований дополнительно обладают:

легкостью диспергируемости в расплаве плёнкообразователя;
устойчивостью к температуре, при которой формируется покрытие, одновременно не изменяя цвет и не разлагаясь;
инертностью к остальным компонентам состава.

При производстве сухим смешиванием, пигменты и наполнители должны стимулировать к:

повышению сыпучести;
снижению свойств комкования и слёживания;
улучшению «кипения»;
нанесению порошков на поверхность.

С помощью наполнителей и пигментов могут регулировать следующие свойства порошков и покрытий:

электризуемость;
термостойкость;
теплопроводность;
электропроводность;
магнитные свойства;
износостойкость;
адгезионную прочность;
горючесть;
биологическую инертность;
демпфирующую способность.

Использование металлических порошков в качестве наполнителей позволяют получать имитацию металлических поверхностей. Существенной трудностью в пигментировании порошкообразных красок является колеровка цвета в соответствии с цветовым стандартом RAL.

В случае отсутствия в порошковых ЛКМ пигментов и наполнителей, возможно получение прозрачных лаковых покрытий.

Пластификаторы

В красках порошкового вида влияют как на физико-механические свойства покрытий, так и на температуру и время образования плёнки. Кроме того пластификаторы должны:

не нарушать агрегатные свойства полимера;
не ухудшать технологические характеристики(сыпучесть, гранулометрический состав и др.);
функционировать при температуре плёнкообразования.

Лучше с предъявляемыми требованиями справляются твёрдые пластификаторы, основным недостатком которых отмечается неполная совместимость с полимерами. Чтобы устранить этот недостаток используют комбинированные смеси твёрдых с жидкими.

Модификаторы, отвердители и вспомогательные добавки

Модификаторы способны улучшать характеристики с помощью физической или химической модификации. При этом наибольшее распространение получила физическая модификация за счёт добавок различных плёнкообразователей. Модификаторы регулируют и технологические параметры порошковой краски, такие как вязкость расплава, температура текучести и сыпучесть порошков.

Отвердители являются необходимым компонентом красок на основе термореактивых плёнкообразователей. Для активации процесса отверждения используют ускорители, соответствующие конкретным отвердителям. Если для процесса отверждения двухкомпонентных жидких красок достаточно смешать составляющие, то в порошковых красках все компоненты находятся в исходном составе без взаимодействия. Отвердители активируются только при температуре «спекания», «запуская» процесс отверждения после расплавления плёнкообразователя и формирования жидкой плёнки.

Отверждающая система является важным компонентом термореактивных красок, от которого зависит не только стабильность и условия отверждения, но и эксплуатационные характеристики получаемого покрытия (внешний вид, физико-механические и защитные свойства).

Вспомогательные добавки позволяют повысить:

атмосферную стойкость покрытия за счет снижения фотодеструкции полимеров при воздействии солнечной радиации;
стойкость к перепадам температуры;
сыпучесть порошка;
растекание расплава и т.д.

Технология производства порошковых красок

Распространенные варианты изготовления:

Сухое смешивание компонентов.
Смешение компонентов в расплаве с последующей дезинтеграцией до необходимого размера.

Метод производства порошков сушкой распыляемых жидких красок распространения не получил из-за значительных потерь растворителей, высокой себестоимости красок.

Сухое смешивание компонентов является главным вариантом изготовления порошковых красок из термопластичных материалов. Производство обходится без дорогостоящего оборудования и значительных трудовых затрат. Сложность состоит в получении стабильных, нерасслаивающихся при хранении и использовании композиций с равномерным распределением малых добавок.

Смешение компонентов в расплаве дает высококачественные однородные порошки со стабильным составом и структурой. Способ длителен, имеет много стадий, требует дорогостоящего и сложного оборудования. Может использоваться для любых твердых плёнкообразователей, но применяется в основном для реактопластов.

Основные способы нанесения порошковых красок на окрашиваемую поверхность:

электростатическое распыление;
в «кипящем слое».

Напыление порошка производится специальным пистолетом в покрасочной камере, в системе вентиляции которой имеются улавливатели порошка для его повторного использования.

При покрытии в «кипящем слое», порошок за счет равномерной продувки воздухом находится в псевдожидком состоянии. Краска наносится на поверхность детали путём окунания детали в ёмкость с псевдоожиженным порошком.

В обоих случаях частицам порошка перед нанесением специальным электродом придаётся определённый электростатический заряд, который обеспечивает равномерное распределение порошка и удерживание его на поверхности окрашиваемой детали.

После нанесения порошка деталь подвергается нагреву в печи, при котором формируется монолитное жидкое покрытие. Реактопласты дополнительно проходят полимеризацию.

Существующий метод газопламенного напыления порошковых лакокрасочных материалов распространения не получил из-за нестабильности технологии и существенного влияния человеческого фактора.

Порошковая краска: применение, достоинства и недостатки

Порошковая краска по металлу первоначально использовалась как замена гальванических покрытий на небольших металлических деталях простой формы при серийном производстве. Экономичность и лёгкость механизации процесса получения покрытий при поточном производстве существенно расширили применение порошковых красок.

Основные потребители порошковых покрытий:

метизная продукция (проволока, лента, сетка), изделия бытового и сельскохозяйственного назначения;
металлическая мебель;
бытовые приборы и оборудование;
изделия электротехнической промышленности;
автомобильная промышленность;
сельскохозяйственное и транспортное машиностроение;
трубное производство;
металлическая и стеклянная тара, покрытие позволяет снизить толщину стекла до 30%;
оборудование химической промышленности;
строительные конструкции;
машины и оборудование пищевой промышленности.

На автомобильных заводах успешно работают автоматизированные линии покраски как дисков с производительностью до 3 млн. штук в год, так и автомобильных шасси габаритами до семи метров и производительностью до 58 штук в час. В трубном производстве используют технологию нанесения порошков на предварительно нагретые трубы. Разработаны порошковые краски для неметаллических материалов, таких как стекло, пластмасса, МДФ и другие.

Преимущества:

лёгкость механизации и автоматизации нанесения покрытий;
экологичность, отсутствие органических растворителей;
низкий расход краски;
возможность использования труднорастворимых полимеров;
безотходное производство покрытий, практически 100% использование покрасочного материала;
получение рабочего покрытия необходимой толщины в один слой;
равномерность слоя краски как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях;
возможность нанесения покрытия в труднодоступных местах;
металл, окрашенный порошковой краской обладают химической стойкостью;
долговечность;
износостойкость.

Недостатки:

склонность к пылевыделению;
необходимость специализированного оборудования;
целесообразность использования только при серийном и массовом производстве;
взрывоопасность взвеси порошка в воздухе.

Видео: порошковая покраска металла

Рекомендовать использование порошковых лакокрасочных материалов в домашних условиях вряд ли уместно. Уникальными эксплуатационными свойствами данные покрытия не обладают, всегда можно найти традиционные материалы, образующие аналогичные или более качественные покрытия. Приобретать специальное оборудование что бы «своими руками» произвести покраску дисков своего автомобиля нецелесообразно.