Нанесение отделочных материалов методом облива с помощью плоской струи имеет значительные преимущества по сравнению с нанесением пневматическим распылением: увеличивается производительность, снижаются потери отделочных материалов, сокращается время отделки в связи с возможностью применения высоковязких материалов, улучшаются условия труда за счет исключения туманообразования.
Нанесение отделочных материалов окунанием. Методом окунаний отделочные материалы наносят на объемные криволинейные детали, имеющие обтекаемую форму без внутренних углов, в которых мог бы задержаться отделочный материал, и точеные детали. Деталь погружают в ванну с отделочным материалом, извлекают из ванны, выдерживают для отекания отделочного материала, сушат. Излишки отделочного материала, стекающие с деталей, могут быть возвращены в ванну после очистки и разведения растворителем до рабочей вязкости.
Качество покрытия при отделке окунанием зависит от ряда факторов: вязкости отделочного материала, содержания в нем пленкообразующих, скорости погружения и извлечения деталей из ванны, температуры отделочного материала и деталей.
Для отделки окунанием применяют как специальные высоковязкие отделочные материалы, например лак ОД вязкостью 300-400 с по вискозиметру ВЗ-4 и с содержанием сухого остатка 42-45%, так и обычные отделочные материалы, например лак НЦ-221 вязкостью до 100 с и с содержанием сухого остатка до 24%.
Скорость погружения не оказывает существенного влияния на толщину получаемого покрытия, в то время как с увеличением скорости извлечения толщина покрытия увеличивается, а с уменьшением – соответственно уменьшается, так как с детали успевает стечь больше отделочного состава. При применении для отделки лака ОД оптимальная скорость погружения деталей в ванну составляет 0,2 м/мин, а скорость извлечения деталей из ванны 0,1 м/мин. При применении менее вязких лаков скорость погружения и извлечения деталей составляет в среднем 0,4 м/мин. При этих скоростях достигается равномерное смачивание всей детали составом, отсутствие пузырей на поверхности, достаточно равномерное покрытие по толщине, спокойное отекание излишков лака и необходимая толщина покрытия.
Предварительный подогрев деталей и высоковязких отделочных материалов до 60°С дает возможность получить более равномерное покрытие, предотвратить возникновение пузырей и снизить время сушки пленки.
После окунания лак должен равномерно распределиться по поверхности детали, его излишки должны стечь с нижней части детали. Если сразу после окунания деталь поместить в сушильную камеру с высокой температурой, на поверхности образуются потеки, пузыри, а снизу засыхают капли лака. Для лучшего растекания лака по поверхности после окунания детали можно поместить в камеру, заполненную парами растворителей. Это способствует образованию более равномерного покрытия по всей поверхности.
Установка для нанесения на детали отделочных материалов окунанием выполнена так. Корпус камеры изготовляется из стальных или алюминиевых листов, промежуток между которыми заполняют теплоизоляционным материалом. На двух противоположных стенках корпуса закреплены блоки, поддерживающие замкнутую движущую цепь. Теплый воздух нагнетается в камеру через воздуховоды, частичный выброс отработавшего воздуха в атмосферу происходит через воздуховод. На полу камеры расположены две ванны, одна из которых заполнена лаком, другая – раствором красителя. Детали подвешиваются к специальному устройству, состоящему из рамки с иглами, изготовленными из пружинной проволоки диаметром 5 мм и закрепленными в рамке. Рамка с помощью крючков подвешивается на тягу, шарнирно соединенную цепями.
Работа на установке производится следующим образом. В камеру закатывается ванна с раствором красителя. Затем рабочий включает привод и устанавливает необходимую скорость движения цепи (примерно 0,1 м/мин). Кладет на стол рамку иглами вверх и на каждую иглу накалывает деталь. Затем переворачивает рамку деталями вниз и подвешивает ее крючками на стяжку. Таким образом заполняются и подвешиваются все рамки.
Перемещаясь вниз, детали проходят через раствор красителя и при выходе из ванны поступают на сушку. После сушки детали отделывают лаком. Для этого вместо ванны с раствором красителя устанавливают ванну с лаком и сообщают цепи скорость движения, необходимую для отделки. Лакирование производят без снятия рамок со стяжек с промежуточным шлифованием детали вручную или без него.
Траекторию движения деталей в камере выбирают таким образом, чтобы краситель или лак при выходе деталей из ванны стекал обратно в ванну. При отделке деталей лаком марки ОД на детали наносят два слоя, лаком марки НЦ-221 – три-четыре слоя. Форма ванны для окунания должна обеспечивать свободное опускание и извлечение деталей.
