Нанесение лакокрасочных материалов методом окунания и струйного облива. Суть методов, достоинства и недостатки

Сущность метода состоит в погружении окрашиваемых изделий в ванну, заполненную лакокрасочным материалом. Затем изделие извлекают из нее, выдерживают заданный промежуток времени над ванной или лотком для стока избытка материала с поверхности. Частными случаями окунания можно считать окраску протягиванием и нанесение покрытий во вращающихся барабанах. Окраска окунанием не требует сложного оборудования, высококвалифицированных кадров для обслуживания установок, процесс может быть полностью механизирован, одновременно осуществляется прокрашивание внешних и внутренних поверхностей.

К недостаткам метода относятся: окрашивание изделий только с гладкой поверхностью и обтекаемой формы и только в один цвет, значительная неравномерность и невысокое качество покрытий, невозможность нанесения толстых слоев и применения быстровысыхающих материалов вследствие образования потеков, использование в технологическом процессе значительного количества пожароопасных лакокрасочных материалов.

Наиболее пригодными для окраски методом окунания являются непигментированные или малопигментированные материалы горячей или длительной естественной сушки. В настоящее время для окрашивания таким способом все шире применяют водоразбавляемые лакокрасочные материалы.

Установки для окрашивания методом окунания относительно просты в конструктивном отношении. В простейшем случае, когда объем лакокрасочных работ невелик, а окрашиваемые изделия имеют небольшую массу и малые габаритные размеры, применяют ванны, в которые изделия погружают и извлекают вручную. В массовом и крупносерийном производстве изделия при окрашивании транспортируются на подвесных конвейерах – цепных однониточных и штанговых двухниточных. В первом случае имеется возможность перегиба трассы конвейера, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. При транспортировке на штанговом двухниточном конвейере его трасса может иметь изгиб только в вертикальной плоскости. Кроме стационарных, применяются ванны, автоматически поднимающиеся и опускающиеся в ритме движения конвейера по мере прохождения изделий над ними.

Метод окунания широко применяется при грунтовании, а также при окрашивании изделий, к декоративной отделке которых не предъявляются высокие требования. Для нормальной работы установок окунания необходим тщательный уход за ванной. Сточный лоток ванны и днище парового туннеля очищают от остатков материала ежедневно, ванну – два-три раза в месяц. Наплывы на нижних кромках изделий удаляют электростатическим способом, для чего над сточным лотком устанавливают положительно заряженную сетку из металла, которая стягивает избыток материала с перемещающихся на подвесном конвейере изделий, получивших отрицательный заряд.

При окрашивании длинномерных изделий постоянного сечения за счет специального конструктивного оформления ванны можно устранить один из основных недостатков метода окунания – неравномерность получаемого покрытия. Это достигается протягиванием окрашиваемого изделия после окунания через отверстие, форма и размеры которого соответствуют профилю поперечного его сечения. Нанесенное покрытие получается равномерным за счет удаления излишков материала резиновыми ограничительными шайбами.

Для окрашивания мелких изделий бытового и технического назначения применяют метод окрашивания во вращающихся барабанах. Изделия погружают в такой барабан через загрузочно-разгрузочное отверстие и заливают сверху необходимым количеством лакокрасочного материала. Барабан закрывают и приводят во вращение. При этом окрашиваемые детали трутся одна о другую, и материал равномерно распределяется по их поверхности. Вращение предотвращает склеивание деталей между собой. Для нанесения покрытий в барабанах лучше использовать быстровысыхающие лакокрасочные материалы, например, нитроцеллюлозные и спиртовые лаки и эмали.

Литература:

В.П. Лебедев, Р.Э. Калдма, В.Л. Авраменко. Справочник по противокоррозионным лакокрасочным покрытиям. //Харьков, 1988.

Метод погружения применяется для создания тонких пленок и нанесения покрытия. Технически метод основан на погружении подложки в емкость с материалом покрытия, после которого материал закрепляется на подложке и далее ему дается возможность стечь. Часть покрытия может быть удалена методом сушки или обогрева.

Этапы погружения (окунания)

Погружение может быть разделено на три основных этапа:

• Подложку погружают в раствор при постоянной скорости;
• Выдерживание подложки в растворе в неподвижном состоянии;
• Подложку вынимают с постоянной скоростью. Чем быстрее подложка вынимается из раствора, тем толще будет слой материала на подложке.

