Методы нанесения ЛКМ

Метод воздушного (пневматического) распыления

Воздушное распыление ЛКМ (Air Spray, AS) осуществляется в результате воздействия потока сжатого воздуха, поступающего из кольцевого зазора воздушной головки, на струю распыляемого материала, вытекающего из отверстия, соосно размещенного внутри головки материального сопла.

При распылении сжатый воздух вытекает из кольцевого зазора головки с большой скоростью (до 450 м/с), в то время как скорость истечения струи ЛКМ ничтожно мала.

При высокой относительной скорости возникает трение между струями воздуха и распыляемого материала, вследствие чего струя материала, как бы закрепленная с одной стороны, вытягивается в тонкие отдельные струи, распадающиеся в результате возникающих колебаний на множество полидисперсных капель (красочный аэрозоль ЛКМ). В процессе распыления образуется движущаяся масса полидисперсных капель диаметром 6-100 мкм (т.н. факел). Достигая окрашиваемой поверхности, факел настилается на нее и распространяется по ней во все стороны. Основная масса полидисперсных капель, имея достаточную скорость, осаждается на поверхности. Часть их (наиболее мелкая фаза), потеряв скорость, не достигает поверхности и уносится уходящим потоком воздуха, образуя красочный туман (потери ЛКМ на туманообразование). Для воздушного распыления ЛКМ используется давление сжатого воздуха 0,2–0,6 МПа (2-6 атм) при вязкости ЛКМ 14-60 с по вискозиметру В3-264-4. Дисперсность аэрозоля ЛКМ зависит от давления сжатого воздуха на распыление, отношения расхода воздуха к расходу ЛКМ, физических свойств ЛКМ. Оптимальная дисперсность аэрозоля ЛКМ 30-60 мкм. Метод воздушного распыления получил широкое распространение при окрашивании промышленных изделий практически во всех отраслях промышленности.

К достоинствам воздушного метода относятся:

• универсальность метода, т.е. возможность его применения с разной производительностью практически в любых производственных условиях, как при окраске вручную отдельных изделий и мелких работах, так и при нанесении ЛКМ на полностью автоматизированных поточных линиях;
  
• простота устройства и обслуживания окрасочного оборудования при высокой степени надежности его работы;
  
• его сравнительно низкая стоимость; возможность нанесения почти всех ЛКМ, с различными наполнителями, в минимальном объеме; возможность окрашивания промышленных изделий различных габаритов и конфигураций любой группы сложности; получение покрытия любого класса по внешнему виду (ГОСТ 9.032-74), включая покрытие 1-го класса.

Недостатком метода является большое количество загрязненного красочным аэрозолем воздуха, который образуется при распылении ЛКМ и должен быть очищен и удален через водяные или сухие фильтры в окрасочных камерах. Повышенное туманообразование ведет к дополнительным потерям ЛКМ. Для воздушного распыления характерен также большой расход разбавителей (растворителей), используемых для разведения ЛКМ до рабочей консистенции.

Метод безвоздушного распыления

При нанесении ЛКМ методом безвоздушного распыления (AirLess, AL) образование красочного аэрозоля ЛКМ происходит без участия сжатого воздуха. Термин «безвоздушное распыление» – условный. Под ним подразумевается дробление ЛКМ за счет высокого гидравлического давления, оказываемого на ЛКМ и вытеснения последнего с большей скоростью через эллиптическое отверстие специального сопла. 

При этом потенциальная энергия ЛКМ при выходе его в атмосферу переходит в кинетическую, возникают завихрения, приводящие к пульсации струи, развитию колебаний и деформации поверхности струи. Деформация усиливается благодаря гидродинамическому воздействию окружающего воздуха и приводит к образованию облака аэрозолей, размер капель которого колеблется в широком диапазоне. Обладая кинетической энергией капли ЛКМ движутся к окрашиваемой поверхности, преодолевая сопротивление воздуха, капли тормозятся и мягко настилаются на поверхность. Часть наиболее мелких капель, теряя скорость не долетают до окрашиваемой поверхности, выпадают из окрасочного факела и оседают на полу и окружающих предметах. Размер капель распыленного материала зависит от давления на материал, геометрических размеров и формы отверстия, расхода материала и его физических свойств.

По сравнению с пневматическим распылением метод безвоздушного распыления позволяет:

• резко снизить потери ЛКМ на туманообразование; 

• уменьшить расход растворителей в связи с возможностью распыления более вязких ЛКМ; 

• снизить мощность вентиляции, так как необходимо удалять в основном только пары растворителей; увеличить производительность труда (особенно при окрашивании больших площадей); 

• уменьшить в ряде случаев трудоемкость окрасочных работ, благодаря возможности нанесения утолщенных покрытий; значительно снизить загазованность помещений и улучшить санитарно-гигиенические условия работы в цехе, особенно при недостаточной вытяжке. В отличие от факела, образующегося при работе пневматического краскораспылителя, при безвоздушном распылении факел распыленного ЛКМ резко очерчен и почти не образует красочного тумана.

К недостаткам метода безвоздушного распыления относятся: 

• сравнительно больший расход ЛКМ через сопло и, как следствие, неэффективность применения безвоздушного распыления для окраски отдельных мелких изделий; 

• невозможность изменения расхода ЛКМ и ширины факела в процессе работы и, как следствие, ограниченность применения метода безвоздушного распыления при окраске изделий сложной конфигурации; более низкое по сравнению с пневматическим распылением качество получаемого покрытия ( в основном III-IV класса по гост 9.032-74); 

• ограниченное применение метода для нанесения материалов с крупными частицами пигмента и наполнителя, легко выпадающими в осадок; 

• неэффективность применения метода при необходимости частой смены вида или цвета ЛКМ или распыления малых количеств ЛКМ. Области применения метода безвоздушного распыления – грунтование и окраска изделий среднего и крупного размера плоской или обтекаемой формы для получения покрытия III-IV –го класса.

Метод комбинированного распыления

Метод комбинированного распыления, (Air Assisted, AA) является комбинацией двух методов распыления: безвоздушного и воздушного. Сущность метода заключается в том, что ЛКМ вытесняется с относительно большой скоростью за счет сравнительно высокого гидравлического давления 3,0–5,0 МПа (30-50 атм) из эллиптического отверстия сопла, подобного безвоздушному. При таком давлении на выходе из сопла образуется резко очерченный факел предварительного раздробленного материала. Для дальнейшего распыления и формирования факела в факел из специальных каналов распылительной головки, установленной соосно распыляющему соплу, подается регулируемое количество сжатого воздуха под давлением 0,1-0,2 МПа (1,0-2,0 атм). 

Под воздействием струи воздуха крупные капли ЛКМ дополнительно дробятся и равномерно распределяются по ширине факела, ликвидируя при этом различного рода “кромочные” дефекты, которые могут возникать при безвоздушном распылении. Подаваемый в факел предварительно раздробленного ЛКМ сжатый воздух низкого давления и в небольших объемах не приводит к образованию красочного тумана, а наоборот, способствует более полному осаждению мелких частиц ЛКМ за счет торможения в воздушной сфере и потери скорости. В последние годы метод комбинированного распыления получает все более широкое распространение в авиастроении, деревообработке, мебельной промышленности и др.

К его достоинствам в сравнении с пневматическим распылением относится: резкое снижение потерь ЛКМ на туманообразование и, как следствие, улучшение санитарно-гигиенических условий работы; возможность работы при менее мощной вентиляции, так как удалять необходимо в основном только пары растворителей с небольшим количеством воздуха. В сравнении с методом безвоздушного распыления при комбинированном распылении повышается качество получаемого покрытия – не ниже III-класса по ГОСТ 9.032-74. Кроме того, поскольку комбинированное распыление без снижения качества допускает изменять давление на ЛКМ в больших пределах, варьируя при этом изменение подачи сжатого воздуха в факел, можно увеличивать или уменьшать расход ЛКМ даже при одном и том же сопле. При этом, изменяя количество подаваемого на распыление воздуха, можно изменять в определенных пределах форму факела.

К недостаткам метода комбинированного распыления можно отнести: ограниченность применения метода для нанесения ЛКМ с грубым, легко выпадающими в осадок пигментом и наполнителем; ограниченность применения метода для окраски при частой смене вида или цвета наносимого ЛКМ, для окраски с минимальной производительностью или минимальными размерами факела распыленного ЛКМ; при нанесении малого объема ЛКМ; трудность применения метода для окраски изделий особо сложной конфигурации.

Технология HVLP

Технология HVLP - это безоблачное распыление краски, достигаемое путем регулировки давления воздуха на различных стадиях прохождения краски. Изменением баланса между высоким и низким давлением можно добиться очень точного распыления (из-за уменьшения скорости распыляемых частиц краски). Кроме того, эта конструкция дает возможность изменять размер факела от 10 до 300 мм, что позволяет формировать равномерный слой с большой точностью.

Наиболее яркими представителями нового семейства распылительных пистолетов являются модели Delta HVLP и HVLP Turbo Gun. Благодаря новому воздушному колпачку была получена технология Trans-Tech, которая помогла добиться: высокого качества напыления; получения желаемого цвета, в точном соответствии с тоном выбранного лакокрасочного материала; экономии материала; очень незначительного расхода воздуха (всего 280 л/мин) при входном давлении 2 бар; настройки размера факела для любых материалов.

Нанесение в электрическом (электростатическом) поле высокого напряжения

Основой метода распыления в электростатическом поле (Electrostatic Spray, ES) является способность частиц материала приобретать заряд в электрическом (электростатическом) поле. Электростатические силы используются, в основном, для перемещения и осаждения заряженных частиц материала на окрашиваемой поверхности. Электрическое поле высокого напряжения (60-140 кВ) создается между заземленным изделием и распыляющим устройством, которое является одновременно и коронирующим электродом с высоким отрицательным потенциалом. ЛКМ подается в распыляющее устройство (распылительную головку) и распыляется там под действием энергии сжатого воздуха, центробежных сил или высокого давления на ЛКМ. 

Распыленные частицы, полученные с помощью зарядного устройства, перемещаются в направлении силовых линий электрического поля от распылительной головки к заземленному изделию. Попав на поверхность изделия, частицы материала отдают ему свой заряд, и образуют равномерное покрытие на его поверхности. Нанесение покрытий в электрическом поле высокого напряжения – один из наиболее экономичных методов окраски (коэффициент использования материала 0,90–0,95). При этом значительно (или почти полностью) уменьшается туманообразование; для очистки воздуха достаточно удалить пары растворителя, выделяющегося из ЛКМ, что возможно при небольших скоростях движения воздуха, в камерах не требуется монтаж фильтров, упрощается система вентиляции. Применение стационарных электроокрасочных установок позволяет полностью автоматизировать процесс окраски. 

При этом повышается культура производства, и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Наиболее эффективно применение метода электроокраски при нанесении ЛКМ на поверхность однотипных изделий серийного и массового производства, а также изделий решетчатых, круглой или овальной формы, без острых кромок, выступов и впадин.

К недостаткам метода относятся: невозможность полностью прокрасить поверхность изделий сложной конфигурации с глубокими впадинами и сложными сопряжениями, а также внутренние поверхности изделий (в этом случае предусматривают подкраску вручную, методом воздушного распыления), а также определенные ограничения по распыляемым ЛКМ.