Нанесение лакокрасочных материалов

Самым большим достижением в области подготовки поверхности алюминия за последние годы является разработка составов, не содержащих токсичных хроматов.

Пассивация составами на основе фторидных комплексов титана и циркония с добавкой полимеров формирует конверсионное покрытие на цинке и алюминии требуемого качества.

Тонкое бесцветное покрытие толщиной 10 − 40 нм содержит цирконий в количестве 10 − 35 мг/м2. Оно состоит из двух слоев. Нижний слой содержит только алюминий и кислород, верхний – фторциркониевые соединения и полимер, который концентрируется у внешней стороны.

Ускоренные климатические испытания алюминиевого профиля, подготовленного по этой технологии, и окрашенного полиэфирной краской гарантируют срок эксплуатации в открытой атмосфере до 14 лет.

Правильно подготовленная поверхность алюминия имеет хорошую адгезию к порошковому покрытию. Конверсионное покрытие не должно удаляться ветошью.

Безвоздушный и комбинированный способы нанесения ЛКМ

Оба эти способа целесообразно рассмотреть вместе, поскольку общего между ними гораздо больше, чем различий.

Распылители. Механизм переноса

Образование дисперсии (аэрозоля)

Формирование формы факела

В безвоздушных и комбинированных распылителях формирование факела происходит по-разному. Собственно, именно в этом и заключается принципиальное различие этих двух способов распыления.

 Насосы для комбинированного распыления работают в диапазоне от 30 до 120 атм.

Насосы для безвоздушного распыления работают в диапазоне от 120 до 400 атм. и выше.

Эта характеристика влияет на производительность и на диапазон вязкостей лакокрасочных материалов, которые вы сможете наносить при помощи данного насоса. Принцип такой – чем выше вязкость материала, тем выше требуется давление.

Насосы, работающие от пневмопривода, устроены по принципу преобразования и преумножения давления сжатого воздуха в давление жидкости. Мощность такого насоса выражается в числовом виде. Например, если в характеристиках насоса вы видите цифры 30:1, значит, каждая атмосфера сжатого воздуха преобразуется в тридцать атмосфер жидкости (ЛКМ). Например, максимальное давление в пневмосистеме, обычно составляет 6-7 атмосфер, соответственно, у насоса с соотношением 30:1 максимальное давление составит 180-210 атмосфер.

При выборе насоса с пневмоприводом следует также учитывать, что при давлении воздуха ниже 1,2 атмосфер такие насосы работают не стабильно и даже останавливаются, а при давлении, приближенном к 6-7 атмосферам работают с перегрузкой, резко сокращающей ресурс не только самого насоса, но и распылителя. Оптимальным рабочим давлением воздуха для насосных приводов является диапазон от 1,5 до 5 атмосфер. Помножив эти значения на мощность конкретного насоса, получим реальный рабочий диапазон давлений ЛКМ для данного насоса. Например, для того же насоса с соотношением 30:1, рабочее давление ЛКМ будет лежать в диапазоне от 45 до 150 атмосфер.

Производительность

 Распылитель (пистолет) для безвоздушного распыления

Характеристики распылителя зависят от конструкции форсунки, а значит, и выбор безвоздушного распылителя условно можно свести к выбору форсунки.

Основными характеристиками форсунки являются диаметр материального канала, и глубина щелевидного пропила (Рис. 1).

Рис. 1

Строение форсунки

для безвоздушного и комбинированного распылителя

   Диаметр форсунки

Эта характеристика зависит от вязкости материала и влияет на производительность распылителя. Чем больше диаметр форсунки, тем более вязкий материал можно нанести и тем выше производительность распылителя.

Ширина раскрытия факела

Как уже упоминалось выше, ширина раскрытия факела на безвоздушном распылителе не регулируется и зависит только от конструкции форсунки. Подбирая необходимую ширину факела, следует идти по пути подбора соответствующей форсунки. Конструктивно ширина факела зависит от глубины щелевидного пропила в головке форсунки (Рис. 2). Чем глубже пропил – тем шире факел. 

