Порошковая покраска технология: Технология порошковой покраски металлических изделий

Содержание

Методы порошковой покраски | Энциклопедия NAYADA Порошковая окраска

Есть четыре основных процесса порошковой покраски покрытий: электростатическое распыление, способ нанесения с помощью потока воздуха (fluidized bed), электростатическое распыление с помощью воздушного потока (electrostatic fluidized bed) и нанесение с помощью пламени (flame spray).

Электростатическое распыление – наиболее популярный на сегодняшний день метод порошковой покраски. Для всех прикладных методов, подготовка поверхности (то есть, очистка и конверсионное покрытие) должна создавать хорошую основу для нанесения покрытия. Поверхность должна быть подготовлена соответствующим образом.

Особенности четырех различных методов порошкового покрытия:

В процессе электростатического распыления сухие порошковые частицы приобретают электрический заряд, в то время как окрашиваемая поверхность электрически нейтральна. Заряженный порошок и нейтральная рабочая область создают электростатическое поле, которое притягивает сухие частицы краски к поверхности. Попадая на окрашиваемую поверхность, порошковое покрытие сохраняет свой заряд, который удерживает порошок на поверхности. Окрашенная таким образом поверхность помещается в специальную печь, где частицы краски тают и впитываются поверхностью, постепенно теряя свой заряд.
Второй метод нанесения предусматривает, что порошковые частицы краски удерживаются во взвешенном состоянии с помощью потока воздуха. Вступая в контакт с предварительно разогретой окрашиваемой поверхностью, эти частички тают и прочно удерживаются на ее поверхности. Толщина порошкового покрытия зависит от температуры, степени нагрева поверхности, а также от длительности контакта с порошковыми частицами. При нанесении покрытий из термопластика последующее нагревание в большинстве обычно не требуется. Однако для полного затвердевания порошкового покрытия в некоторых случаях необходимо дополнительное нагревание.
Электростатический способ нанесения порошковой краски с помощью воздушного потока во многом схож с предыдущим, однако в этом случае поток воздуха, удерживающий частицы краски, электрически заряжен. Ионизированные молекулы воздуха заряжают частицы краски при движении наверх в специальной печи, куда помещают окрашиваемую поверхность, и формируют облако заряженных частиц. Окрашиваемая поверхность, обладающая нейтральным зарядом, покрывается слоем заряженных частиц. В этом случае предварительного нагревания окрашиваемой поверхности не требуется. Эта технология подходит для окрашивания небольших и простых по форме объектов.
Метод окрашивания с помощью пламени появился сравнительно недавно и применялся, в основном, для порошковых покрытий из термопластика. Термопластический порошок плавится под воздействием сжатого воздуха и попадает в специальный пистолет, где проходит через горящий пропан. Расплавленные частицы краски наносятся на окрашиваемую поверхность, формируя прочный слой. Поскольку этот способ не требует прямого нагревания, он подходит для большинства материалов. С помощью данной технологии можно окрашивать поверхности из металла, древесины, каучука и камня. Нанесение краски с помощью пламени также подходит для больших или закрепленных объектов.

Выбор порошковой краски зависит от желаемых характеристик поверхности. Свойства порошков должны отвечать индивидуальным запросам клиента, предъявляемым по отношению к поверхностям. Порошковые покрытия подразделяются на разные категории, в зависимости от особенностей применения. Термопластические покрытия применяются для окрашивания более плотных поверхностей и обеспечивают покрытиям долговечность, в то время как термостатическое порошковое покрытие применяется для окраски более тонких материалов, в основном, в декоративных целях. В порошковых красках используются полиэтилен, поливинил, нейлон, фторполимеры, эпоксидная смола, полиэстер и акриловые смолы.

Совместимость материалов

Технология электростатического нанесения с помощью воздушного потока лучше всего подходит для окрашивания небольших металлических предметов.
Как и для всех типов окрашивания, порошковые покрытия применяют на чистую, гладкую и хорошо подготовленную поверхность. Окрашиваемая поверхность не нуждается в предварительной обработке, однако дополнительная подготовка поверхности (например, обработка фосфатом железа для стали, фосфатом цинка для гальванических элементов или стали и фосфатом хрома для алюминиевых поверхностей) заметно улучшает качество порошкового покрытия.
Только те материалы, которые могут нагреваться до высокой температуры, могут подвергаться порошковому окрашиванию по технологии электростатического распыления, нанесения с помощью потока воздуха или электростатического нанесения с помощью воздуха. Следовательно, эти технологии более всего подходят для небольших металлических объектов.

Здоровье и безопасность

Порошковые краски могут легко воспламеняться вблизи открытых источников огня. Концентрация порошка в воздухе должна надежно контролироваться для обеспечения безопасного рабочего пространства. Несмотря на отсутствие легко воспламеняющихся растворителей, любой органический материал наподобие пыли или порошка может сформировать взрывчатую субстанцию в воздухе.
При окрашивании следует избегать вдыхания порошковой краски, поскольку это может привести к повреждению легких и защитных мембран организма.

Типовой процесс порошковой окраски представляет собой следующую последовательность операций:

Подготовка поверхности изделия к окраске.
Нанесение на окрашиваемую поверхность порошкового покрытия в камере напыления с помощью напылителя, в котором частицам полимерного порошка придается электрический заряд, и который с помощью сжатого воздуха транспортирует порошок к детали. Под действием электростатических сил частицы порошка притягиваются к поверхности окрашиваемой детали и равномерными слоями располагаются на ней.
Нагрев изделия в печи оплавления и полимеризации при температуре 140-220°C (в зависимости от вида краски). В результате нагревания порошок оплавляется, полимеризуется и покрытие приобретает необходимые защитные и декоративные свойства.

Принцип работы линий для порошкового метода покраски

В данной статье раскрываются понятия порошковой покраски. Прослеживается экскурс в историю появления технологии порошкового метода, и специального приспособления для проведения работ. А также рассказывается об основном принципе работы агрегатов для этого метода окрашивания.

При помощи порошковой окраски можно создать защитное и декоративное покрытие. Такой метод является современным и высокотехнологичным. При покраске таким методом, полимерно- порошковые материалы подходят под все требования, которые выдвигаются рынками и производителями.

