Технология производства и оборудование для нанесения и формирования покрытия. Классификация методов нанесения покрытий

а) Классификация методов нанесения полимерных покрытий.

Классификация методов нанесения полимерных покрытий основывается на выборе размеров покрываемых изделий, их конструктивных и технологических особенностях условия эксплуатации изделия, агрегатном состоянии материала покрытия, а также зависит от необходимой толщины полимерного слоя.

Основные методы нанесения полимерных покрытий можно классифицировать согласно схеме, показанной на рис. 11.

Нанесение полимерного покрытия осуществляется: на предварительно нагретую поверхность; на холодное изделие с последующим его нагревом; на изделие, прогреваемое в процессе нанесения покрытия.

В первом случаи, процесс нанесения покрытий, заключается в погружении предварительно нагретого изделия на определенное время в слой порошкового полимера. Частицы порошка, вступая в контакт с горячей поверхностью, расплавляются и образуют полимерное покрытие.

В общем, виде запас тепловой энергии изделия (Q) запишется

так:

где Qi - тепло, теряемое за время переноса изделия из нагревательного аппарата к аппарату напыления;

Q2 - тепло, необходимое для нагревания полимера до температуры плавления;

Q3 - тепло, необходимое для расплавления полимера;

Q4 - тепло, теряемое в окружающую среду;

СЬ - тепло, теряемое изделием в процессе остывания.

Запас тепловой энергии изделия можно записать и в другом виде:

где тизд - масса изделия;

Сизд - удельная теплоемкость материала изделия;

1ИХД- температура, которой достигло изделие в нагревательной установке;

toc - температура окружающей среды.

Классификация методов нанесения покрытий

Рис. 11. Классификация методов нанесения покрытий.

В процессе нанесения покрытия деталь охлаждается, при этом возникает градиент температуры по толщине, т.е. между серединой и поверхностью изделия. Чем интенсивнее отвод тепла к полимерному слою, тем больше градиент температуры.

На скорость передачи тепла от изделия к полимеру, влияет сопротивление границы раздела, которое зависит от наличия на поверхность изделия промежуточных пленок, от вязкости расплава полимера, дисперсного состава полимера, теплопроводимости полимера, толщины полимерного слоя.

Общий запас тепловой энергии не полностью характеризует способность изделия образовывать полимерный слой, т.к. при одинаковой массе, изделия могут иметь различные поверхности. Целесообразно при этом рассмотреть удельный запас тепла (q).

где FH3a - поверхность изделия;

шИЗд • Сизд / FH3fl= Кизд_ некоторая постоянная

Преимущества нанесения полимерных покрытий на предварительно нагретое изделие: получаемое изделия характеризуются равномерной толщиной полимерного слоя на всех участках покрываемой поверхности; полимерный материал подвергается минимальному температурному воздействию в ходе наплавки, что способствует сохранению исходных свойств материала.

Нанесение покрытия в псевдоожиженном слое и пневматическое напыление - является наиболее доступными методами при нанесении покрытия на предварительно нагретое изделие. Рассмотрим их технологию: пневматическое напыление покрытия заключается в напылении на поверхность предварительно нагретого изделия. Достоинства способа: высокая производительность, простота конструктивного исполнения, универсальность. К недостаткам можно отнести: предварительный нагрев изделия, большие потери распыляемого материала, невозможность получения покрытия с высокой равномерностью толщины пленки.

Все установки для пневматического напыления порошковых полимеров состоят из питателя и распыляющих головок. Питатель подает в распыляющую головку распылителя воздушно порошковую смесь, а посредством головки распылителя, порошок направляется на покрываемую поверхность. Головки распылителей по конструкции аналогичны пистолетам - краскораспылителям.

Получение покрытий из порошковых полимеров при нанесении их в псевдосжиженном слое, основано на способности неподвижного слоя порошка переходить во внешнем взвешенном (псевдосжиженном) состояние при воздействии на него восходящего потока газа. Сущность способа заключается в погружении предварительно нагретого изделия в псевдоожиженный слой наносимого материала. Псевдоожиженный порошковый полимер омывает поверхность изделия и оплавляется на нем образуя покрытие. Этот способ нанесения прост, не требует сложного оборудования, но имеет ряд недостатков: обязательный нагрев изделия, необходимость применения больших ванн, невозможность получения равномерных по величине покрытий.