Минусы и плюсы

Метод является довольно простым, ввиду чего его легко автоматизировать. Толщина пленки контролируется при помощи вязкости покрытия и скорости выхода из емкости. Емкости, применяемые в данном методе, могут быть различными по форме и размерам. Это позволяет наносить покрытия на более крупные подложки.
Одним из минусов является тот факт, что в нижней части пластины толщина пленки может быть больше, чем в верхней («клиновый эффект»). На краях подложки покрытие может стекать неравномерно, ввиду чего на краях покрытие будет более толстым. Так же пары растворителя могут уносить с собой частицы покрытия, ввиду чего оно становится неравномерным.

Краткая теория

Метод нанесения покрытия окунанием - процесс, в котором подложка погружается в жидкость, после чего извлекается при контролируемых условиях окружающей среды, что в конечном итоге приводит к нанесению покрытия. Толщина покрытия определяется скоростью подъема подложки, вязкостью жидкости и содержанием твердых компонентов. Если скорость подъема подложки подбирается с учетом того, что состояние системы будет находиться в Ньютоновском режиме, то толщина пленки может быть вычислена по уравнению Ландау-Левича .

h - толщина покрытия, η - вязкость

γ LV - поверхностное натяжение жидкость-пар, ρ - плотность

g - удельный вес

В работах Джеймса и Строубридж показано, что экспериментальные значения толщины кислотно-каталитического кремнозоля хорошо коррелируют с расчетными значениями. В методе погружения возникает интересный эффект: выбрав соответствующую вязкость, толщина покрытия может изменяться с высокой точностью от 20 нм до 50 мкм при сохранении высокого оптического качества. Схема процесса погружения изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Этапы процесса получения покрытия методом погружения: погружение подложки в раствор, образование мокрого слоя путем удаления подложки и преобразование слоя в гель путем выпаривания растворителя.

Если для покрытия выбраны реагирующие системы, например, как в случае с золь-гель покрытиями для которых используют алкоголяты или предварительно гидролизованные золи, то необходимо контролировать состояние окружающей среды. Окружающая среда оказывает влияние на испарение растворителя и может дестабилизировать этот процесс, что приводит к гелеобразованию и формированию прозрачной пленки из-за небольшого размера частиц золей (нм) . Это схематически изображено на рисунке 2.

Рисунок 2. Процесс гелеобразования в ходе нанесения покрытия методом погружения, полученного путем выпаривания растворителя и последующей дестабилизацией золя (Бринкер и др. )

Частицы золя стабилизируются поверхностными зарядами, ввиду чего необходимо рассматривать условия стабилизации Штерна . Согласно теории Штерна процесс гелеобразования можно объяснить приближением заряженной частицы на расстояние, при котором имеет место потенциал отталкивания. Данный потенциал приводит к очень быстрому гелеобразованию. Этот процесс протекает в точке гелеобразования, как показано на рисунке 2. Полученный гель подвергается термической обработке, причем температура спекания зависит от его состава. Однако из-за того, что частицы геля чрезвычайно малы, система характеризуется наличием избыточной энергии, ввиду чего в большинстве случаев наблюдается понижение температуры спекания по сравнению с системами сыпучих материалов. Тем не менее, следует учитывать тот факт, что щелочная диффузия в обычных стеклах, таких как, например, стекла, полученные из гашеной извести, начинается от нескольких сотен градусов Цельсия и, как показано, Банджем, щелочные ионы диффундируют в слой покрытия в ходе уплотнения. В большинстве случаев это не является весомым недостатком, так как улучшается адгезия слоя, но при расчетах оптических систем необходимо принимать во внимание влияние на показатель преломления.

Нанесение лакокрасочных материалов окунанием - простой и произ­водительный метод, который может быть с успехом применен как в механизированном, так и в немеханизированном производстве.

Сущность метода заключается в том, что отделываемые изделия погружают в ванну, заполненную лакокрасочным материалом, затем извлекают из ванны и выдерживают в течение определенного времени над ванной или лотком для стекания избытка лакокрасочного мате­риала с поверхности Качество и толщина покрытия определяются свойствами поверхности, а также химическими и структурно-механичес­кими характеристиками Наносимого материала.