Рис. 2

Форсунка в разрезе

Электростатическая окраска

Образование дисперсии                                                                                                                               Образование дисперсии ЛКМ происходит в зависимости от разновидности рассматриваемого метода, а именно:

·        воздействия на материал потока сжатого воздуха (пневматическое электростатическое распыление);

·        прохождения материала под высоким давлением через щелевидное сопло (безвоздушное и комбинированное электростатическое распыление);

·        распыления материала под воздействием центробежных сил (электростатическое распыление чашечными дисковыми распылителями).

Формирование факела

Окрасочный факел формируется за счет взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц ЛКМ. Кроме того, силы электростатического поля направляют движение заряженных частиц ЛКМ, препятствуя образованию красочного тумана, и способствуют повышению коэффициента переноса материала на окрашиваемое изделие до 70—98% (рис. 4).

Рис. 4. Электростатическое поле направляет движение частиц ЛКМ,

препятствуя образованию красочного тумана:

а — традиционное распыление;

б — электростатическое распыление

Особенности и ограничения метода

Как отмечалось выше, главной отличительной чертой электростатической окраски является наличие в системе высокого напряжения, а главное преимущество метода состоит в высоком переносе материала на изделие, достигающем 70—98% (рис. 5).

Рис. 5. Окраска в электростатическом поле

обеспечивает наибольшую эффективность

переноса материала на изделие:

1 — традиционное пневмораспыление; 2—безвоздушное распыление;

3—комбинированное распыление; 4—пневмораспыление HVLP;

5—электростатическое распыление; 6—электростатическое комбинированное распыление;

7—электростатическое распыление дисковыми высокооборотными краскораспылителями;

8— электростатическое распыление чашечными низкооборотными краскораспылителями.

Применение

Технологии нанесения ЛКМ в электростатическом поле совершенствуются на протяжении более полувека. В настоящее время электростатическая окраска – самый экономичный из методов распыления, обеспечивающий получение высококачественного лакокрасочного покрытия при максимальном переносе ЛКМ на окрашиваемое изделие и значительном снижении затрат на переработку отходов ЛКМ. В зависимости от типа применяемого окрасочного оборудования этот метод окраски может использоваться как в условиях массового и серийного производства, так и при мелкосерийном и единичном производстве изделий. 

Оценка качества лакокрасочных материалов

Хороший специалист должен уметь определять качество тех материалов, которыми он пользуется.

Своевременное обнаружение некачественной краски, грунта или другого материала сбережет много сил и средств. 
Определение вязкости. Вязкость характеризует качество лакокрасочных материалов с точки зрения их использования. Вязкость считается удовлетворительной, если она не создает затруднений при определенном способе пользования продукцией. Высокая вязкость затрудняет применение лакокрасочных материалов, так как слишком вязкие материалы с трудом проходят, или даже совсем не проходят, через сопло распылителя и не могут быть распределены ровным слоем по поверхности окрашиваемого изделия. При слишком низкой вязкости лакокрасочные материалы стекают с окрашиваемых вертикальных или наклонных поверхностей, оставляя на верхней части слишком тонкий слой материала и образуя натеки в нижней части. Ровную пленку, имеющую одинаковую толщину по всей поверхности, удается получить только при использовании лакокрасочных материалов, обладающих оптимальной вязкостью. 
В действующих стандартах и технических условиях на лакокрасочные материалы нормирован показатель вязкости в условных единицах. Условная вязкость это продолжительность истечения (в секундах) определенного объема жидкого продукта через калиброванное сопло принятого диаметра при 20 °С или другой регламентированной температуре. 
Наиболее распространено определение, условной вязкости по вискозиметрам. Прибор представляет собой дюралюминиевый или пластмассовый цилиндрический сосуд, переходящий в полый конус. Верхний край цилиндрической части имеет желоб для слива избытка испытуемого материала. Коническая часть заканчивается соплом (диаметр 4±0,02 мм, высота 4±0,02 мм) из нержавеющей стали. Емкость вискозиметров ВЗ-4 равняется 100±0,5 мл. В комплект вискозиметра входит еще два сопла, диаметром 2 и 6 мм. 
Испытуемый материал перед определением вязкости тщательно перемешивают, доводят до температуры 20±2°С и оставляют для выхода пузырьков воздуха на 5— 10 мин. 
Вискозиметр устанавливают на штативе, отверстие сопла закрывают шариковым клапаном (или пальцем) и заполняют сосуд испытуемым материалом вровень с краями. Избыток стекает в боковой желоб. Пузырькам воздуха, находящимся в жидкости, дают подняться на поверхность, пену сдвигают линейкой или стеклянной палочкой в желоб. Под вискозиметр подставляют приемный сосуд, после чего поднимают шариковый клапан (или отнимают палец от сопла), пуская одновременно секундомер. По прекращении истечения непрерывной струи материала секундомер останавливают. Время истечения определяют с точностью до 0,2 с. За условную вязкость в 
секундах, определенную по вискозиметру, принимают среднее арифметическое значение трех параллельных измерений времени истечения испытуемого материала. Вязкость вычисляют по формуле 
X = tk, 
где t — среднее арифметическое значение времени истечения испытуемого материала, с; к — поправочный коэффициент вискозиметра. 
Допускаемые отклонения отдельных измерений времени истечения от среднего значения не должны превышать ±2,5%. Поправочный коэффициент (к) указывается в паспорте на вискозиметр и на его бирке и должен быть в пределах от 0,9 до 1,1. 
После окончания работы вискозиметр промывают соответствующим растворителем и тщательно вытирают мягким материалом. Особое внимание должно быть обращено на чистоту сопла. 
Определение укрывистости. Укрывистость важный показатель. Главным образом он зависит от типа пигмента, входящего в лакокрасочный материал, и его дисперсности (перетира). Как правило, черные лакокрасочные материалы, содержащие сажу, имеют хорошую укрывистость, а белые материалы — наоборот. 
Количественно укрывистость выражают массой краски в граммах, необходимой, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности площадью в 1 м2. 
Чаще укрывистость определяется по шахматной доске. Для определения укрывистости этим способом применяют пластину размером 90×120 мм из фотостекла и шахматную доску, разбитую на 12 черных и белых квадратов. Размер шахматной доски 90×120 мм. Практически — Далее делается так. 
Лакокрасочный материал разбавляют до рабочей вязкости. Стеклянную пластину, взвешенную с погрешностью 0,0002 г, ставят на шахматную доску и наносят один i или два слоя лакокрасочного материала. Если квадраты : шахматной доски просвечиваются, то наносят следующий слой, пока разница между черными и белыми квадратами шахматной доски окончательно не исчезнет. Лакокрасочный материал должен наноситься равномерным слоем без потеков и посторонних включений, иначе будут получены искаженные результаты. Затем пластинку сушат в сушильном шкафу и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г. 
Определение розлива (растекаемости). Под розливом понимают способность лакокрасочного материала после ] нанесения на подложку растекаться с образованием ровного поверхностного слоя. 
Стандарт устанавливает два метода определения розлива. Первый метод применяют для определения розлива лакокрасочных материалов, наносимых распылением. В этом случае розлив оценивают по шагрени и наличию потеков. Наличие потеков определяют визуально, сравнением с утвержденным образцом, а шагрень — визуальным методом сравнения с эталоном или измеряют на профилографе и выражают в баллах от 1 до 5. Второй метод применяют для определения розлива лакокрасочных ! материалов, наносимых кистью. В этом случае оценку производят в сравнении со шкалой розлива и выражают степенью от 0 до 10.

Для определения розлива по второму методу изготовляют прибор из инструментальной стали для нанесения пяти пар параллельных полос лакокрасочного мате- { риала на стеклянную пластинку из фотостекла размером 100×200 мм. Размеры канавок и ширина выступов прибора 
определены стандартом. Прибор устанавливают на стеклянную пластинку, наносят лакокрасочный материал и перемещают его вдоль направляющей стекла, нанося параллельные полосы. Розлив испытуемого лакокрасочного материала определяют количеством слившихся пар параллельных полос материала, нанесенного на пластинку, и сопоставлением с соответствующей степенью по шкале розлива. Розлив считается хорошим при полном слиянии пяти пар полос (степень 10); плохим — если все полосы разъединены (степень 0). 
Определение адгезии покрытий. Для определения адгезии используют два метода: решетчатого надреза и параллельных надрезов. При определении адгезии методом решетчатых надрезов на испытуемом покрытии делают не менее пяти параллельных надрезов до подложки бритвенным лезвием или скальпелем по линейке или шаблону на расстоянии 1—2 мм друг от друга и столько же аналогичных надрезов перпендикулярно первым. В результате на покрытии образуется стандартная решетка из квадратов одинакового размера, 1×1 мм — для покрытий толщиной менее 60 мкм, или 2×2 мм — для покрытий более 60 мкм. 
Поверхность покрытия после нанесения решетки очищают кистью от отслоившихся кусочков пленки и оценивают адгезию покрытия по четырех балльной шкале. 
Для покрытий, обладающих высокой адгезией (более единицы по методу решетчатых надрезов), применяют метод параллельных надрезов, с целью более точной оценки ее. На покрытии делают не менее пяти параллельных надрезов до подложки бритвенным лезвием или скальпелем по линейке или шаблону на расстоянии 1— 2 мм друг от друга. Перпендикулярно надрезам накладывают полоску липкой полиэтиленовой ленты размером 10х100 мм, оставляя один конец полоски не приклеенным. 
Быстрым движением ленту отрывают перпендикулярно от покрытия. 
Определение твердости покрытий. Чаше всего твердость покрытия, высушенного до требуемой степени, определяют на маятниковых приборах и выражают десяточной дробью, являющейся отношением времени качания двух шариков маятника на поверхности покрытия, нанесенного на стеклянную поверхность, ко времени качания маятника на поверхности непокрытой стеклянной пластинки. 
Для определения твердости покрытий применяют маятниковый прибор типа МЭ-3 (для определения твердости покрытия при 20—200°С) и маятниковый прибор типа М-3 (для определения твердости покрытий при 20+ ГС). На пластинку из фотостекла наносят испытуемый лакокрасочный материал, затем его высушивают в соответствии с требованиями технических условий. Перед началом работы производят проверку маятникового прибора по «стеклянному числу» — времени затухания колебаний маятника, точки которого лежат на пластинке из фотостекла от 5 до 2°. Пластинку помещают на столик прибора. «Стеклянное число» должно быть 440 ±6 с. 
Твердость (X) в условных единицах вычисляют по формуле 
X = t/t2, * 
где t — время затухания колебаний маятника от 5 до 2° на испытуемом лакокрасочном покрытии, с; t2 — время затухания колебаний маятника от 5 до 2° на пластинке из фотостекла («стеклянное число»), с. За результат испытания принимают среднее арифметическое из двух измерений, расхождение между результатами которых не должно превышать 3%. Твердость, 
измеренная этим методом, указывается в ГОСТах и технических условиях на все эмали, выпускаемые отечественной промышленностью. 
В настоящее время для измерения твердости всего комплекса лакокрасочного покрытия на готовом изделии, а также для отдельных лакокрасочных материалов применяют метод определения твердости с помощью карандашей. Поверхность пленки царапают остро заточенными карандашами различной твердости. Твердость пленки выражают максимальной твердостью карандаша, не оставляющего на пленке видимого следа царапины. Этот метод считается очень чувствительным, и воспроизводимым при условии, если применяемые при замерах карандаши выпускаются со стабильной твердостью определенным предприятием. 
Определение эластичности покрытий. Для испытания лакокрасочных пленок на эластичность применяют: метод изгиба покрытия на шкале гибкости (ШГ) и метод с использованием пресса Эриксена. На результаты испытаний влияют толщина покрытия, температура помещения, продолжительность изгибания пластинки, поэтому эти параметры должны быть регламентированы. 
Наиболее простым методом является изгибание пленки вокруг металлических стержней различных диаметров до появления трещин. Метод основан на определении минимального диаметра стержня, изгибание на котором окрашенной металлической пластинки не вызывает механического разрушения лакокрасочного покрытия. 
На пластинку из жести, очищенную от окалины и обезжиренную уайт-спиритом, наносят испытуемый материал, по способу, указанному в технических условиях. После высыхания пленки пластинку плотно прижимают к стержню и изгибают пленкой вверх на 180° вокруг 
стержня диаметром 20 мм. Изгибание производят плавно в течение 2—3 с. Если после изгибания на пленке не образуются трещины и отслаивание, производят изгибание пластинки в другом месте, вокруг стержня диаметром 15 мм; затем в новом месте, вокруг стержня диаметром 10 мм, и так до тех пор, пока на пленке не будут обнаружены трещины или отслаивание, видимые в лупу четырехкратного увеличения. 
Прочность пленки при изгибе выражается минимальным диаметром стержня, при котором лакокрасочное покрытие осталось неповрежденным. Определение прочности лакокрасочных пленок на изгиб производится с помощью прибора ШГ-5. 
Испытание эластичности по Эриксену заключается в постоянном вдавливании в металлическую пластину с лакокрасочным покрытием шаровидного пуансона. Эластичность покрытия в данном случае определяется степенью растяжения пленки лакокрасочного материала, нанесенного на металл. Критерием эластичности считается глубина вытяжки подложки (в мм), при которой происходит разрыв пленки на наружной стороне пластины. Если пленки очень эластичные, пластины часто разрушаются раньше самой пленки. 
Определение прочности пленки при ударе. Этот показатель также характеризует эластичность покрытий при мгновенном приложении силы. Метод определения прочности пленок при ударе основан на деформации металлической пластины с нанесенным на нее лакокрасочным материалом при свободном падении груза на < пластинку. 
Для определения прочности пленки используют приборы У-1а и У-2. Прочность (Дж или кгс-см) пленки при ударе выражает максимальную высоту (см), с которой на 
пластину падает груз массой 1 кг при нормальном ускорении свободного падения, не вызывая при этом механических разрушений (трещин, смятия, отслаивания). За результат испытания принимают среднее арифметическое трех измерений, проводимых последовательно на разных участках образца. 
Определение толщины покрытий. Известны разные способы определения толщины как свободной пленки, так и покрытия на подложке — от простого измерения микрометром до применения сложных оптических и магнитных приборов. Наиболее распространено “определение толщины покрытий магнитными методами, так как они дают возможность определять толщину лакокрасочного покрытия на любом предмете (из ферромагнитных металлов) без нарушения целостности покрытия. 
Для измерения толщины лакокрасочных покрытий применяют измеритель толщины ИТП-1. Принцип действия прибора основан на изменении силы притяжения магнита к ферромагнитной подложке в зависимости от толщины немагнитной пленки. Сила притяжения выражается удлинением пружины на передвижной шкале. Зависимость силы притяжения магнита от толщины пленки указывается в номограмме, предназначенной для перевода показаний шкалы измерителя. За результат измерения принимают среднее арифметическое 5 измерений. 
В последнее время разработано много различных, основанных на магнитном способе, приборов для определения толщины лакокрасочных покрытий. 
Определение степени блеска. Для установления класса покрытий определяют прежде всего блеск — различными методами и оптическими (фотометры) и фотоэлектрическими приборами. Сущность метода определения блеска лакокрасочных покрытий заключается в измерении 
фототока, возбуждаемого в фотоприемнике под действием пучка света, отраженного от поверхности испытуемого покрытия. Метод обеспечивает количественную оценку блеска покрытий. Блеск лакокрасочных покрытий выражают в процентах в соответствии с показаниями шкалы прибора. 
Измерение блеска лакокрасочных покрытий производят с помощью фотоэлектрического блескомера ФБ-2 или другого прибора этого типа, основанного на бескомпенсационной схеме, т. е. позволяющего отсчитывать результат испытания непосредственно по шкале прибора. 
Для измерения блеска лакокрасочных покрытий фотоэлектрическим методом в качестве подложки применяют стеклянные пластинки, подготовленные для нанесения лакокрасочных материалов. Минимальные размеры поверхности покрытий для замера блеска — 40×60 мм. Образцы лакокрасочных покрытий, подготовленные к замеру блеска, должны иметь ровную, гладкую и однородную поверхность, без припусков, потеков, морщин, посторонних включений и механических повреждений. Замеры производят на горизонтальной поверхности. Величину блеска образца определяют на различных участках его поверхности. 
Итак, для того чтобы покрасить кузов качественно, необходимо по возможности использовать материалы, которые соответствуют тем характеристикам и свойствам, которые предусмотрены стандартами.