Нанесение лакокрасочных материалов

Методы нанесения лакокрасочных материалов на поверхность. Виды и типы оборудования. Порядок нанесения при ручном способе.

Лакокрасочные материалы наносят на поверхность изделий различными методами: пневматическим распылением, распылением под высоким давлением, распылением в электрическом поле, аэрозольным распылением, электроосаждением, струйным обливом, окунанием, наливом, валками, в барабанах, кистью и шпателем и самым передовым методом — порошковой покраской.
Все окрашиваемые изделия (узлы и детали) по сложности конфигурации делят на 4 группы.

Классификация деталей и изделий по группам сложности окрашиваемой поверхности

  1. Плоские детали. Узлы клепаные или сварные из листовых деталей плоской формы, прямолинейного или криволинейного контура, с отверстиями или без них, с выпуклой или вогнутой поверхностью, с небольшими выступами, углублениями, отбортовками (доступ к покрытию свободен). Площадь окрашиваемой поверхности более 0,5 м2.
    • Детали, имеющие плоские, сферические, цилиндрические и конические поверхности площадью более 0,5 мг
    • Детали, узлы объемной формы, клепаные или собранные из листовых деталей, с ребрами, выступами, отверстиями или без них. Средний размер одной из сторон детали или узла должен быть не менее 400 х 400 мм
    • Изделия объемной формы с проемами, окнами и щелями, окрашиваемые одновременно с наружной и внутренней сторон одним лакокрасочным материалом. Ширина окрашиваемой поверхности не менее 400 мм
    • Детали, узлы плоской формы (площадь окрашиваемой поверхности 0,1—0,5 м2), окрашиваемые групповым методом на приспособлениях. Расстояние между деталями не более 20—30 мм. Общая площадь окрашивания должна быть не менее 0,5 м2
  2. Плоские детали криволинейного и прямолинейного контура, изогнутые по радиусам и под углом, а также узлы клепаные или сварные из листовых деталей плоской формы с отверстиями или без них, с выпуклой или вогнутой поверхностью, окрашиваемые индивидуально (площадь 0,1 —0,5 м2)
    • Сварные конструкции, трубчатые в сочетаний с плоскими поверхностями, изделия с узкими планками и трубками с общей площадью окрашиваемой поверхности более 0,5 м2
    • Детали и узлы объемной формы, клепаные или собранные из отдельных деталей, с ребрами, выступами, отверстиями. Ширина окрашиваемой поверхности не менее 400 мм
  3. Детали, изогнутые по радиусам и под углом, с отверстиями, с выпуклой или вогнутой поверхностью, окрашиваемые индивидуально (площадь до 0,1 м2). Плоские детали с площадью до 0,2 м2, имеющие по всему периметру отогнутые кромки высотой 10—15 мм.
    • Узлы и детали сложной конфигурации, состоящие из сварных, паяных и клепаных узлов из полосовой стали, фермы из труб и уголков, узкие длинные детали шириной не более 50 мм, трубки любой формы диаметром до 80 мм, независимо от размеров окрашиваемой поверхности.
    • Узлы и детали, имеющие цилиндрические или конические поверхности с большим числом ребер, пазов, приливов и отверстий, глубокие полости с площадью окрашиваемой поверхности более 0,2 м2
    • Крупные узлы и агрегаты в виде сложных конструкций из тавровых и двутавровых балок, уголков, при окраске которых доступ к окрашиваемой поверхности затруднен.
  4. Детали и узлы особо сложной конфигурации с малой площадью окраски и высокими требованиями к декоративной отделке.

Пневматическое распыление

Около 70% выпускаемых лакокрасочных материалов наносят этим методом. Пневматическое распыление применяют без нагрева (основной способ) и с нагревом.

Распылением без нагрева можно наносить лакокрасочные материалы на основе почти всех видов пленкообразующих. Он применяется при окраске изделий всех групп сложности (за исключением изделий с внутренними полостями). Получаемые покрытия по внешнему виду относятся к 1 классу.
К недостаткам метода относятся: потери на туманообразование от 20 до 40% (в отдельных случаях и более) и, как следствие, значительный удельный, расход лакокрасочных материалов; необходимость применения специальных окрасочных камер с устройствами для вытяжки и очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха, загрязненного красочным туманом; дороговизна их эксплуатации; большие расходы растворителей для разведения красок до рабочей вязкости.
Установка пневматического распыления состоит из передвижного компрессора (если нет общей централизованной линии сжатого воздуха), масловлагоотделителя, красконагнетательного бака с редуктором и перемешивающим устройством, шлангов для подачи сжатого воздуха и краски, краскораспылителя.

