5.6. Лакокрасочные покрытия
Лакокрасочные покрытия представляют собой пленку лака или краски, нанесенную в один или несколько слоев на поверхность детали и высушенную при определенном режиме. Основой лакокрасочного покрытия является органическое пленкообразующее вещество и пигмент. Эти покрытия в большинстве случаев более удобны для нанесения, выгоднее по стоимости работ и часто более долговечны, чем металлические или другие виды защитных покрытий. Физическая и химическая инертность лакокрасочных покрытий придает им высокие антикоррозионные свойства. Эти покрытия можно наносить на большие поверхности.
Лакокрасочные покрытия не применяют для деталей, подвергающихся значительным механическим воздействиям (вибрация, изгибы и т. п.), имеющих поверхности трения и скольжения, нагреваемых до температуры свыше 250° С или имеющих точные посадочные размеры, а также для поверхностей электрического контакта и для деталей, подвергающихся пайке или сварке.
Качество лакокрасочного покрытия и срок его службы определяются прежде всего состоянием поверхности окрашиваемых деталей (наличие окалины, ржавчины, жировых загрязнений, ныли и др. ухудшает адгезию лакокрасочного покрытия к материалу детали), составом покрытия (свойства пленкообразующей основы, пигментов, пластификаторов и растворителей), воздействием окружающей среды (климатические условия, действие морской воды, наличие паров кислот), количеством слоев и способом выполнения лакокрасочных работ. Для повышения качества лакокрасочного покрытия необходимо правильно выбрать материалы для грунтования, шпатлевания и определить количество слоев покрытия.
Помимо устойчивости лакокрасочных покрытий по отношению к окружающей среде в условиях эксплуатации изделия, пригодности для данного материала и требуемой адгезии, надо учитывать еще следующее:
скорость высыхания при обычной температуре и при горячей сушке, что имеет важное значение при поточном способе окраски;
цвет и его устойчивость при эксплуатации;
возможность шлифования и полирования при высококачественной отделке;
механическую прочность покрытия;
огнеопасность и ядовитость составных частей лакокрасочных материалов.
Лакокрасочные покрытия классифицируют по трем признакам:
а) по основному материалу покрытия;
б) по внешнему виду поверхности;
в) по устойчивости в различных средах.
По основному материалу виды покрытий разделяются на три группы: масляные и масляно-смоляные, смоляные, эфироцеллюлозные. В первую группу входят масляные, масляно-глифталевые, масляно-пентафталевые и масляно-битумные покрытия; ко второй группе относятся мочевиноформальдегидные, меламиноформальдегидные, феноло-формальдегидные, силоксановые, перхлорвиниловые, асфальтобитумные, полиуретановые, эпоксидные покрытия; третья группа объединяет покрытия на основе эфиров целлюлозы и включает нитроцеллюлозные и нитроглифталевые покрытия.
По внешнему виду лакокрасочные покрытия разделяются на четыре класса:
1-й класс — высококачественная отделка поверхности; она должна быть ровная, гладкая, полированная, с зеркальным блеском, без видимых невооруженным глазом механических включений, сорности, следов зачистки, штрихов от кисти и царапин;
2-й класс — нормальный вид отделки: ровная, гладкая, без видимых невооруженным глазом механических включений и сорности поверхности;
3-й класс — защитная отделка поверхности без механических включений и сорности. Лакокрасочные покрытия в этом случае наносятся с применением только местной шпатлевки; декоративной отделки не требуется;
4-й класс — окраска без декоративной отделки, имеющая целью исключительно защиту от коррозии.
Для правильного выбора покрытия конструктор обязан знать условия, в которых работает аппарат или прибор, степень загрязненности окружающей среды промышленными газами, температурные интервалы работы наружных или внутренних деталей изделия, относительную влажность среды. В некоторых специальных случаях необходимо знать, в какой именно части радиоаппаратуры будет установлена деталь, какова возможность проникновения в эту область коррозирующих агентов.
Технологический процесс лакокрасочных покрытий обычно состоит из следующих операций: 1) подготовки поверхности под окраску; 2) грунтовки; 3) шпатлевки; 4) шлифования; 5) нанесения заданного количества слоев покрытия с промежуточной сушкой.
Перед окраской металлических изделий необходимо удалить растворителями масляные и жировые загрязнения, а также окалину. Нанося первый слой лакокрасочного покрытия (грунт), создают условия для надежного сцепления между металлом и последующими слоями покрытия. Обычно грунт наносят пульверизатором. Режим сушки устанавливают в зависимости от состава грунта, а также от состава покрытия для последующих слоев.