Процесс разработки порошковой краски занял ни один десяток лет. Специалисты пытались найти заменитель жидких красок. Потому что во время окраски жидкими красками нарушались природоохранные, производственные и экономические факторы. Особенно тяжелой обстановка была с природоохранным фактором. В процессе окраски текучими материалами, в воздух выбрасывалась огромная масса опасных веществ, что неблагоприятно сказывалось как на влиянии на воздух, так и на служащего.

Благодаря использованию порошковых красок было решено несколько глобальных проблем: смогли наладить безотходное производство, избавиться от экологической проблемы и снизить воздействие на человека.

Первые порошковые красители стали появляться уже в конце 50 годов прошлого столетия. Вскоре после того, начали работу над созданием автоматизированной линии.

Чтобы нанести материал на плоскость, используют специальный распылитель. Принцип работы заключается в том, что во время разбрызгивания, частицы получают электрический заряд. За счет притягивания противоположных частиц происходит прилипание краски к поверхности. Стоит отметить, что не вся краска оседает на поверхности. В дальнейшем в камере напыления порошковой краски, не осевшие частицы улавливаются, в результате чего, их можно еще раз пустить в работу. Это помогает значительно сократить расход краски.

Затем в камере полимеризации порошкового покрытия, порошок плавится, в результате чего образуется полимерная пленка.

В отличии от жидких красок, порошковые, имеют множество преимуществ:

чтобы окрасить нужный участок, не нужно разбавлять краску до нужной консистенции. Порошковые краски уже идут готовые.
для хорошего эффекта достаточно нанести краску один раз.
легко утилизируются, а остатки использованной краски, поступают обратно в работу.
для работы не требуются растворители и вентиляция помещения, за счет чего понижается энергозатратность производства.
весь процесс автоматизирован и механизирован.
детали, обладают высоким защитным качеством.

Для работы используют современные автоматизированные комплексы. Одним из них является СЕРИИ EURO CAR. Автоматический конвейер с тактовым действием, который используется для покраски крупногабаритных изделий. Так же его применяют, когда нужно покрасить деталь разными цветами. Стоит так же отметить, что модули устройства, проходные, и оснащены раздвижными деталями. Принцип работы у него такой же, как и всех таких же агрегатов. Однако, к его достоинствам можно отнести:

возможность окрашивать большие детали, от 2 до 12 метров;
можно использовать сразу несколько цветов;
работник всегда находится в кабине, в которой нет растворителей и жидких красок;
потребляется очень мало энергии. Достигается это благодаря тому, что работа печи осуществляется при закрытых дверях;
благодаря тому, что детали проходят высокоэффективную подготовку, в конечном итоге они отличаются высокими атмосферостойкими характеристиками;
в транспортной системе используются удобные и рациональные механизмы для навески деталей на конвейер. Навес полностью подходит под размер изделия и ручной покраски.

В заключении вышесказанному можно отметить, что порошковая окраска более быстрая, эффективная и затрачивает меньше времени, чем покраска жидкими красками. Для работы существуют специальные автоматизированные агрегаты. Благодаря такому методу окраски можно не только воздержаться от ручного труда, но значительно защитить экологию.

Новые достижения в технологии порошковых покрытий

Фейсбук
Твиттер
LinkedIn
Распечатать

Кевин Биллер, Исследовательская группа по порошковым покрытиям

Рынок порошковых покрытий в 2020 году оценивается примерно в 12 миллиардов долларов и составляет около 12,5% рынка промышленных покрытий.

Прогнозируется, что после трудного 2020 года как для бизнеса, так и для операций, мировой рынок порошков вырастет на 4,5% в 2021 году, при этом Азиатско-Тихоокеанский регион лидирует примерно на 6%, а Северная Америка — на более скромные 3,4%. ¹

Ожидается, что рост будет стимулироваться восстановлением валового внутреннего продукта, оживлением на автомобильном рынке, а также увеличением объемов ввода жилья и строительства. Стремление экологических норм к более низким летучим органическим соединениям (ЛОС) также вызовет скромный стимул для перехода от красок на основе растворителей к порошковым покрытиям.

В целом, 2020 год был медленным для инноваций в области порошковых покрытий, но многие программы разработки находились в разработке до пандемии COVID-19 и появляются сейчас, когда ситуация на рынке несколько стабилизировалась.

Недавно были внедрены достижения в низкотемпературном отверждении, а также порошки, способные соответствовать высоким стандартам долговечности, таким как Американская ассоциация производителей архитектурных сооружений (AAMA) 2605 и Qualicoat Class 3 (оба требуют 10 лет стойкости во Флориде).

Чтобы соответствовать этим спецификациям, покрытие должно пройти следующие испытания: адгезия в сухом состоянии, адгезия во влажном состоянии, адгезия к кипящей воде, ударопрочность, стойкость к истиранию, стойкость к соляной кислоте, стойкость к известковым растворам, стойкость к азотной кислоте, стойкость к моющим средствам, стойкость к чистящим средствам, 4000 ч влажности, 4000 ч соляному туману и 10 лет в Южной Флориде с максимальным изменением цвета ΔE 5,0 единиц и сохранением блеска 50%.

Эти архитектурные спецификации представляют собой наиболее строгие требования к покрытиям для коммерческих зданий, таких как небоскребы и стадионы. Кроме того, появляются устойчивые технологии, основанные либо на переработанном пластиковом сырье, либо на биологическом сырье. Кроме того, недавно дебютировали связующие, демонстрирующие повышенную коррозионную стойкость и покрытие кромок. Соответствующие новые разработки произошли в технологии тестирования и применения.

УСТОЙЧИВОСТЬ

Был достигнут ряд успехов в разработке устойчивого сырья, специально разработанного для порошковых покрытий. Определение устойчивости может быть неуловимым, и иногда трудно привести конкретные примеры.

Investopedia предлагает следующее краткое определение: «Устойчивое развитие направлено на удовлетворение потребностей настоящего без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои потребности. Концепция устойчивости состоит из трех столпов: экономического, экологического и социального, также известного неофициально как прибыль, планета и люди». ²

Устойчивое развитие можно представить по-разному. Возобновляемые ресурсы, такие как растительное сырье, очевидны, но другие менее очевидные материалы и процессы можно найти под эгидой устойчивого развития. Например, продукты низкотемпературного отверждения потребляют меньше энергии и, следовательно, создают меньший углеродный след.