Нанесение лакокрасочных материалов

При нагреве лакокрасочных материалов снижается их вязкость и поверхностное натяжение, что позволяет распылять вязкие материалы без дополнительного разведения растворителями. Степень падения вязкости зависит преимущественно от пленкообразующего, входящего в состав материала, который подвергают нагреву. Поэтому для отдельных групп лакокрасочных материалов рекомендуются различные оптимальные исходные вязкости.
При этом материал не охлаждается ниже температуры рабочего помещения в отличие от распыления без нагрева, при котором температура факела около окрашиваемого изделия на 10—15° С ниже исходной температуры распыляемого материала.

По сравнению с распылением без нагрева этот метод имеет следующие преимущества:

  • возможность применения материалов с высокой вязкостью и повышенным содержанием сухого остатка;
  • уменьшение расхода растворителей: для нитроцеллюлозных материалов до 30%; для масляных, глифталевых, пентафталевых, мочевино- и меламиноалкидных до 40%;
  • сокращение числа слоев за счет увеличения их толщины и повышения укрывистости;
  • повышение производительности за счет уменьшения числа наносимых слоев;
  • снижение потерь на туманообразование вследствие уменьшенного содержания растворителя в лакокрасочном материале и сокращения времени распыления.

Кроме того, повышается качество покрытий, что обусловлено следующими причинами: подогретый лакокрасочный материал, наносимый толстым слоем, имеет лучшую текучесть; увеличивается глянец покрытия и устраняется возможность «побеления» пленки, так как на ней не конденсируется влага.
Для распыления с нагревом применяют лакокрасочные материалы, которые при подогреве до определенной температуры не подвергаются химическим изменениям, хорошо распыляются и образуют покрытия высокого качества.
К таким материалам относятся битумные лаки, глифталевые, нитроцеллюлозные, нитроглифталевые лаки и эмали, меламиноалкидные, мочевинные, нитроэпоксидные и перхлорвиниловые эмали.
По коррозионной стойкости и физико-механическим свойствам покрытия, изготовленные с предварительным подогревом лакокрасочного материала, при одинаковой толщине пленки не уступают покрытиям из тех же материалов, нанесенных без подогрева и разведенных растворителем до рабочей вязкости.

При повышении температуры может ускориться испарение растворителя из лакокрасочного материала и вызвать образование шагрени на покрытии. Такой же дефект возможен при неправильном подборе состава летучей части лакокрасочного материала.

Распыление под высоким давлением (безвоздушное распыление)

Для окраски распылением с нагревом лакокрасочные материалы нагревают до 40—100° С и специальным насосом подают к распылительному устройству под давлением 40—100 кгс/см2. При нагреве снижается поверхностное натяжение и вязкость лакокрасочного материала, а в сочетании с высоким давлением обеспечивается возможность распылять лакокрасочные материалы значительной вязкости. Факел распыления формируется за счет перепада давления при выходе лакокрасочного материала из сопла распылителя и последующего мгновенного испарения части нагретого растворителя, сопровождающегося значительным его расширением. Качество получаемого покрытия зависит от вязкости, давления, температуры нагрева и состава растворителей лакокрасочного материала, а также от конструкции распыляющего устройства. При окраске этим методом обычно получают покрытия 2 класса (по внешнему виду) и лишь в отдельных случаях — 1 класса. Возможна окраска изделий простой, средней и сложной конфигурации. Потери лакокрасочного материала составляют 5—12%.