В этой установке отделываемые детали погружаются и извлекаются из ванны с одинаковой скоростью, равной скорости движения цепи. Если необходимо при отделке погружать и извлекать из ванны детали с различными скоростями, то в конструкциях таких установок ванны с отделочным материалом надвигаются на детали, а затем опускаются.
Недостаток метода нанесения отделочных материалов окунанием – невозможность получить равномерное по толщине покрытие, так как с верхней части детали стекает большее количество отделочного материала, чем с нижней.
Основные дефекты, образующиеся при нанесении отделочных материалов окунанием, – потеки на нижней части детали и пузыри. Потеки образуются в результате высыхания покрытия до того, как стекут излишки отделочного материала. Уменьшить потеки можно, выдерживая детали при извлечении из ванны в строго определенном положении. Причина образования пузырей в покрытии – попадание воздуха в отделочный материал при погружении детали в ванну и выход воздуха из пор древесины. В целях устранения образования пузырей нужно, чтобы скорость погружения детали в ванну не превышала 0,2 м/мин. Перед окунанием целесообразно производить порозаполнение или нагревать детали.
Нанесение отделочных материалов вальцами. Вальцами отделочные материалы наносят на плоские поверхности деталей.
Лаконаносящие вальцы покрываются резиной, стойкой к действию растворителей, содержащихся в отделочном материале. Регулирование промежутка между дозирующими и наносящими вальцами и давления наносящего вальца на поверхность детали дает возможность наносить отделочный материал тонким слоем. За одно нанесение расходуется 40-60 г отделочного материала на квадратный метр отделываемой поверхности.
СУШКА ПОКРЫТИЙ
В процессе сушки жидкие отделочные покрытия отвердевают за счет сушильного агента (воздух, инфракрасные лучи и др.).
Различают сушку без принудительного воздействия сушильного агента при температуре воздуха 18-23°С и с принудительным воздействием сушильного агента. Существуют три основных вида сушки с принудительным воздействием сушильного агента: конвективная нагретым воздухом, терморадиационная инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами и аккумулированным теплом.
Отверждение покрытий в зависимости от применяемых отделочных материалов происходит за счет испарения из отделочного материала летучих растворителей либо совместного протекания процессов испарения летучих растворителей и химического превращения пленкообразователя отделочного материала в твердое вещество. В обоих случаях на продолжительность процесса оказывает влияние температура сушки. С повышением температуры не только увеличивается скорость испарения летучих растворителей, но и ускоряется протекание химических реакций. Нагрев отделочных покрытий, содержащих летучие растворители, – наиболее эффективное средство ускорения сушки.
Конвективная сушка. Сушильным агентом служит циркулирующий нагретый воздух, омывающий отделочное покрытие. Процесс высыхания покрытия начинается с наружных слоев и постепенно распространяется в глубь покрытия. В связи с этим в начальный период сушки на наружной поверхности покрытия образуется твердая пленка высыхающего отделочного материала, затормаживающая выход паров растворителя из нижележащего слоя покрытия. Указанное обстоятельство увеличивает продолжительность сушки и ухудшает качество покрытия, так как испаряющиеся растворители при выходе прорывают пленку, образуя в ней проколы, кратеры, пузыри. Во избежание этого предусматривается ступенчатая сушка: сначала покрытие сушат при пониженной температуре воздуха (период интенсивного испарения растворителей, когда улетучивается большая их часть), затем при повышенной (период сушки) и вновь при пониженной (период охлаждения). В зависимости от вида применяемого отделочного материала периоды сушки могут состоять из нескольких ступеней, в которых происходит постепенное (ступенчатое) повышение температуры. Охлаждение происходит либо при подаче охлажденного воздуха, либо выдерживанием в условиях цеха.
Конвективную сушку покрытий производят в тупиковых и проходных сушильных камерах. Тупиковые камеры представляют собой кабину, в которую через дверной проем закатывают тележки с готовыми изделиями или этажерки с деталями, покрытыми лакокрасочным материалом. После высыхания покрытий камеру выключают, тележки или этажерки выкатывают и разгружают, затем процесс повторяется. Сушильные тупиковые камеры применяют только на предприятиях с индивидуальным производством, а также в учебных мастерских.
Проходные камеры представляют собой туннель, внутри которого непрерывно или циклически по заданной программе передвигаются на подвесках, тележках, этажерках или конвейерах готовые изделия или детали, покрытые лакокрасочным материалом. Загрузка туннеля происходит в один проем, а выгрузка – в другой без выключения камеры. Проходные камеры применяют на всех предприятиях с серийно-массовым производством.
При сушке покрытий в камере циркулирует нагретый воздух, который, омывая покрытие, передает ему теплоту и удаляет пары растворителей. Продолжительность и температура сушки в зависимости от вида отделочного материала и толщины покрытия определяются режимами сушки. Конвективный способ сушки наиболее экономичен, поэтому он наиболее широко распространен.