Покрытия с повышенной износостойкостью (коррозионная стойкость и стойкость к ультрафиолетовому излучению) экономят материалы, энергию и труд. Ниже приведены некоторые из последних устойчивых разработок в области порошковых покрытий.

БИООСНОВА И ПЕРЕРАБОТАННЫЕ

Компания allnex, производящая смолы для покрытий, взяла на себя обязательство по обеспечению устойчивого развития при разработке полиэфирных смол на основе сахаров C5 и C6, полученных из растений. ³ Этот портфель продуктов включает карбоксильные полиэфиры, предназначенные для гибридов (эпоксидное отверждение), HAA (гидроксиалкиламид) и TGIC (триглицидилизоцианурат) отвердителей.

В рамках другой экологической инициативы они разработали серию полиэфирных смол, в которых используется до 25% переработанного ПЭТ (полиэтилентерефталат). ПЭТ обычно используется для изготовления популярных двухлитровых бутылок для напитков. Интересно, что исходным сырьем являются отходы до потребления. Это значительно уменьшает потоки отходов, образующихся на предприятиях.

Следуя последним разработкам allnex, компания Sherwin Williams представила линейку гибридных покрытий Powdura® ECO. ⁴ Компания отмечает, что полиэфирная смола, используемая в этих покрытиях, содержит 25% переработанного пластика (rPET). В среднем один фунт порошковых покрытий содержит rPET, эквивалентный семи-десяти одноразовым бутылкам с водой, в зависимости от состава конечного продукта.

Sherwin Williams рекламирует эти покрытия как простые в нанесении (более высокая эффективность переноса при первом прохождении), обладающие широкой способностью к отверждению в широком диапазоне температур и соответствующие определенным сторонним сертификатам, которые определяют и измеряют стандарты устойчивого развития, такие как Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), GreenGuard и Ассоциация производителей мебели для предприятий и учреждений (BIFMA), некоммерческая организация, созданная с целью разработки добровольных стандартов, способствующих созданию безопасных условий труда).

Мемориальный институт Баттеля разработал порошковую смолу на биологической основе, отвечающую двум критериям устойчивости — возобновляемому растительному сырью и низкотемпературному отверждению. Эта полиэфирно-амидная смола содержит 85% биоосновы и способна отверждаться при температуре до 130 °C. ⁵

Кроме того, его алифатический химический состав обеспечивает превосходную устойчивость к ультрафиолетовому излучению (УФ), что подтверждается лабораторными испытаниями (потеря глянца менее 50 % за 4000 часов в ходе ускоренных испытаний QUV-B в помещении). Прототипы были представлены ограниченному числу производителей порошков для их оценки с надеждой на возможную коммерциализацию.

Большинство порошковых покрытий являются термореактивными, что составляет почти 95% рынка. Однако важно отметить, что устойчивый полимер с очень высокими эксплуатационными характеристиками составляет примерно 22% производства термопластичных порошков.

Полиамид 11, член семейства нейлоновых полимеров, получают путем полимеризации 11-аминоундекановой кислоты. Источником этой органической кислоты являются клещевины. Arkema производит этот полимер и продает его под торговой маркой Rilsan®. PA-11 используется для различных продуктов, требующих высокой производительности, включая стойки для посудомоечных машин, автозапчасти, трубопроводы для питьевой воды, уличную мебель, медицинские инструменты и наружное освещение коммерческого класса. ⁶

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ОТВЕРЖДЕНИЕ

Низкотемпературная отверждение — еще один поджанр экологичных продуктов. Снижение энергопотребления для отверждения покрытий снижает углеродный след и экономит эксплуатационные расходы. Крупные производители смол предлагают продукты, которые сокращают обычное время отверждения порошка с 15 до 20 минут при температуре от 190 до 200 °C до более энергоэффективных 10–15 минут при температуре от 150 до 160 °C.

Компания AkzoNobel недавно представила коллекцию полиэфирных порошковых покрытий Interpon Low-E (с низким коэффициентом излучения), которые предназначены для снижения температуры и/или времени отверждения без ущерба для качества и свойств покрытия. ⁷

Полиэфирные порошковые покрытия AkzoNobel Interpon Low-E имеют рекомендуемую температуру обжига от 150 до 170°C и отверждение от 8 до 40 минут. Используя этот диапазон, производители покрытий могут снизить потребление энергии и/или повысить производительность процесса нанесения. Это способствует снижению затрат и улучшению экологического следа. Axalta представила аналогичную линию, основанную на полиэфирной технологии, не содержащей TGIC, под названием Alesta BE+ в Мексике в 2020 году.

IFS Coatings представила новую линейку продуктов для применений FBE (эпоксидная смола, связанная плавлением), в основном для функциональных рынков, включая газо- и нефтепроводы и арматуру (бетонные арматурные стержни). ⁸ IFS Pureflex Fastcure представляет собой эластичный, устойчивый к коррозии, однослойный, термореактивный порошок НЭП со встроенной быстрой реактивностью, который позволяет специалистам по нанесению покрытий увеличить скорость линии наряду с экономией энергии за счет более низких температур печи. Этот порошок FBE превращается в гель за 2-3 секунды и отверждается всего за 12-15 секунд, в зависимости от температуры входящего бруска.

ГИПЕРПРОЧНОСТЬ

Долговечность покрытия и, следовательно, износостойкость изделия с покрытием — еще один аспект устойчивости. Необходимость обновлять или перекрашивать изделия является дорогостоящей, трудоемкой и может включать в себя наносимые в полевых условиях покрытия с высоким содержанием летучих органических соединений.

Кроме того, если повреждение покрытия (например, сильная коррозия) приводит к неработоспособности элемента, стоимость замены и утилизации не соответствует принципам охраны окружающей среды. Индустрия порошковых покрытий признает это и разработала технологию, которая значительно увеличивает срок службы покрытия.

Два наиболее распространенных порошковых подхода к долговечности покрытия — это стойкость к УФ-излучению и коррозионная стойкость. Технология сверхпрочного порошкового покрытия имеет хорошие возможности для выхода на рынок высокоэффективной архитектуры для небоскребов и других монументальных строительных изделий.