По сравнению с окраской пневматическим распылением этот метод имеет следующие преимущества:
1) за счет большей плотности и меньшей зоны разброса факела потери на туманообразование сокращаются на 20—35%;
2) сокращается расход растворителей, требуемых для разбавления до рабочей вязкости, для большинства групп лакокрасочных материалов на 15—25%, так как распыляются более вязкие материалы;
3) создается возможность окраски крупногабаритных изделий вне распылительных камер при наличии местной вытяжной вентиляции;
4) сокращается цикл окраски благодаря возможности увеличения толщины слоя покрытия до 40—60 мкм и уменьшения в связи с этим числа слоев.
Недостатки метода:
1) трудность окраски изделий сложной конфигурации;
2) увеличение потерь лакокрасочного материала при окраске изделий сложной конфигурации за счет пролетания мимо изделия материала с большим содержанием сухого остатка;
3) невозможность распыления материалов, которые нельзя подвергать нагреву.
Метод рекомендуется для окраски средних, крупных и особо крупных изделий в серийном и единичном производстве.

Распылением под высоким давлением с нагревом можно наносить алкидные, меламиноалкидные, эпоксидные, перхлорвиниловые, алкидностирольные, нитроцеллюлозные, масляно-битумные лакокрасочные материалы с вязкостью от 20 до 80 с при 18—23° С. Можно наносить материалы с повышенной вязкостью 60—100 с. При нагреве вязкость снижается до 20—35 с. При испарении части растворителя (распыляющего агента) в факеле увеличивается сухой остаток лакокрасочного материала, что позволяет получать монолитные покрытия толщиной до 50—60 мкм за одну технологическую операцию. В случае неправильного выбора рецептуры летучей части лакокрасочный материал может при распылении распределяться в факеле неравномерно, а на изделие поступать с уменьшенным количеством растворителя и поэтому с плохим розливом.
Летучая часть рецептуры лакокрасочных материалов для распыления с нагревом должна состоять из нерастворителя (разбавителя), выполняющего функцию распыляющего агента, который испаряется из факела, и растворителя, остающегося в краске при достижении ею окрашиваемой поверхности, что позволяет обеспечить нормальный розлив лакокрасочного материала.
Температуру нагрева материала необходимо устанавливать с учетом температуры кипения распыляющего агента.
Решающую роль в выборе и оснащении схемы установки распыления с нагревом играет принятая скорость циркуляции лакокрасочного материала и его объем, а также точность приборов, регулирующих температурный режим. По конструктивным схемам установки бывают с одним нагнетательно-циркуляционным насосом и с двумя — нагнетательным и циркуляционным. Основным элементом всех установок является плунжерный насос двойного, дифференциального действия с пневматическим реже электрическим, приводом. Пневмонасосы вертикального и горизонтального исполнения работают от сети сжатого воздуха с давлением 3—6 кгс/см2. При отношении площадей плунжеров низкого и высокого давления, равном 1 : 16 и 1 : 20, можно получить давление лакокрасочного материала до 120 кгс/см2.
Установки выполняют передвижными и стационарными. Стационарные установки могут выполнять функции раздаточных станций для многопостовой системы окраски.

При окраске распылением под высоким давлением без нагрева лакокрасочный материал при 18—23° С подается к распылительному устройству под давлением 100—250 кгс/см2.
Распыление без нагрева имеет ряд преимуществ по сравнению с распылением с нагревом: 1) установки проще по конструкции, имеют меньший вес, проще в обслуживании; 2) ниже энергозатраты; 3) можно применять более широкий ассортимент лакокрасочных материалов.
Недостатки метода: 1) ниже получаемый класс покрытий по внешнему виду; 2) больше потери лакокрасочных материалов на туманообразование (на 10—15%).
Распыление без нагрева рекомендуется при грунтовании и окраске средних, крупных и особо крупных изделий с получением покрытий 3-2 класса по внешнему виду.
Методом распыления под высоким давлением без нагрева можно наносить все основные группы лакокрасочных материалов (по аналогии с пневматическим распылением) с рабочей вязкостью до 50 с по ВЗ-4 при 18—23° С и получать покрытия толщиной до 35—40 мкм за одну технологическую операцию. В отдельных случаях с понижением класса покрытия по внешнему виду можно распылять материалы с вязкостью до 150—180 с по ВЗ-4 при 18—23° С и получать покрытия толщиной 100—150 мкм (в основном для шпатлевочных материалов).