Установки, применяемые для нанесения полимерных покрытий в псевдосжиженном слое, включают в себя устройство предварительного нагрева изделия, аппарат псевдоожиженного слоя - основной элемент установки и устройство для проведения последующей термообработки изделия.

Нанесение слоя полимера на холодные поверхности осуществляется различными способами. Окончательные формирования изделия с полимерным покрытием, как правило, производится при последовательном нагревании. Наибольшее распространение получили методы, использующие электростатическое поле. В их основе лежит явление взаимодействия заряженных частиц на покрываемые поверхности.

Нанесение порошковых полимерных покрытий в электрическом поле, относится к интенсивно развивающейся в последние годы области применения сильных электрических полей в промышленности. Технологический процесс получения покрытия заключается в сообщении заряда с частицами порошкового материала и в осаждении их под действием электрических сил из аэрозольного облака, окружающего изделие. Сформированное порошковое покрытие в результате термообработки превращается в сплошное монолитное покрытие.

При напылении в электрическом поле отсутствует предварительный нагрев изделия до температуры больше температуры плавления полимеров, что упрощает технологию и повышает качество покрытий благодаря более точному соблюдению режима полимеризации. Недостаток метода: невозможность получения тонкослойных (менее 50 мкм) покрытий, обладающих достаточной сплошностью.

Процесс формирования полимерного покрытия в электрическом слое может быть разбит на две основные стадии. Первая состоит в том, что частицы порошкового материала переводятся во взвешенное состояние потоком воздуха и этим же воздухом переносятся от распылительного устройства к изделию с участием электрического поля. На второй стадии в результате воздействия электрического поля на заряженные частицы, находящиеся вблизи изделия, происходит их осаждение на поверхность и формирование порошкового слоя на ней.

В настоящее время нашли применение два варианта устройства для нанесения порошковых полимерных покрытий в электрическом слое. В первом варианте основным элементом установок является ручной или стационарный распылитель. Порошковый материал, подхватываемый потоком воздуха в дозирующем устройстве, направляется распылителем к изделию, образуя аэрозольное облако вокруг него. Электрическое поле между распылителем и изделием создается при подаче напряжения на электроды распылителя и заземлении изделия, что является основным фактором, обеспечивающим осаждение заряженных частиц и формирование покрытия на изделии. Второй вариант устройства, представляет собой камеру с электрическим кипящим слоем, в которую помещается изделие. Камера содержит пористую перегородку, на которую насыпается полимерный материал, переведенный во взвешенное состояние избыточным давлением воздуха под пористой перегородкой. Частицы, находящиеся в вихревом движении в кипящем слое, получают заряд при контакте с высоковольтными электродами. Под действием электрического поля происходит осаждение частиц и формирование покрытия на изделие. Частицы полимера, являясь диэлектриками, сохраняют свой заряд в течение всего времени, необходимого для транспортировки в печь, последующей термообработки и превращения порошкового слоя в сплошное полимерное покрытие.

Если равномерный прогрев всего изделия невозможен, применяют методы, позволяющие вести зонный нагрев поверхности с одновременной ее обработкой струей полимерного порошка. Причем частицы полимера при контакте с поверхностью, как правило, представляют собой капли расплава, что позволяет наращивать покрытия значительной толщины.

Методы нанесения покрытий в процессе нагрева поверхности изделия отличаются принципом нагрева и аппаратурным наполнением.

Дадим описание двух наиболее распространенных методов - теплолучевое и газопламенное напыление. Сущность теплолучевого напыления состоит в том, что струя порошкового полимера подается в мощный поток светотепловых лучей, где частицы материала плавятся и с большими скоростями наносятся на зачищаемую поверхность, образуя покрытие.