Рассмотрим принцип работы трехсекционной сушильной тупиковой камеры для конвективной сушки покрытий. В каждую секцию камеры загружается тележка с готовым изделием или этажерка с деталями. Загрузка и выгрузка происходит через проем, закрываемый дверями. Корпус камеры изготовлен из стальных листов, промежуток между которыми заполнен теплоизоляционным материалом. Под камерой в полу расположены каналы для подачи подогретого воздуха в камеру. Вентилятор прогоняет воздух через калорифер. Нагретый воздух по нагнетательному воздуховоду нагнетается в секции камеры через щелевидные трубопроводы, установленные с одной стороны секций. Циркуляция воздуха внутри секции происходит в поперечном направлении, отсос воздуха – через отсасывающий канал. Поступающий в секции камеры воздух нагревает изделия и через всасывающий воздуховод снова засасывается вентилятором к калориферу. Частичный выброс отработанного воздуха в атмосферу происходит через выхлопной воздуховод.
Проходные камеры конвективной сушки покрытий с расположением готовых изделий и деталей на подвесках, тележках или этажерках изготовляют замкнутыми (кольцевыми), обеспечивающими непрерывный процесс сушки.
Внутри камеры по монорельсу с помощью пластинчатой цепи, приводимой в движение от электропривода, передвигаются тринадцать этажерок, на каждую из которых может быть загружено до 40 деталей шириной до 600 мм. Для удобства загрузки и выгрузки этажерки могут вращаться вокруг вертикальной оси. Камера имеет четыре зоны сушки: зону пониженной температуры воздуха, две зоны повышенной температуры и еще одну зону пониженной температуры (зона охлаждения). Воздух нагревается в калориферах и подается в камеру вентиляторами. Циркуляция воздуха внутри камеры поперечная. Загрузка и выгрузка деталей осуществляется в одном месте. Загазованный воздух отсасывается. Сушильные камеры с расположением деталей на этажерках имеют преимущество по сравнению с другими видами камер: они занимают меньше места при одинаковой производительности. Загрузка и выгрузка этажерок выполняются вручную.
Рассмотрим схему проходной камеры непрерывного действия конвективной камеры с расположением деталей на движущемся конвейере. Деталь с нанесенным на нее лакокрасочным материалом поступает по ленточному конвейеру в камеру ступенчатой сушки. Пройдя камеру, деталь опускается на нижний конвейер и по конвейерам движется в обратном направлении и охлаждается. Циркуляция воздуха внутри камеры происходит в поперечном направлении.
Терморадиационная сушка. При терморадиационной сушке сушильным агентом служат инфракрасные лучи, облучающие отделочное покрытие. В качестве источника инфракрасного излучения применяют светлые излучатели – электролампы накаливания, отличающиеся от обычных ламп накаливания алюминированной или серебряной колбой, и темные излучатели (трубчатые, панельные и др.), нагреваемые с помощью электрических спиралей, природного газа и др.
При инфракрасном нагреве сушка покрытий для различных отделочных материалов основана на их способности пропускать или поглощать инфракрасные лучи определенной длины. В обоих случаях образование твердой пленки высыхающего отделочного материала начинается снизу, на границе отделываемой поверхности и покрытия, поэтому образующиеся пары растворителей беспрепятственно удаляются из покрытия. При инфракрасном нагреве в сушильных камерах значительно нагревается воздух, что также способствует высыханию отделочных покрытий.
В последнее время нашли применение экономичные терморадиационные сушильные камеры с панельными сплошными излучателями, нагреваемыми горячим газом, полученным при сгорании природного газа или мазута. Схема терморадиационной сушильной камеры фирмы выглядит так.
В камере сжигается природный газ или мазут и нагревается воздух, поступающий от вентиляционно-калориферной установки. Нагретый воздух по каналу подается к панельному излучателю и нагревает его. Излучаемые излучателем инфракрасные лучи нагревают отделочное покрытие деталей, подаваемых в камеру конвейером. Охлажденный воздух возвращается в камеру, а заслонка служит для предотвращения попадания в камеру излишков свежего воздуха.
Сушильная камера пригодна для отверждения шпатлевок, порозаполнителей, грунтовок, нитроцеллюлозных, полиэфирных и полиуретановых лаков и эмалей. Температура в сушильной камере регулируется в широких пределах. Интенсивность инфракрасного нагрева можно изменять в зависимости от отделочного материала и отделываемой поверхности. Скорость подачи деталей регулируется в зависимости от применяемых отделочных материалов.
Продолжительность сушки инфракрасными лучами зависит от вида отделочного материала, свойств отделываемой поверхности и толщины покрытия, с увеличением которой продолжительность сушки возрастает.
Продолжительность сушки отделочных материалов, пропускающих инфракрасные лучи, зависит от эффективного нагрева отделываемой поверхности. В этом случае покрытие сохнет в основном за счет передачи ему теплоты от отделываемой поверхности, хорошо поглощающей инфракрасные лучи. Если инфракрасные лучи плохо поглощаются отделываемой поверхностью, но хорошо отделочными материалами, то теплота инфракрасных излучателей концентрируется в основном в покрытии. Продолжительность сушки в этом случае зависит от эффективного нагрева покрытия.
Сушка ультрафиолетовым облучением. Для сушки шпатлевок, грунтовок и лаков применяют сушильные камеры, в которых сушильным агентом являются ультрафиолетовые лучи с заданной длиной волн.
В обычном виде отделочные материалы не чувствительны к ультрафиолетовым лучам. Поэтому в них вместо инициаторов отверждения вводят специальные вещества, способные под действием ультрафиолетовых лучей вызывать реакцию полимеризации и, следовательно, отверждение отделочных материалов. Такие вещества, увеличивающие чувствительность материалов к свету, называют фотосенсибилизаторами (фотоинициаторами), а способ отверждения отделочных материалов, модифицированных фотоинициаторами, – фотохимическим.
Источником ультрафиолетового излучения являются ртутные кварцевые лампы низкого и высокого давления. Лампы низкого давления (люминесцентные) представляют собой стеклянные трубки различной длины, в торцы которых впаяны ножки, несущие на себе электроды. В трубку вводится небольшое количество ртути, создающее при нормальной температуре некоторое давление насыщающих ее паров, и инертный газ (аргон), облегчающий зажигание лампы. Лампы низкого давления работают при температуре окружающей среды 5-50 °С. Для сушки покрытий применяют лампы мощностью 40-80 Вт.
Лампы высокого давления излучают энергию вследствие возбуждения атомов ртути, содержащейся в трубке в виде паров. В таких лампах в процессе работы создается значительное давление, поэтому для изготовления трубок применяют механически прочное и тугоплавкое кварцевое стекло. Рабочая температура ламп высокого давления достигает 700 °С, в связи с чем они излучают не только ультрафиолетовые, но и инфракрасные лучи, которые могут оказывать нежелательное воздействие на отверждаемое покрытие (пузырение и др.). Поэтому лампы высокого давления в процессе работы охлаждают, помещая их в охлаждающую камеру за стеклянным экраном, в которую подается воздух. Для сушки покрытий применяют лампы мощностью 1000-4000 Вт.
Детали с нанесенным на них отделочным материалом конвейером подаются в камеру, где облучаются от ламп низкого или высокого давления. Для создания интенсивного потока ультрафиолетовых лучей над лампами установлены рефлекторы из полированного алюминиевого листа. Лампы высокого давления установлены в охлаждающей камере с экраном из стекла. Внутрь камеры для охлаждения ламп подается воздух приточным вентилятором. Отсос воздуха и паров растворителя производится вытяжным вентилятором.
Отверждение покрытия в зависимости от его толщины и выбранного режима сушки происходит в камерах низкого или высокого давления или поочередно в камерах низкого и высокого давления. Например, парафиносодержащие полиэфирные лаки, нанесенные методом облива, отверждают в камерах низкого давления (желатинизация покрытий и образование защитного слоя парафина на поверхности – 60-90 с), затем в камерах высокого давления в течение 30-60 с подвергают окончательной сушке.
Облучение покрытий в камерах высокого давления происходит при постоянно зажженных или работающих короткими (около 0,001 с) импульсами лампах. При импульсном облучении не происходит заметного нагрева покрытия, поэтому конструкция ламп и камер сушки не требует сложной системы охлаждения.
Фотохимическое отверждение лакокрасочных покрытий с использованием импульсного облучения осуществляется обычно в два этапа. На первом покрытие облучают в течение 2 мин при температуре 50°С лампами низкого давления. За этот период лакокрасочный материал нагревается, в результате чего улучшается его розлив и происходит выравнивание пленки на поверхности детали. Затем под лампами высокого давления покрытие отверждается за 15-20 с. Отвержденное таким способом покрытие не требует последующего облагораживания. Недостаток такого способа сушки покрытий – ограниченная номенклатура лаков и непродолжительный срок службы ртутных ламп.
Сушка аккумулированной теплотой. Сущность метода сушки отделочных покрытий этим способом заключается в предварительном нагреве отделываемой детали нанесением на нее отделочного материала. Древесину нагревают до 40-80°С в зависимости от видов применяемых отделочных материалов.