Нанесение лакокрасочных материалов

Установки распыления выполнены по одному, и тому же принципу и состоят из пневмонасоса высокого давления, распылителя с набором распыляющих устройств, шлангов высокого давления и бака для краски.
Имеются два типа установок, различающихся по компоновке узлов. Тип А — пневмонасос вертикальный погружной, закреплен на крышке бака для краски емкостью 20, 40 или 60 л. Установки передвижные, компактные. Тип Б — пневмонасос вертикальный, смонтирован отдельно от бака (переносной или передвижной).
Основой установок обоих типов является плунжерный насос двойного действия с пневмоприводом, работает от промышленной сети сжатого воздуха давлением 3—7 кгс/см2. При отношении площадей плунжеров, равном 1 : 24, 1 : 30,1 : 36,1 : 40, 1 : 44, можно получить рабочее давление лакокрасочного материала на выходе из установок 100— 250 кгс/см2.

Техническая характеристика распыляющих устройств для установок с нагревом и без нагрева

Сопло коническое, градусыСопло сферическое, ммУгол клинообразной щели, градусыРазмеры выходного отверстия сопла, ммДиаметр ускорителя, ммРасход лакокрасочного материала г/минШирина окрасочного факела, мм
45350,22Х0,400,4250150
60350,14X0,350,4200100
0.25500,15X0,300,3200100
0.25500,25X0,350,3400200
0.40350,22Х0,340,4300100
0.40350,24X0,400,4400150
0.50200,25X0,950,5600400
0.50200,30Х1,000,61000500
0.50500,50Х1,100,82000500
1.00350,22×0,710,5600250
1.00350,27X0,880,6800300
1.00350,32X0,980,71200400
1.00350,40х1,000,81200500

Аэрозольное распыление

Нанесение лакокрасочных материалов

В аэрозольном баллончике находится смесь лакокрасочного материала и распыляющего вещества (пропеллента) в жидкой фазе; пространство над жидкой смесью заполнено парами пропеллента, оказывающими постоянное давление на смесь.

При открывании распыляющего клапана смесь под давлением паров выдавливается через сифонную трубку и, проходя через сопло, распыляется вследствие перепада давления и испарения пропеллента, образуя лакокрасочный факел. Основным условием распыления является совместимость лакокрасочного материала и пропеллента, давление насыщенного пара которого в интервале применяемых температур превышает атмосферное давление.

В среднем рабочее давление пропеллента в аэрозольном баллончике равно 3—3,5 кгс/см2.
Эффективность распыления зависит от выбора пропеллента, в качестве которого применяют фторхлорпроизводные простейших алифатических углеводородов, главным образом, метана и этана (фреоны), реже углекислоту, азот и др.
Фреоны представляют собой инертные, без запаха, нетоксичные, низкокипящие жидкости; некоторые из них хорошо совмещаются с лакокрасочными материалами.

В связи с тем, что для распыления используют смеси фреонов с давлением до 3,5 кгс/см2, баллончики изготовляют из жести, легкого металла, пластмассы или стекла. Корпус баллончика имеет цилиндрическую форму. Внутреннюю поверхность баллончика защищают лаками

(например, на основе эпоксидных, виниловых смол) от агрессивного воздействия аэрозольной смеси. Стеклянные баллончики с целью безопасности (возможен разрыв стеклянных стенок) защищают снаружи пластизолями.
Фреоны обладают исключительной текучестью, поэтому аэрозольные баллончики должны иметь надежную герметизацию швов и клапанных распылительных устройств. В качестве сопла применяют металлические калиброванные шайбы (вставки) диаметром 0,2—0,5 мм.
Существует два основных способа наполнения аэрозольных баллончиков фреонами: холодное и под давлением. В первом случае баллончик наполняют при температуре, несколько меньшей температуры кипения смеси. В пустой баллончик вводят лакокрасочный материал, а затем через холодильник подают жидкий фреон, после чего закрепляют герметизирующий клапан.