Условием применения этого метода является простая, хорошо обте­каемая форма изделия, без внутренних гнезд и полостей, в которых могли бы задерживаться лакокрасочные материалы. Таким методом можно отделывать профильно-погонажные изделия, ножки стульев, столов, корпусных изделий, рукоятки ножей, инструментов, спиннин­гов, гнуто-клееные элементы диванов, кресел, детали сельхозмашин, вагонов, автомобилей и др.

Схема на­несения жидких материалов методом окунания на примере плоской пластины представлена схематически на рис. 4.13. При погружении скорость окунания деталей в ванну, однако, не должна быть большой, так как при быстром погружении деталь увлекает за собой воздух, который образует пузырьки на покрытии детали при ее извлечении из ванны.

При извлечении изделия из жидкости с постоянной скоростью v в увлекается не только слой адсорбированной жидкости; вследствие адгезии и внутреннего трения F движение будет передаваться парал­лельным слоям лака

При окунании в высыхающие жидкости, какими являются лакокра­сочные материалы, процесс усложняется непрерывным изменением вязкости нанесенного слоя, вследствие чего стекание его замедляется, а затем прекращается. Очевидно, что быстросохнущие лакокрасочные материалы при прочих условиях образуют более неравномерные и толс­тые покрытия, чем медленносохнущие.

Нанесение лакокрасочных материалов методом окунания может осуществляться в различных вариантах. В условиях, когда объем окра­сочных работ невелик, а окрашиваемые изделия имеют небольшие массу и габаритные размеры, применяют ванны, в которые изделия погружают и извлекают вручную.

Вязкость свежего лака должна быть 30 ... 40 с по ВЗ-246, вязкость лака в рабочей ванне в процессе работы 40 ... 70 с. Температуру лака в ванне необходимо поддерживать за счет охлаж­дения 16.. .20°С.

Отделка изделий из древесины методом окунания имеет следующие преимущества: не требуется сложное оборудование, а также высококва­лифицированный персонал для обслуживания установок; возможность полного механизирования; одновременная отделка наружных и внут­ренних поверхностей большого числа различных изделий; практически отсутствие потерь лакокрасочных материалов; возможность создания покрытия с высокими показателями качества за одну технологическую операцию без облагораживания; совмещение операций грунтования и лакирования на одном и том же оборудовании.

К недостаткам метода могут быть отнесены возможность отделки изделий только обтекаемой формы без внутренних полостей и уступов; неравномерность покрытия по толщине; потребность создания специаль­ных условий повышения жизнеспособности реакционных систем; необ­ходимость больших объемов рабочих растворов лакокрасочных мате­риалов; потери растворителей с открытого зеркала ванны.

На изделие несложной формы без внутренних углов ЛКМ можно наносить методам струйного облива. Применяются медленно сохнущиеся ЛКМ (алкидные, меланиновые).Используют грунтовки, эмали, краски, лаки не используют.

Данный способ используют для отделки строительных изделий (окна, двери).

Схема установки струйного облива

I – входной тамбур, II – камера облива, III – паровой туннель.

1 – подвесной конвейер, 2 – изделие, 3 – воздушная завеса, 4- емкость с ЛКМ,

5 – насос, 6 – трубопровод для подачи ЛКМ, 7 – стек для ЛКМ.

В поровом туннели сушка не происходит, а наоборот происходит разжижение ЛКМ, для стека лишнего ЛКМ.

Применяется при отделке изделий обтекаемой формы:ножек стульев, шкафов, буфетов.Сущность: изделия погружают в емкость, наполненную ЛКМ, а затем после непродолжительной выдержки в ней извлекают и выдерживают до окончательного стекания излишков ЛКМ. Излишки собираются в специальные емкости после очистки и разведения растворителем до раб.вязкости повторно используется. Качество отделки зависит от:скорости погружения и извлечения детали, вязкость и тем-ра ЛКМ, сухого остатока ЛКМ, формы детали.

Рассматриваемый метод обдадает достоинствами:сокращаются потери ЛКМ(т.к. используются избытки после стекания)

Снижается кол-во наносимых слоев(использование ЛКМ вс большим сухим остатком), процесс отделки поддается автоматизации и механизации.

Недостаток- трудность получения покрытий равномерной толщины по высоте средних и крупных деталей, особенно длиной свыше 300 мм.