Архитектурный рынок Северной Америки соблюдает спецификации AAMA: 2603 (срок службы во Флориде один год), 2604 (срок службы во Флориде пять лет) и 2605 (срок службы во Флориде более 10 лет).

Порошковые покрытия, соответствующие спецификации AAMA 2604, существуют уже несколько десятилетий и имеют безупречную репутацию в полевых условиях. Обычно они основаны на «сверхпрочных» полиэфирных связующих в сочетании с высокоэффективными пигментами, наполнителями и добавками. Сверхпрочные твердые полиэфирные смолы основаны на изофталевой кислоте и соответствующих алифатических гликолях и сохраняют более 50% блеска с минимальным изменением цвета после пяти лет воздействия в южной Флориде. ⁹

Порошковые покрытия, отвечающие более строгим требованиям AAMA 2605, недавно были коммерциализированы и набирают обороты на архитектурном рынке. Эти порошки основаны на фторполимерных связующих и могут храниться до 20 лет в средах с интенсивным ультрафиолетовым излучением, таких как южная Флорида.

Лидерами в этой области являются IFS Coatings, PPG, Axalta, ProTech и AkzoNobel. Использование порошковых покрытий AAMA 2605 рекламировалось в известных строительных проектах, включая PNC Plaza в Питтсбурге (PPG Coraflon), 55 Hudson Yards (PPG Coraflon) и 10 и 30 Hudson Yards (AkzoNobel Fluoromax) на Манхэттене.

Технология порошкового покрытия, соответствующая стандарту AAMA 2605, основана на запатентованной технологии смолы FEVE (фторэтиленвиниловый эфир), разработанной AGC Chemicals America. Эти смолы, получившие название Lumiflon®, представляют собой фторполимеры с гидроксильными функциональными группами и обычно отверждаются алифатическими блокированными изоцианатными сшивающими агентами, обычно используемыми в полиуретановых порошковых покрытиях.

С помощью этой фторполимерной связующей системы можно получить множество цветов покрытия, глянца и профилей поверхности, включая атласы, глянец и текстуры, чтобы удовлетворить проницательные взгляды инженеров-архитекторов.

ДРУГИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЯХ

Несколько новых разработок появляются в спектре технологий порошковых покрытий. Неожиданный сдвиг в использовании отвердителей произошел в основном из-за трудностей с цепочкой поставок. Новые подходы к эффективности противомикробных препаратов продолжают развиваться, поскольку компании пытаются помочь производителям опережать опасения по поводу распространения инфекционных вирусов.

В исследовательских лабораториях университетов были разработаны новые методы приклеивания пигментов со специальными эффектами к порошковым покрытиям. Методы приборостроения продолжают развиваться с развитием инноваций в характеристиках профиля поверхности. Технологии управления оборудованием для нанесения порошка были усовершенствованы благодаря использованию более сложного программного обеспечения для точной настройки параметров нанесения.

ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИЭФИРНЫХ ОТВЕРДИТЕЛЕЙ

Текущая техническая тенденция в отрасли связана с переходом на сшивающие агенты, используемые для отверждения полиэфирных порошковых покрытий. TGIC был преобладающим отвердителем для полиэфирных порошковых покрытий с 1970-х годов.

Primid® XL-552 был представлен компанией Rohm & Haas в 1980-х годах в качестве альтернативы TGIC. Химически этот материал представляет собой бета-гидроксиалкиламид и поэтому обычно упоминается как НАА. Порошки с использованием этого сшивающего агента также описываются как «полиэфиры, не содержащие TGIC».

HAA потребовалось некоторое время, чтобы получить признание в пороховой промышленности. Однако переломный момент произошел в начале 1990-х годов, когда зарождающийся Европейский Союз определил TGIC как потенциальный мутаген и потребовал новой маркировки продуктов, его содержащих. Это строгое требование к маркировке, включая изображение черепа и скрещенных костей, побудило европейских производителей порошков перейти от систем отверждения полиэстера с TGIC на HAA.

В Северной Америке все было по-другому. Ни EPA, ни OSHA не требовали такой маркировки, как и штат Калифорния. Следовательно, TGIC продолжала удерживать львиную долю рынка в Соединенных Штатах.

Полиэфирные порошки на основе HAA проникли на рынок в основном через многонациональных производителей порошковых покрытий, часто в рамках их глобальных платформ порошковых покрытий. В других случаях изменение было вызвано улучшенной эффективностью переноса при первом прохождении, наблюдаемой с полиэфирами HAA. В нескольких отдельных случаях это было связано с требованиями к контакту с пищевыми продуктами.

В последнее время темпы перехода от TGIC к HAA ускорились. Отчасти это связано с нехваткой поставок TGIC, большая часть которых производится в Китае. Две производственные площадки TGIC недавно приостановили производство из-за государственных проверок соблюдения экологических норм.

Это сократило поставки TGIC, что, в свою очередь, побудило производителей порошков перейти на полиэфирные порошки на основе HAA. Анализ рынка PCR Group за 2019 год показал, что доля порошков HAA в Северной Америке составляет ничтожные 3,2% по сравнению с солидной долей TGIC на рынке порошков в 43,5%. ¹⁰

Текущая доля рынка порошков HAA в Северной Америке оценивается в 5,7% и растет за счет полиэфиров TGIC. Ожидается, что эта тенденция сохранится в течение 2021 года9.0023

АНТИМИКРОБНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Пандемия COVID-19 привлекла повышенное внимание к технологии материалов, позволяющих создавать гигиеничные поверхности. Несколько организаций лихорадочно ищут решение, чтобы остановить распространение нового коронавируса.

Industrial Engineering Chemical Research Journal сообщает, что ученые из Китая и из Университета Западного Онтарио разработали усовершенствованный метод использования ионов серебра для уничтожения инфекционных микробов, включая новый коронавирус. ¹¹

Их метод включает химическое связывание наночастиц серебра с тройными цеолитами Ag, Cu и Zn с использованием альфа-липоевой кислоты, а затем инкапсулирование гидрофильными полимерами. Они утверждают, что эта комбинация контролирует высвобождение ионов серебра и тем самым значительно увеличивает продолжительность действия, обеспечиваемого ионами серебра. Они предлагают данные испытаний, которые показывают 99,99% уничтожения различных бактерий после 1200 протираний чистящим раствором.

Поднимая планку еще выше, компания Keyland Polymer разработала специальное противомикробное покрытие, которое является не только порошковым покрытием, но и может отверждаться в течение нескольких минут при температуре от 100 до 125°C, поскольку оно основано на технологии УФ-отверждаемого порошка. ¹²

В отличие от термореактивных порошков, технология УФ-отверждаемого порошкового покрытия отделяет фазу расплава от фазы отверждения, что позволяет формировать однородную и равномерную пленку до того, как начнется реакция сшивания.

Эта технология, получившая название UVMax® Defender, обеспечивает дополнительную антимикробную защиту для всей линейки УФ-отверждаемых порошковых покрытий Keyland Polymer. В этих продуктах используется технология с ионами серебра, и сторонние испытания показали, что размножение микробов кишечной палочки и стафилококка сократилось более чем на 99,99% с этими покрытиями.

UVMax Defender может использоваться на пластиковых, композитных, древесноволокнистых плитах средней плотности (МДФ), деревянных и металлических подложках и идеально подходит для здравоохранения, общественного транспорта, гостиничного бизнеса, образования, общественного питания, потребительских товаров или других продуктов с покрытием, где могут преобладать вредные бактерии.

СВЯЗАННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОРОШКИ

Журнал Progress in Organic Coatings опубликовал в 2020 году статью, в которой подробно описан новый метод связывания металлических частиц, таких как чешуйки алюминия, с порошковыми покрытиями. ¹³ В концепции связанных металлов нет ничего нового, но исследователи из Китая и Западного Онтарио предлагают новый подход.

Они разработали метод, использующий микроволновую энергию вместо тепла, выделяемого при высокоинтенсивном механическом перемешивании, для сплавления металлических частиц с органическим порошковым покрытием.

Они утверждают, что микроволновый процесс выполняет свою работу при значительно более низкой температуре (<80 °C), чем традиционный метод, который может приблизиться к Tg (температура перехода) связующего порошкового покрытия, обычно в диапазоне от 85 до 90 °С.

Кроме того, они утверждают, что с их методом достигается более высокая степень связывания. Будет интересно посмотреть, как эти пионеры подходят к коммерциализации этого типа процесса в производственных масштабах.

ПРИБОРЫ И ИСПЫТАНИЯ

AkzoNobel и BYK-Gardner объединили усилия для решения сложной проблемы, стоящей перед отраслью порошковых покрытий, — количественного определения текстуры поверхности. Это партнерство привело к разработке Spectro2Profiler, который точно и последовательно измеряет текстурированную поверхность порошкового покрытия. ¹⁴

До сих пор это эстетическое свойство можно было качественно описать только посредством визуального осмотра. Spectro2profiler может измерять цвет, блеск и трехмерную топографию текстуры поверхности.

Компания BYK-Gardner поясняет, что в спектрофотометре spectro2profiler используется окружное освещение под углом 45° с обзором под углом 0°. Круговое освещение необходимо для получения воспроизводимых результатов измерений на текстурированных поверхностях.

Очень большая точка измерения с однородным освещением гарантирует очень надежные и репрезентативные показания. Это звучит как переломный момент в характеристике внешнего вида текстурированных порошковых покрытий.

Компания Defelsko разработала корпус датчика PosiTector нового поколения. Это крупное новшество имеет множество новых функций, таких как ударопрочный цветной сенсорный экран большего размера с диагональю 2,8 дюйма и переработанная клавиатура для быстрой навигации по меню, которая может включать сенсорную клавиатуру для быстрого переименования пакетов, добавления заметок и т. д.

Этот продукт нового поколения более удобен для пользователя благодаря функции справки в программном обеспечении, которая объясняет пункты меню одним нажатием кнопки, а обновленный стилизованный пользовательский интерфейс сохраняет ту же знакомую структуру меню для удобной навигации по меню одной рукой в перчатках или без них.

Кроме того, долговечность была повышена благодаря защищенному от непогоды, пыли и воды корпусу со степенью защиты IP65 и амортизирующему резиновому чехлу, идеально подходящему для самых суровых условий окружающей среды, включая неожиданный ливень.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ

Производители оборудования для нанесения порошковых покрытий представили более сложное программное обеспечение для управления нанесением покрытий в виде удобных приложений. Система OptiStar® 4.0 компании GEMA контролирует важные параметры покрытия, такие как пневматические и электростатические параметры.

Доступ к этим соответствующим данным о покрытии можно получить на мобильном устройстве с помощью приложения Electrostatic App компании. Более того, его технология DVC обеспечивает точный и воспроизводимый выход порошка и обеспечивает постоянную толщину пленки. Наконец, программное обеспечение GEMA PCC и SuperCorona улучшает проникновение, уменьшает обратную ионизацию, «апельсиновую корку» и кадрирование изображения.

Компания Nordson недавно представила новое программное обеспечение для управления приложениями, получившее название Encore® Engage. Он оснащен понятным 15-дюймовым сенсорным экраном с современной графикой и интуитивно понятной навигацией с использованием символов.

Кроме того, функция управляемых рецептов обеспечивает пошаговую навигацию с предустановленными параметрами, помогая операторам уверенно создавать новые рецепты. Видеоуроки и пошаговые инструкции обеспечивают более наглядное представление ключевой информации и предоставляют дополнительную поддержку при выполнении важных задач. Для операторов по всему миру Encore Engage® включает несколько вариантов языка экрана, а его интерфейс контроллера обеспечивает удобную навигацию и обеспечивает функциональность промышленного Интернета вещей (IIoT)/Industry 4.0 для нанесения порошкового покрытия.

Компания Parker Ionics сосредоточилась на улучшении своей эксклюзивной технологии управления оружием Pulse-Power. Его новая система нанесения порошка GX8500A оснащена запатентованной 3G технологией коронарной зарядки Super Pulse Power, которая обеспечивает превосходную эффективность переноса с первого прохода на всех формах и подложках.

Кроме того, он полностью цифровой, с простым управлением и возможностью хранения 250 рецептов. Паркер объясняет, что GX8500A отлично подходит для покрытия коробок, колес, труб, МДФ и профилей и что он обладает самой высокой эффективностью переноса в отрасли, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.

Динамичная индустрия порошковых покрытий выходит из застоя 2020 года, внедряя инновации и технологии, меняющие правила игры, чтобы повысить производительность, стабильность и надежность отделки, которую она обеспечивает для множества долговечных продуктов.