При наполнении под давлением фреоны подают при температуре окружающего воздуха и через закрепленные герметизирующие клапанные устройства вводят в баллончик с лакокрасочным материалом. В обоих случаях заполнение идет через дозаторы или по весу. Количество лакокрасочного материала в баллончике составляет в среднем 50% веса аэрозольной смеси. Как правило, баллончик заполняют аэрозольной смесью на 90—95%, остальной объем занимает газовая фаза пропеллента (фреона). Постоянное давление газовой фазы сохраняется до полного его опустошения.
С помощью баллончика емкостью 0,5 л (240 г лакокрасочного материала и 240 г смеси фреонов) можно окрасить пентафталиевой эмалью поверхность 2,0—2,2 м2 при толщине покрытия до 15 мкм.
При нанесении аэрозольных смесей возможны следующие дефекты:

  1. Вспенивание на поверхности покрытия, белые пятна. Необходимо увеличить расстояние между соплом и изделием, так как до поверхности долетает много фреона, или уменьшить соотношение фреонов и лакокрасочного материала.
  2. Плохое качество распыления, плохой розлив покрытия. Необходимо снизить давление в баллончике.
  3. Неудовлетворительный внешний вид покрытия. Неправильно выбран состав летучей части.

Аэрозольный метод нанесения эффективен в машиностроении, при ремонтных работах, нанесении трафаретов и надписей и других окрасочных операциях небольшого объема.

Струйный облив

Метод заключается в том, что изделие, окрашенное лакокрасочным материалом из сопел обливающего устройства (контура), помещают в атмосферу, содержащую контролируемое количество паров органических растворителей. Выдержка нанесенного слоя лакокрасочного материала в атмосфере паров растворителей позволяет замедлить процесс улетучивания из него растворителя в начальный момент формирования покрытия. Это дает возможность избыточному количеству лакокрасочного материала стечь с изделия, а оставшемуся — равномерно распределиться по поверхности.
Метод струйного облива применим для грунтования и окрашивания изделий различной конфигурации в серийном и массовом производстве, в особенности на автоматизированных окрасочных линиях. Окрашиваемое изделие не должно иметь глубоких «карманов», внутренних полостей, затрудняющих стекание излишка лакокрасочного материала. Большое значение имеет подвешивание детали на конвейере в положении, обеспечивающем наилучшее стекание. Конструкции подвесок должны быть простыми, с малой поверхностью во избежание больших потерь лакокрасочного материала.

Методом струйного облива можно наносить лакокрасочные материалы: алкидные, меламиноалкидные, мочевинные, битумные и др.; метод непригоден для нанесения материалов, быстровысыхающих, а также имеющих ограниченный срок годности или склонных к сильному пенообразованию. При струйном обливе можно автоматизировать процесс окраски изделий различных габаритов и конфигурации, увеличить производительность труда, сократить затраты на труд, повысить культуру производства, значительно улучшить санитарно-гигиенические условия труда, получить экономию лакокрасочных материалов за счет сокращения потерь на 25—30% по сравнению с пневматическим распылением.
По сравнению с окраской окунанием количество краски в системе требуется в 10 раз меньшее и потери сокращаются на 10—15%.
К недостаткам метода относятся: невозможность многоцветной окраски одного изделия; необходимость больших производственных площадей; повышенный расход растворителей.

Оптимальное положение изделия при окраске выбирают следующим образом: изделие подвешивают в свободном положении и окрашивают обливом; при этом устанавливают линии максимального стока лакокрасочного материала. На основании полученных результатов определяют положение изделия на конвейере при окраске и выбирают подвеску. Оптимальным считают такое положение изделия на конвейере, когда максимальное количество плоскостей его поверхности находится в положении, близком к вертикальному, а остальные плоскости — под углом 10—40° к горизонту. Струи в зоне облива рекомендуется направлять выше изделия на 100—150 мм с таким расчетом, чтобы ниспадающие струи попадали на трудно окрашиваемые участки изделия и минимально загрязняли подвеску. Выбор правильного направления струй дает возможность уменьшить количество сопел и обеспечивает хорошее окрашивание всей поверхности изделия. Нарушение технологических режимов окраски приводит к ухудшению внешнего вида покрытий и резкому увеличению потерь лакокрасочного материала и растворителя, что делает применение метода струйного облива нерациональным и неэкономичным, в особенности в сравнении с порошковой покраской металла.

Окрашивание методом окунания.