В качестве нагревателя используются высокоэффективные лампы с йодным циклом типа НИК-200 (КИ-200) специально предназначенные для технологических процессов, связанных с нагревом и распылением. Для повышения производительности установки в одном агрегате можно использовать большое количество ламп.

Способ газопламенного напыления состоит в том, что частички полимера со скоростью 30 м/с, пропускаются через пламя газовой горелки, подвергаясь при этом кратковременному нагреву до температуры, достаточной для распыления наносимого полимера. Затем эти частицы ударяются с поверхностью изделия и сплавляются на ней, образуя сплошное покрытие. Изделие также предварительно нагревается до температуры плавления наносимого порошка.

Установка сочетает в себе основные элементы установки пневматического напыления и газостворочного аппарата. Окончательное оплавление порошка осуществляется пламенем горелки. Процесс газопламенного напыления осуществляется в ручную и дополнительными устройствами, поэтому он малопроизводителен и качество покрытия зависит от мастерства исполнителя.

б) Технология и оборудование для нанесения и формирования покрытий.

Технологический процесс нанесения полимерных порошковых красок включает в себя следующие стадии: подготовку поверхности изделия; подготовку порошкового материала; нанесение покрытия на изделие; формирование покрытия (оплавление, отвержение); контроль качества покрытия; иногда применяют предварительный нагрев изделия перед нанесением порошка.

Порошковые покрытия должны наноситься на готовые изделия, прошедшие механическую и термическую обработку. Перед поступлением изделия на операцию нанесения порошкового покрытия, на нем должны быть зачищены швы, наплывы, не должно быть трещин, прожогов, сняты неровности и т. д. Покрываемое изделие должно выдерживать технологический нагрев. Для качественного нанесения покрытия поверхность изделия должна быть чистой, сухой, без жировых и других загрязнений.

Подготовка порошкового материала определяется спецификой порошка и процесса напыления. Подготовка порошка сводится главным образом к контролю характеристик порошка на соответствие техническим условиям. Процесс напыления определяется выбранным способом напыления, видом и качеством изделий, подлежащих напылению, требованиями к покрытию и соответственно свойствами используемого порошкового материала. Заключительной стадией технологического процесса нанесения порошковых покрытий является термообработка покрытия (оплавление и отвержение). Для термопластичных полимеров, после нанесения порошка проводят дополнительное его оплавление, а для термореактивных - отвержение.

Для нагрева изделий используют в основном конвективный, индукционный и лучистый способы.

Конвективный способ нагрева состоит в обдуве покрытия изделия нагретым воздухом. Индукционный способ - это воздействие переменного электромагнитного поля разной частоты на покрытие. Чаще всего применяется для изделий из ферромагнитного материала. Лучистый нагрев (или терморадиационный способ) осуществляется путем передачи лучистой энергии, испускаемой нагретыми телами: лампами накаливания, трубчатыми электронагревателями.

Эффективным способом отвержения является УФ-излучение, которое инициирует реакцию полимеризации для ряда олигомеров и тем самым ускоряет отвержение покрытия. Также применяется радиационное отвержение покрытий. Основанное на ускорении реакции полимеризации материалов. Способных к химическим превращениям под воздействием ускоренных электронов.

Оборудование для нанесения порошковых полимерных покрытий по принципу организации производства можно разбить на две группы: поточные технологические линии; комплектные установки. Поточные технологические линии предназначены для нанесения покрытий при массовом и крупносерийном производстве деталей. Все технологические операции в производстве, как правило, выполняются в агрегатах, выстраиваемых в технологическую линию и объединенных замкнутым конвейером непрерывного или периодического действия. При постоянно действующем конвейере все технологические операции выполняются в процессе транспортировки деталей по соответствующему агрегату. При переменно действующем конвейере все технологические операции выполняются при его остановке.

По степени автоматизации поточные технологические линии могут быть: комплексно-автоматизированные; частично механизированные. Первые применяются, если технологические операции выполняются автоматически. Вторые - когда отдельные операции производятся вручную.

В данной работе, защитные покрытия на лампы наносились путем окунания ламп в полимерные растворы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >