Технология покраски порошковой краской

1. Способ нанесения порошковых красок.

Электростатическое распыление наиболее удобно и обеспечивает лучший контроль толщины покрытия. Оно стало основным методом нанесения порошковых покрытий в промышленности.

Зарядка коронным разрядом

В системах зарядки коронным разрядом к зарядным электродам распылителя подается высокое напряжение, и между распылителем и заземленной деталью создается сильное электрическое поле.

В большинстве случаев в системах зарядки коронным разрядом используется отрицательная полярность зарядного электрода. Напряженность электрического поля достигает максимального значения у конца зарядного электрода, и при достижении некоторого уровня здесь происходит коронный разряд. Коронный разряд представляет собой тип холодной плазмы, когда в области короны появляются свободные электроны, которые заполняют пространство между распылителем и деталью. Эти электроны присоединяются к молекулам воздуха, создавая, таким образом, отрицательные ионы. Если электрическое поле за пределами области коронного разряда имеет достаточную напряженность, то ионы, в свою очередь, будут присоединяться к частицам порошка по мере его распыления.

В результате между распылителем и деталью создается облако заряженных частиц порошка и свободных (неприсоединившихся) ионов. Совокупный заряд частиц порошка и свободных ионов, составляющих облако, называется «пространственным зарядом». Пространственный заряд создает свое собственное электрическое поле, которое взаимодействует с полем высоковольтного электрода и помогает осаждению частиц порошка на заземленную подложку.

Зарядка коронным разрядом является наиболее широко используемой технологией зарядки порошка.

Ее популярность обусловлена следующими достоинствами:

1. высокой эффективностью зарядки почти всех порошковых материалов, применяемых в покрытиях;
2. высокой производительностью систем нанесения покрытий с использованием зарядки коронным разрядом;
3. относительно низкой чувствительностью к влажности окружающего воздуха;
4. надежностью оборудования и низкими затратами на техническое обслуживание и ремонт.

Обычные системы зарядки коронным разрядом имеют также свои недостатки, которые обусловлены сильным электрическим полем между распылителем и деталью. В некоторых случаях применения это сильное поле может затруднить нанесение покрытия в углах и в местах глубоких выемок. Кроме того, неправильный выбор электростатических параметров распылителя и расстояния от распылителя до детали может вызвать обратную ионизацию и ухудшить качество покрытия. Успехи в развитии технологии зарядки коронным разрядом позволяют специалистам по нанесению покрытий свести к минимуму многие из вышеперечисленных недостатков и значительно повысить качество покрытия и отделки в целом. Поскольку в системах зарядки коронным разрядом используется высокое напряжение, могут потребоваться специальные измерительные приборы для проверки надлежащего функционирования оборудования и устранения неисправностей. Для диагностики оборудования при зарядке коронным разрядом обычно служат киловольтметры.

2. Технология нанесения порошковых красок методом электростатического распыления.

Технология нанесения порошковых красок не сложна, однако оператору необходимы практические навыки и опыт работы. Полезно перечислить некоторые общие рекомендации.

Первое, самое важное правило: «Больше — не значит лучше». Это относится практически ко всем аспектам процесса нанесения покрытия. Примерами могут быть скорость потока порошка, напряжение на распылителе, сила тока, скорость потока воздуха в камере, а также длина шланга.

Основные параметры, за которыми необходимо следить, — это расстояние от распылителя до детали и сила тока на распылителе. Когда распылитель держат на небольшом расстоянии от детали (приблизительно 20-25 см), обычно наблюдается высокая эффективность осаждения порошка.

При работе с распылителями, основанными на действии коронного разряда, избыточная сила тока распылителя и избыточное напряжение могут осложнить нанесение покрытия в углубленных участках поверхности и привести к появлению обратной ионизации. Если распылительное оборудование не имеет автоматического контроля силы тока и напряжения, хорошим способом замедления образования обратной ионизации может быть размещение распылителя дальше от детали. При ручном распылении не следует наносить краску толстыми слоями за один прием. Вместо этого рекомендуется формировать необходимую толщину покрытия посредством наложения нескольких перекрывающих друг друга слоев порошка ,например змейкой вначале горизонтально, затем вертикально. При нанесении покрытия на углубленные участки рекомендуется использовать различные типы дефлекторов, а не перемещать распылитель ближе к детали в напрасной попытке физически заставить порошок попасть в зоны углубления. Необходимо также обдуманно выбирать тип и положение распылителя, скорость потока воздуха и напряжение на распылителе.

Рекомендуется напряжение при распылении, основанном на коронном разряде, уменьшать, но не до такой степени, чтобы порошок не удерживался на подложке.

Не существует установленной формулы для всего многообразия форм обрабатываемых поверхностей. Удовлетворительное решение может быть найдено только методом проб и ошибок.

3. Отрицательные эффекты электростатического напыления и методы их устранения.

Электростатическое обтекание, или «обволакивание», — свойство заряженного порошка оседать на поверхностях изделий, не находящихся непосредственно в силовом поле. Обтекание является одновременно электростатическим и аэродинамическим явлением Когда заряженные частицы порошка пролетают у краев детали, на них действуют аэродинамические и электростатические силы. Крупные частицы порошка имеют большую площадь поверхности, и, следовательно, они в большей степени подвержены воздействию аэродинамических сил и силы тяжести. Если скорость воздушного потока вблизи детали высока, то крупные частицы порошка будут иметь тенденцию пролетать у краев, не осаждаясь на изделии. Более мелкие частицы порошка испытывают относительно более сильное электростатическое притяжение к заземленной детали. Кроме того, по причине их меньших размеров они в меньшей степени подвержены воздействию аэродинамических сил и силы тяжести. Поэтому более вероятно, что мелкие частицы порошка будут покидать поток воздуха и под действием сил электростатического притяжения оседать на задней стороне детали.

На эффект электростатического обтекания оказывают влияние электростатический заряд частиц порошка, скорость воздуха, создаваемая устройством нанесения порошка, распределение частиц и поток воздуха в камере в непосредственной близости от детали. Чем больший электростатический заряд несут частицы порошка и чем меньше скорость потока воздуха вблизи детали, тем более выраженным будет эффект обтекания вокруг детали. На обтекание не оказывает влияния метод зарядки, оно наблюдается в системах с зарядкой частиц как коронным разрядом, так и трением.

Эффект клетки Фарадея наблюдается в тех случаях, когда наносят порошковую краску на детали с выемками, углами, углублениями или выступами на поверхности, куда внешнее электрическое поле (созданное распылителем или пространственным зарядом) не проникает. Силовые линии всегда идут к самой близкой заземленной точке и, следовательно, скорее концентрируются по краям выемки и выступающим участкам, а не проникают дальше внутрь. Поэтому нанесение ровного покрытия на детали сложной формы часто затруднено и в некоторых случаях может быть даже невозможно.

Эффект клетки Фарадея — результат воздействия электростатических и аэродинамических сил. При нанесении покрытия на участки, в которых действует эффект клетки Фарадея, электрическое поле, создаваемое распылителем, в котором используется коронный разряд, имеет максимальную напряженность по краям выемки. Это сильное поле ускоряет оседание частиц, образуя в этих местах покрытие слишком большой толщины.

Как было указано ранее, внешнее электрическое поле не проникает в углубления и, следовательно, условия для оседания порошка в этих местах ухудшаются. Аэродинамические условия внутри выемки также менее благоприятны, чем при нанесении покрытия на плоскую поверхность. Поток воздуха, несущий порошок внутрь выемки, часто создает избыточную турбулентность, мешающую его осаждению. Для успешного нанесения покрытия на участки, в которых действует эффект клетки Фарадея, должны выполняться следующие условия:

1. порошок должен быть хорошо заряжен;
2. скорость потока должна быть достаточной для переноса порошка внутрь углубления, но не слишком большой, чтобы не мешать его осаждению;
3. внешнее электрическое поле должно контролироваться для уменьшения «подталкивания» частиц порошка к краям клетки Фарадея.

Нанесение покрытия на детали сложной формы может представлять очень сложную задачу. Тем не менее при правильном выборе оборудования, должной его установке и соблюдении необходимых условий нанесения порошка она может быть успешно решена в тех случаях, где действует эффект клетки Фарадея.

Обратная ионизация является обычным явлением в технологии нанесения порошковых красок. Проще говоря, обратная ионизация проявляется в тех случаях, когда в слое порошкового материала на поверхности детали накапливается слишком большой заряд. Хорошо обозначенная обратная ионизация заметна на деталях с покрытием в форме «звездочек», кратеров или «апельсиновой корки». Такие кратеры проходят через всё покрытие до самой металлической подложки. Они не только ухудшают качество покрытия, но также могут привести к нарушению его функциональных свойств.

Обратная ионизация обычно вызывается излишним током свободных ионов от зарядных электродов распылителя. Когда свободные ионы попадают на покрытую порошком поверхность детали, они прибавляют свой заряд к заряду, накопившемуся в слое порошка. В некоторых точках величина заряда в слое повышается настолько, что в его толще проскакивают микроискры. Эти искры приводят к образованию кратеров и «звездочек» на поверхности покрытия. Помимо отрицательного воздействия обратной ионизации на качество покрытия, она также снижает эффективность процесса нанесения красок. Например, если мы используем распылители с коронным разрядом, сообщающие частицам порошка отрицательный заряд, то развивающаяся обратная ионизация приводит к образованию большого количества положительных ионов вблизи поверхности детали. Эти положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженным частицам порошка и снижают или нейтрализуют их заряд. Частицы, отдавшие свой заряд положительным ионам, не смогут оседать на поверхность детали, что приведет к снижению эффективности работы распылителей и ограничению толщины получаемых покрытий.

Обратная ионизация является типичной и наиболее дорогостоящей проблемой, она может быть преодолена путем использования специального оборудования и усовершенствования методов нанесения красок.

Если приобретение современного оборудования невозможно, то усовершенствование методов нанесения красок может существенно замедлить процесс обратной ионизации. Так, увеличивая расстояние между распылителем и поверхностью детали, можно уменьшить ток распылителя и замедлить процесс обратной ионизации. Для достижения максимальной эффективности операций по нанесению красок следует соблюдать расстояние между распылителем и деталью в пределах 200-300 мм.

4. Физика процесса

С расходом воздуха самым тесным образом связано расстояние между распылителем и изделием. Наименьшее значение его ограничено сдуванием осевшего слоя частиц с поверхности изделия при указанных выше расходах воздуха и составляет в среднем около 10 см. Его оптимальное значение зависит от формы факела: чем больше диаметр отпечатка факела, тем меньше оптимальное расстояние. В подавляющем большинстве практических применений распылителей оптимальное расстояние между распылителем и изделием составляет 20-30 см при таком же диаметре отпечатка факела.

Для распылителей с внутренней зарядкой необходимое напряжение связано только с геометрией зарядного устройства и составляет в среднем 10-30 кВ.

На коронирующий электрод должно подаваться напряжение отрицательной полярности. При этом начальное напряжение ниже, а пробивное выше при одинаковой геометрии промежутков, благодаря чему тот же ток коронного разряда при отрицательной полярности получается при меньшем напряжении.

Отрицательный знак заряда порошка позволяет получать более толстые слои без возникновения обратной короны. И, наконец, при отрицательной полярности коронирующего электрода легче исключается искровой пробой и обеспечивается безопасная эксплуатация распылителей.

Основное требование, которому должно удовлетворять зарядное устройство распылителя, — обеспечение стабильной и эффективной зарядки порошкового полимерного материала.

Эффективность зарядки определяется значением удельного заряда частиц и является достаточной, если удельный заряд лежит в диапазоне 0,5-2,0 мКл/кг для промышленно выпускаемых порошковых материалов. При заданном напряжении на коронирующем электроде удельный заряд тем выше, чём больше ток коронного разряда.

Стабильность зарядки определяется в основном стабильностью тока коронного разряда, который падает с увеличением концентрации частиц порошкового материала в межэлектродном промежутке (с увеличением подачи порошка). Таким образом, основным параметром, определяющим эффективность работы зарядного устройства распылителя,является ток коронного разряда. Из всех систем коронирующих электродов наилучшей является та, которая обеспечивает наибольшее значение и стабильность тока коронного разряда при заданном напряжении на коронирующем электроде.