Ссылки

Исследовательская группа порошковых покрытий. Рынок порошковых покрытий, внутренний отчет, февраль 2021 г.
Грант, Митчелл. Условия устойчивого инвестирования: устойчивость. Инвестопедия. Обновлено 13 октября 2020 г. https://www.investopedia.com/terms/s/sustainability.asp (по состоянию на 6 мая 2021 г.).
Веб-сайт Allnex Coatings Resins. https://allnex.com/en/technologies/powder-coating-resins (по состоянию на 6 мая 2021 г.).
Компания Шервина Уильямса. Порошковые покрытия Powdura ECO | Общепромышленные покрытия

Биллер, К.М. Последние достижения в технологии порошковых покрытий на основе ио: улучшение стойкости к низким температурам и на открытом воздухе. Представлено на выставке Advanced Coatings Technology 2018, Сосновец, Польша.
Сайт Аркема. Рилсан ^® — Полиамид 11. https://www.arkema.com/global/en/products/product-finder/product/technicalpolymers/rilsan-family-products/rilsan-pa11/ (по состоянию на 6 мая 2021 г.).
Веб-сайт AkzoNobel. Interpon Low-E: полиэфирное порошковое покрытие с низкой степенью отверждения | Интерпон
IFS Coatings. Функциональное порошковое покрытие IFS Pureflex.
Исследовательская группа по порошковым покрытиям. Данные внутренних лабораторных испытаний. й.
Исследовательская группа по порошковым покрытиям. Рынок порошковых покрытий, внутренний отчет, 2019 г..

Цуй, Дж.; Йесмин, Р .; Шао, Ю.; Чжан, Хайпин; Чжан, Хуэй; Чжу, Дж. Изготовление тройного ионообменного цеолита Ag+, Cu2+ и Zn2+ в качестве противомикробного агента в порошковом покрытии, Ind. Eng. хим. Рез. 2020 , том. 59, нет. 2, стр. 751–762.
Coatings World, VideoBite: Keyland Polymer Material Science, 23 февраля 2021 г., https://www.coatingsworld.com .
Лю, В.; Чжан, Х .; Шао, Ю.; Чжан, Х .; и Чжу, Дж. Получение металлических пигментированных алюминиевых порошковых покрытий с высокой стабильностью цвета с использованием нового метода: микроволнового склеивания. Progress in Organic Coatings , октябрь 2020 г., том. 147, 105787.
AkzoNobel и BYK-Gardner запускают spectro2profiler для измерения и контроля текстурированных поверхностей порошкового покрытия, IPCM , 5 апреля 2020 г.

Общие сведения о порошковой окраске

Порошковая окраска — это процесс отделки, при котором сухой, сыпучий, термопластичный или термореактивный порошковый материал наносится на поверхность, расплавляется и затвердевает, образуя ровное покрытие. Этот процесс отделки подходит для различных материалов, включая металлы, пластмассы, стекло и древесноволокнистые плиты средней плотности (МДФ), и может обеспечивать как функциональное, так и декоративное поверхностное покрытие в широком диапазоне цветов, отделки и текстур, которые трудно получить с помощью обычных методов жидкого покрытия.

Существует два основных метода нанесения порошкового покрытия — электростатическое распыление (ESD) и нанесение в псевдоожиженном слое. Любой процесс позволяет получить ровное твердое покрытие, которое, как правило, более долговечно, экономично и безвредно для окружающей среды, чем сопоставимое жидкое покрытие. Однако, несмотря на то, что порошковые покрытия демонстрируют некоторые преимущества по сравнению с жидкими покрытиями, особенно при нанесении толстых покрытий или покрытий с интенсивным движением, они не подходят для всех производственных применений, таких как тонкопленочные покрытия или покрытия для крупных деталей. Требования и спецификации, предъявляемые к конкретному порошковому покрытию, например, среда нанесения, материалы подложки, размер, стоимость, время выполнения работ и т. д., помогают определить тип процесса нанесения покрытия, наиболее подходящий для использования.

Хотя у каждого процесса нанесения покрытия есть свои преимущества и недостатки, в этой статье основное внимание уделяется порошковому покрытию с изложением основ, необходимых компонентов и механики технологии порошкового покрытия.

Кроме того, в статье рассматриваются преимущества и ограничения процесса, а также приводятся некоторые соображения, которые производители должны учитывать при выборе поставщика услуг по нанесению покрытий.

Процесс порошковой окраски

Порошковое покрытие представляет собой многоэтапный процесс отделки поверхности, подходящий для металлических и неметаллических подложек. Метод включает этап подготовки, нанесения и отверждения и, как минимум, использует распылитель, покрасочную камеру и печь для отверждения.

Обзор процесса и оборудования для порошкового покрытия

В отличие от процесса жидкого покрытия, в котором используется суспензия жидкого покрытия, порошковое покрытие представляет собой процесс сухой отделки, в котором используется порошковый материал покрытия. В ходе процесса порошок наносится на предварительно обработанную поверхность подложки, расплавляется, затем высушивается и затвердевает в защитно-декоративное покрытие. Выделяют три этапа: подготовка поверхности, нанесение покрытия и термическое отверждение.

Этап подготовки

Перед нанесением любого материала порошкового покрытия поверхность подложки необходимо очистить и обработать, чтобы на детали не было пыли, грязи и мусора. Если поверхность недостаточно подготовлена, любые оставшиеся остатки и отложения могут повлиять на адгезию порошка и качество окончательной отделки. Полная подготовительная обработка в основном зависит от материала, на который наносится покрытие. Тем не менее, некоторые из шагов, которые обычно используются на этом этапе, включают очистку, промывку, травление, струйную очистку и сушку, а наиболее широко используемое оборудование включает станции промывки, пескоструйные камеры и сушильные шкафы.

Масло, жир, растворитель и остатки можно удалить с поверхности детали слабой щелочью и нейтральными моющими средствами в погружных баках или на промывочных станциях. Моечные станции способны распылять на детали горячую воду, пар, моющие средства и другие растворы для предварительной обработки для очистки, химической подготовки и ополаскивания поверхности перед нанесением покрытия.

Если дизайн компонента требует, чтобы определенные участки оставались непокрытыми, маскирующие продукты (например, маскирующие точки) наносятся на подложку перед этапом нанесения. Эти вышеупомянутые продукты доступны во множестве стандартных и нестандартных форм и форм. Однако, как правило, они изготавливаются из бумаги или пластиковой пленки, покрытых чувствительным к давлению клеем, что позволяет им прилипать к подложке и защищать покрытую область от контакта с порошковым материалом во время операций порошкового покрытия.

Этап подачи заявки

Как уже говорилось в следующем разделе, существует два типа материалов для порошкового покрытия, которые можно наносить. Тип материала покрытия, используемого при нанесении покрытия, частично определяет метод нанесения. Производители и поставщики отделочных услуг используют два основных метода: электростатическое осаждение (ESD) и порошковое покрытие в псевдоожиженном слое.

Электростатическое осаждение (ESD): Для большинства металлических деталей материал покрытия наносится методом электростатического распыления. В этом методе нанесения используется камера распыления порошка, устройство подачи порошка, электростатический пистолет-распылитель и, в зависимости от типа используемого пистолета, блок питания.
Покрасочная камера служит рабочей зоной для нанесения порошкового материала на деталь, а также может выступать в качестве воздушного фильтра и системы сбора и сбора избыточного распыления порошка. Пульсированный порошковый материал распределяется из устройства подачи в пистолет для нанесения порошкового покрытия, который используется как для придания порошку электрического заряда, так и для нанесения его на подложку. Обычно используются три типа электростатических пушек — Corona, Tribo и Bell. Затем электрически заряженные частицы могут прилипать к электрически заземленной поверхности детали и оставаться прилипшими до тех пор, пока они сохраняют часть своего заряда. Любой избыточный материал может быть собран системами сбора и извлечения и повторно использован в будущих покрытиях.
Порошковая окраска в псевдоожиженном слое: в отличие от электростатического разряда, когда материалы жидких красок распыляются электростатически и приклеиваются к поверхности, при порошковой окраске в кипящем слое предварительно нагретые детали погружаются в порошковый материал в кипящем слое. Существует также альтернативный вариант, называемый порошковым покрытием в электростатическом псевдоожиженном слое, который создает облако электрически заряженных частиц порошка над псевдоожиженным слоем, через который проходит деталь для нанесения покрытия.

Стадия отверждения

Особенности и характеристики этапа отверждения процесса порошкового покрытия в основном определяются методом нанесения сухого порошка, а также типом используемого материала порошкового покрытия.

Отверждение деталей с электростатическим покрытием: Детали с порошковым покрытием с помощью электростатического разряда должны быть отверждены в печи для отверждения порошков. Хотя график отверждения детали в основном зависит от ее размера, формы и толщины, обычно печь для отверждения, работающая при температуре от 325 до 450 градусов по Фаренгейту, приводит к времени отверждения в диапазоне от десяти минут до более часа. Соответственно, более мелкие детали с порошковым покрытием требуют меньшего времени отверждения и меньших объемов нагретого воздуха для полного отверждения, а более крупные детали требуют больше времени. Когда деталь с антистатическим покрытием достигает оптимальной температуры отверждения в печи, частицы порошка плавятся и стекают вместе, образуя непрерывную пленку на поверхности детали.
Отверждение деталей с покрытием в псевдоожиженном слое: Детали, на которые нанесено покрытие в псевдоожиженном слое, нагревают перед стадией нанесения покрытия в печах, аналогичных тем, которые используются для отверждения деталей с покрытием ESD. Когда предварительно нагретая деталь погружается в материал покрытия, частицы порошка плавятся и стекаются при контакте с нагретой поверхностью детали. Детали, на которые нанесено порошковое покрытие в электростатическом псевдоожиженном слое, могут быть либо предварительно нагреты перед прохождением через облако порошкового покрытия — в этом случае сформированное порошковое покрытие будет таким же, как и при обычном методе псевдоожиженного слоя, — либо деталь может быть нагрета и отверждена в печи для отверждения после нанесения покрытия, как при методе покрытия электростатическим разрядом.

Когда деталь с порошковым покрытием достаточно остынет, чтобы с ней можно было обращаться, ее можно, при необходимости, собрать, упаковать и отправить.

Автоматизированная система порошковой окраски, которой управляет рабочий. Изображение предоставлено: Alba_alioth/Shutterstock.com

Порошковое покрытие и возможности

Примеры цветного порошкового покрытия на пружинных частях — Изображение предоставлено: SUWIT NGAOKAEW/Shutterstock.com

Порошковые покрытия могут быть нанесены в широком диапазоне цветов, отделок, текстур и толщин, которые трудно получить с помощью обычных методов жидкого покрытия. Порошковое покрытие, которое может быть изготовлено практически любого цвета, может использоваться как для защитных, так и для декоративных целей. Окончательный результат варьируется от матового до глянцевого и от прозрачного до металлического. Различные текстуры также доступны для декоративных целей или скрытия дефектов поверхности.

Этот процесс позволяет получить более широкий диапазон толщины покрытия. По сравнению с процессом жидкого покрытия, порошковое покрытие позволяет быстрее получать более толстые и ровные покрытия, особенно при использовании метода покрытия в псевдоожиженном слое. Используя метод электростатического разряда, также можно получить тонкие ровные покрытия, хотя и не такие тонкие, как покрытия, полученные с помощью процесса жидкого покрытия.

Преимущества порошковых покрытий

Метод порошкового покрытия имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами жидкого покрытия, включая повышенную долговечность, возможности для более специализированной отделки, меньшее воздействие на окружающую среду, более быстрое время выполнения работ и более низкие затраты на материалы.

Помимо того, что порошковые покрытия доступны с широким спектром вариантов отделки, они, как правило, более долговечны и долговечны, чем жидкие краски. Они демонстрируют более высокую устойчивость к ударам, влаге, химическим веществам и износу, а также обеспечивают большую защиту от царапин, истирания, коррозии, выцветания и общего износа. Эти характеристики делают их подходящими для приложений с высокой нагрузкой и трафиком.

Еще одним преимуществом порошковых покрытий является отсутствие выбросов растворителей и углекислого газа, опасных отходов, требующих утилизации, и, как правило, требований к грунтовке поверхности. Эти исключения ограничивают количество токсичных и канцерогенных веществ, выбрасываемых в окружающую среду на протяжении всего процесса, и способствуют признанию индустрии порошковых покрытий в качестве более экологически чистой альтернативы жидким покрытиям.