Шпатлевание служит для того, чтобы заполнить, выровнять Вмятины, раковины, глубокие царапины и прочие дефекты, которые не могут быть закрыты слоем лакокрасочных покрытий. Шпатлевание, как правило, не повышает защитных свойств покрытий, потому что толстый слой шпатлевки подвержен растрескиванию. Шпатлевка представляет собой густую массу, состоящую из пигментов и наполнителей, затертых на пленкообразующей основе. В зависимости от использованного пленкообразователя различают клеевые, масляные, лаковые, нитроцеллюлозные, перхлорвиниловые, эпоксидные и другие шпатлевки. На зашпатлеванных поверхностях после высыхания могут быть неровности, которые удаляют шлифованием. На очищенную от пыли прошлифованную поверхность наносят слои лакокрасочных покрытий.
При нанесении лакокрасочных материалов применяют окраску кистью, распылением, погружением, накатку краски валиками.
Способ окраски выбирают, исходя из физико-механических характеристик лакокрасочного материала и вида окрашиваемых изделий.
Какой бы способ нанесения ни был выбран, лакокрасочный материал должен быть распределен равномерным тонким слоем по поверхности изделия. Если краска имеет плохую укрывистость, то нельзя добиваться ее улучшения, увеличивая толщину наносимого слоя, так как при этом ухудшаются условия сушки и могут появиться натеки. В этом случае вместо нанесения одного толстого слоя следует нанести два или более тонких слоев, давая каждому слою хорошо просохнуть. Окраска кистью применяется преимущественно для нанесения медленно высыхающих лакокрасочных материалов, например масляных, битумных и т. л. Этот метод малопроизводителен (4—6 мин для окраски 1 м2).
Вязкость лакокрасочных материалов должна соответствовать так называемой малярной консистенции, т. е. краска должна легко сходить с кисти при небольшом нажиме и допускать легкую растушевку. Рабочая вязкость краски при нанесении кистью должна быть в пределах 40— 80 сек (по вискозиметру ВЗ-3).
Рис. 5.6. Пульверизатор для распыления краски:
1 — стакан для краски; 2 — пистолет; 3 — шланг
Окраска распылением в несколько раз производительнее ручной окраски кистью и применима как для масляных, так и для других видов красок и лаков, содержащих значительные количества летучих активных растворителей.
Способом распыления можно окрашивать самые разнообразные изделия, за исключением очень мелких. Окрашивание распылением производится без подогрева растворителя или с подогревом. Второй способ особенно эффективен при окрашивании нитролаками и нитрокрасками, так как подогрев уменьшает расход растворителя.
Окрашивание производится пульверизаторами (рис. 5.6). Пульверизатор имеет укрепленный на пистолете стакан, наполняемый краской или лаком, который стекает по трубке в ствол пистолета. Струя воздуха, подаваемая через резиновый шланг под давлением 4 am, распыляет краску и выбрасывает ее из пистолета.
Окраска с подогревом производится с помощью устройства, показанного на рис. 5.7. Краска или лак в сосуде 4 подогревается змеевиком 5, по которому протекает горячая вода. Через трубку 1 в сосуд подается воздух, и краска под давлением поступает через шланг 6 в ствол пульверизатора 7.
Окраску деталей ведут в специальных камерах, оборудованных вытяжной вентиляцией. Так как при распылении краски в камере образуются легковоспламеняющиеся пары, то для предотвращения взрывов используют специальные устройства, образующие вокруг окрашиваемого изделия водяную завесу. Частицы краски или лака, не попавшие на изделие, уносятся водой в отстойник.
Большой недостаток способа пульверизации состоит в образовании так называемого тумана, что приводит к значительным потерям краски.
Рис.5.7. Схема устройства для окраски с подогревом:
1 — труба для подвода сжатого воздуха; 2 — манометр; 3 – термометр; 4 — сосуд с краской; 5 — змеевик; 6 — гибкий шланг; 7 — пульверизатор
В последние годы разработаны и внедрены способы окраски деталей распылением в электростатическом поле. Окрашиваемые изделия устанавливаются на транспортер, проходящий через специальную камеру (рис. 5.8); при этом на изделия через металлические подвески подается положительный потенциал от высоковольтного источника постоянного тока (80—120 кв), а стенки камеры соединены с отрицательным полюсом источника.
Рис. 5.8. Схема установки для окраски распылением в электростатическом поле:
1 — пульверизатором; 2 — устройство для вращения подвесок; 3 — подвесной конвейер; 4 — окрашиваемые изделия; 5 — подвески; 6 — электродная коронирующая сетка; 7 — высоковольтный источник постоянного тока (трансформатор с выпрямителем
Краска распыляется пульверизатором при давлении 0,7—1,2 am. Попами в электрическое поле, частицы краски приобретают отрицательный заряд и притягиваются к окрашиваемым изделиям, имеющим положительный потенциал. Краска ложится ровным слоем, без наплывов и подтеков.
Форма камеры (или так называемой коронирующей сетки) должна соответствовать конфигурации и размерам окрашиваемых изделий.