Преимуществами метода окунания являются: его простота, возможность легко механизировать весь процесс, незначительные затраты труда. Недостатки: возможность окраски изделий только сравнительно простой конфигурации (для обеспечения стока, исключения уноса лакокрасочного материала в «карманах» изделий); покрытия по внешнему виду уступают покрытиям, полученным методом распыления (неравномерность пленки по толщине, подтеки, наплывы на острых кромках и т. д.); невозможность применения быстросохнущих лакокрасочных материалов.
Размеры ванн зависят от размеров изделий и организации производства. При массовом и крупносерийном производствах для транспортировки изделий могут применяться подвесные одноцепные конвейеры периодического и непрерывного действия и двухцепные штанговые конвейеры непрерывного действие.
При применении одноцепных конвейеров непрерывного действия ванны вытянуты в длину, так как трасса конвейера над ванной должна иметь спуск и подъем, а радиусы перегибов в вертикальной плоскости одноцепных конвейеров довольно значительны. Поэтому в некоторых случаях организуют окраску изделий на подвесных конвейерах периодического действия с автоматическим подъемом и опусканием ванны в период паузы, при этом ванны получаются минимальными и определяются только размерами изделия.

Ванны для крупных изделий имеют каркас, обшитый листовой сталью. Их оборудуют спускными и переливными трубами, устройствами для перемешивания лакокрасочных материалов, фильтрами и теплообменниками. Ванны и лотки для стола лакокрасочных материалов закрывают кожухом, оборудованным вытяжной вентиляцией. Перемешивание лакокрасочного материала должно осуществляться либо мешалками, либо насосной установкой. Перемешивание воздухом не рекомендуется, так как растворитель испаряется внутрь пузырьков воздуха и вместе с воздухом удаляется вытяжной вентиляцией, таким образом увеличиваются потери растворителя и изменяется вязкость лакокрасочного материала. Ванны емкостью больше 0,5 м3 должны быть снабжены устройствами для автоматического слива лакокрасочного материала в подземный резервуар. При повышении температуры в помещении выше допустимой слив должен осуществляться не более чем за 5 мин.
В нерабочее время ванны следует закрывать крышками или лакокрасочный материал спускать в подземный резервуар. Для перемешивания лакокрасочного материала применяют шестеренчатые, лопастные или вихревые насосы.
Установки для окунания должны быть снабжены устройствами для пожаротушения паром или углекислотой.

Окрашивание наливом.

Этим методом плоские изделия, перемешиваемые транспортером в горизонтальной плоскости, окрашиваются широкой, плоской струей лакокрасочного материала, вытекающего через щель желобообразной наливной головки. Ширина щели регулируется. Окрашивание производится автоматически, сокращаются потери лакокрасочного материала и расходы на вентиляцию (по сравнению с окрашиванием методом распыления, так как отсутствует туманообразование) производительность окрашивания высокая (до 2,0 м/с).
Лакокрасочный материал, не попавший на изделие, стекает в загрузочный бак, из которого шестеренчатым насосом снова перекачивается в наливные головки. Изделие проходит на расстоянии ~40 мм от щели.
Недостатки метода: возможность окрашивания только плоских изделий, необходимость более тщательной подготовки поверхности деревянных изделий (грунтование, порозаполнение и т. д.).

Окрашивание валками.

При вращении валка, нижняя часть которого погружена в ванну, лакокрасочный материал захватывается его поверхностью и через систему других валков переносится на изделие. Изделия можно окрашивать с одной или с двух сторон. Валками окрашиваются только плоские изделия: листовая сталь, фанера, металлическая лента и т. п.
Машины для лакирования валками высокопроизводительны, но применение их ограничивается небольшой номенклатурой изделий.

Окрашивание в барабанах.

В барабан загружают мелкие изделия и определенное количество лакокрасочного материала. При вращении барабана лакокрасочный материал равномерно распределяется по всей поверхности изделий, образуя ровное покрытие.
Количество лакокрасочного материала определяют экспериментально.
В барабанах окрашивают мелкие изделия: болты, крючки для одежды, пряжки и т. п. Барабаны могут быть разных объемов и иметь нагреватели для подсушки изделий. Пары растворителя выходят через отверстия в крышке барабана.