Этот процесс может иметь гораздо более низкие долгосрочные затраты по сравнению с процессом жидкого покрытия из-за его более быстрого оборота и большего использования материала покрытия. Поскольку этап отверждения порошкового покрытия позволяет собирать, упаковывать и отправлять детали сразу после того, как деталь остынет, детали тратят меньше времени на складские запасы, что позволяет производителям и поставщикам услуг по отделке иметь более быстрый оборот и меньше требований к складскому пространству. Этот процесс также позволяет собирать и перерабатывать избыточный материал, а не выбрасывать его в отходы, что снижает количество отходов, требующих утилизации, увеличивает коэффициент использования материала покрытия и снижает стоимость материалов с течением времени.

Ограничения порошкового покрытия

Хотя процесс нанесения сухого порошкового покрытия имеет несколько важных преимуществ по сравнению с жидким покрытием, этот процесс также имеет ограничения. Ограничения порошкового покрытия включают в себя ограниченный диапазон подходящих материалов подложки, трудности с получением ровных тонких покрытий, более длительные сроки изготовления покрытий, меняющих цвет, более длительное время высыхания и отверждения крупных деталей и более высокие начальные затраты.

Как упоминалось ранее, материалы подложки должны выдерживать температурные требования стадии отверждения, чтобы быть пригодными для нанесения порошкового покрытия. Даже если материал выдерживает нагрев, получение ровного покрытия может оказаться проблематичным, особенно для тонких или многоцветных покрытий. Тонкие покрытия трудно производить, так как сложно контролировать количество порошкового материала, наносимого на подложку на этапе нанесения, при этом обеспечивая равномерное покрытие. Многоцветные порошковые покрытия трудно производить быстро, потому что любые излишки распыления должны быть тщательно собраны и удалены с области распыления между сменой цвета; в противном случае это может привести к перекрестному загрязнению переработанных или повторно используемых материалов.

Несмотря на то, что процесс нанесения порошкового покрытия со временем может обходиться дешевле, для конкретных областей применения покрытия использование жидких покрытий может оказаться более рентабельным. Например, в то время как детали с порошковым покрытием обычно изготавливаются быстрее, большие, толстые или тяжелые детали, как правило, требуют более высоких температур и более продолжительного времени отверждения и сушки; Эти удлиненные графики отверждения не только задержат производственный процесс, но и приведут к более высоким затратам энергии. Для начинающих производителей и поставщиков отделочных услуг первоначальные инвестиции в оборудование для порошкового покрытия также, как правило, выше, чем в случае с жидким покрытием, поскольку для этого процесса требуется распылительный пистолет, специализированная покрасочная камера и печь для отверждения.

Выбор поставщика отделочных услуг

Порошковое покрытие

может использоваться в самых разных областях производства. Конкретные производственные требования приложения помогают определить поставщика отделочных услуг, который лучше всего подходит для рассмотрения.

Для производителей, которые не могут выполнять операции порошкового покрытия собственными силами, их прототипы, краткосрочные и долгосрочные производственные заказы могут выполняться мастерской или поставщиком отделочных услуг, который предлагает услуги порошкового покрытия. Магазины по трудоустройству существуют всех размеров (от одного человека до предприятий с сотнями обученных сотрудников) и предлагают широкий спектр возможностей и специальностей для нанесения покрытий. Для нанесения покрытий в больших объемах подрядчики по отделочным работам также могут оказаться жизнеспособным вариантом. Эти подрядчики могут проектировать и изготавливать индивидуальные системы для нанесения покрытия на определенные детали, что гарантирует равномерное покрытие деталей и их соответствие требуемым спецификациям. Несмотря на высокую стоимость по первоначальным инвестициям, в течение нескольких лет последний вариант может демонстрировать гораздо более низкую стоимость в расчете на одну деталь.

Некоторые производители могут выполнять отделочные работы собственными силами, и в этом случае им потребуется инвестировать в приобретение или покупку оборудования для порошкового покрытия. Первоначальные инвестиции в оборудование высоки, и рабочие должны быть обучены использованию и обслуживанию машин, но в долгосрочной перспективе, особенно если операции выполняются регулярно, это может оказаться более рентабельным вариантом. Поставщики отделочного оборудования могут предложить стандартное оборудование для порошковой окраски, а также услуги по проектированию и изготовлению индивидуальных систем порошковой окраски, а также обеспечить необходимое обучение сотрудников и услуги по техническому обслуживанию систем. Независимо от того, хочет ли производитель инвестировать в покупку стандартного оборудования или в создание индивидуальной системы, обученные консультанты по порошковым покрытиям могут дать некоторую информацию и помощь, поскольку они могут предоставить как бескорыстные знания, так и связи с поставщиками.

При выборе между выполнением операций порошковой окраски собственными силами или передачей операций мастерской или подрядчику, производителю важно понимать затраты и преимущества обоих вариантов, чтобы выбрать тот, который лучше всего подходит для их нанесения порошковой окраски.

Резюме

Выше изложены основы процесса и оборудования для резки порошковых материалов, а также некоторые соображения, которые могут быть приняты во внимание производителями при принятии решения о том, является ли порошковое покрытие наиболее оптимальным решением для их конкретного применения покрытия.

Для получения дополнительной информации о местных коммерческих и промышленных поставщиках посетите платформу Thomas Supplier Discovery, где вы найдете информацию о более чем 500 000 коммерческих и промышленных поставщиков.

Реактопласты	Термопласты
Выдерживает высокие температуры	Может размягчаться/плавиться при воздействии высоких температур
Нельзя переплавлять, реформировать и перерабатывать	Может быть переплавлен, преобразован и переработан
Повышенная стойкость к царапинам и повреждениям	Повышенная ударопрочность
Склонен к охрупчиванию и перетвердеванию (особенно в толстых покрытиях)	Более эластичный в толстых покрытиях
Требуется цикл отверждения для отверждения	Не требует цикла отверждения для отверждения
Вступает в необратимую химическую реакцию	Химически не меняет
Применяется только методом электростатического разряда (обычно)	Наносится как методом электростатического разряда, так и в псевдоожиженном слое