Другое устройство для окраски деталей в электростатическом поле показано на рис. 5.9. Здесь отрицательный полюс высоковольтного источника постоянного тока соединен с распылителями краски 1, а корпус заземлен. Конвейер 2 с установленными на нем деталями тоже имеет заземление. Когда детали в процессе движения конвейера подходят к распылителям, на них наводится положительный заряд. Частицы краски, получив отрицательный заряд и большую скорость от распылителей, устремляются к деталям и оседают на них тонким, ровным слоем. Деталям в момент прохождения под распылителями сообщается медленное вращательное движение, как и при окраске по первой схеме.
Рис. 5.9. Схема окраски в электростатическом поле:
1 - распылители; 2 - конвейер с деталями
Достоинствами этого способа по сравнению с окраской распылением являются повышение производительности в 3—12 раз, улучшение санитарно-технических условий работы, экономия лакокрасочных материалов, так как потери краски составляют всего 5—10%, а не 40—70%, как при обычном распылении пульверизаторами. К недостаткам этого метода следует отнести невозможность окрашивания внутренних поверхностей полых деталей и наличие высокого напряжения.
Используются также распылители колокольного типа, где краска по трубопроводу под очень большим давлением или самотеком подается в колокол, вращающийся со скоростью 800—900 об/мин. Под действием центробежной силы краска распыляется. Такая схема окраски имеет существенное преимущество перед электростатическими способами: не нужно громоздких коронирующих электродов; значительно меньше затраты энергии на распыление краски; возможно получение более или менее широкого фонтана краски за счет изменения угла колокола; степень полезного использования краски достигает 99%. Туманообразование незначительно, поэтому при небольшой вытяжке опасность взрывов практически исключена.
Окраска погружением применяется для деталей, не требующих тщательной отделки и имеющих обтекаемую форму, при которой исключается образование подтеков. Для окраски погружением применяются преимущественно глифталевые и другие маслосодержащие эмали. Окраска быстросохнущими материалами, например нитроэмалями, погружением не производится, Изменяя состав и вязкость краски, можно получить покрытия различной толщины. Лучшие результаты получаются при толщине покрытия 35—40 мк. Вязкость краски влияет не только на толщину слоя, но и на скорость ее отекания с окрашиваемой поверхности. Погружение и подъем изделия из краски должны производиться плавно и быстро.
В массовом производстве изделий процессы грунтовки, подсушки, окраски и заключительной сушки автоматизируют. Большой производительностью обладает окрасочно-сушильный конвейер, работающий по способу погружения. Конвейер (рис. 5.10) имеет две бесконечные цепи, скрепленные через определенные интервалы со штангами; на штангах подвешивают детали, которые последовательно проходят через ванны с краской и сушильные шкафы. Скорость движения цепи конвейера рассчитывают так, чтобы при выходе из сушильных шкафов детали были полностью высушены и процесс окраски и сушки синхронизирован с предыдущими операциями.
Рис. 5.10. Окрасочно-сушильный конвейер:
1 — цепь; 2 — подвеска с окрашенными изделиями; 3 — ванна с краской; 4 — мешалка; 5 — сушильные шкафы
Накатка краски валиками применяется при декоративной отделке поверхностей, например, для воспроизведения структурного рисунка ценных пород дерева. Так отделывают деревянные футляры радиоприемников и телевизоров. Наружную поверхность футляров из недорогих сортов дерева после обработки стеклянной шкуркой покрывают шпатлевкой, которую высушивают и шлифуют. Затем наносят первый слой фонового грунта, цвет которого подбирают в соответствии с тем, под какую породу дерева будет произведена имитация. Первую грунтовку после просушки шлифуют, а затем наносят повторный фоновый слой, который также тщательно шлифуют. На клише наносят слой лакокрасочного материала нужного цвета, который снимают валиком из желатина. Желатиновый валик прокладывают по предварительно подготовленной поверхности изделия, в результате чего на нее переносится рисунок. После сушки рисунка поверхность изделия несколько раз покрывают бесцветным нитролаком. Окончательная отделка поверхности состоит в полировании матерчатыми кругами с применением полировальной пасты.
Сушка всех видов лакокрасочных покрытий производится на воздухе, в сушильных шкафах, обогреваемых горячей водой, паром, электрическим током, инфракрасными лучами и токами высокой частоты.
Основное условие — защита высушиваемых изделий от пыли и точное соблюдение режимов сушки в соответствии с инструкциями, разработанными для разных сортов лаков и красок. Все виды сушильного оборудования должны быть снабжены устройствами для автоматического управления технологическими режимами.
Сушка тонких лакокрасочных пленок инфракрасными лучами в три-четыре раза экономичнее других видов сушки и позволяет сократить время этой операции, обеспечивая высокое качество покрытий.
Контроль качества лакокрасочных покрытий производят в процессе выполнения отдельных операций и по окончании всего цикла работ. Качество покрытия определяется по внешнему виду в соответствии с требованиями чертежа на деталь и ГОСТ 9894-61.