книги из ГПНТБ / Буглай Б.М. Технология отделки древесины учебник

и усадочных напряжений в этим случае выражены, как правило, меньше, чем при пленкообразовании только из-за испарения лету­ чих растворителей.

На скорость высыхания таких покрытий, кроме свойств самого лакокрасочного материала, оказывают влияние количество вве­ денного в него сиккатива или отвердителя, толщина покрытия, температура сушки.

Практически влияние отвердителя и сиккатива ограниченно. Увеличение количества отвердителя, например в мочевино-алкид-

по

по

100

80

60

С увеличением толщины покрытий продолжительность высыха­ ния их растет быстрее. Для масляных -лакокрасочных материалов это можно объяснить затрудненным доступом необходимого для окислительной полимеризации масла кислорода воздуха к внут­ ренним слоям толстых покрытий. Поэтому, как правило, такие по­ крытия наносят несколько раз.

Нагрев сокращает время высыхания (рис. 71). С повышением температуры не только увеличивается скорость испарения раство­ рителей, но и ускоряется протекание большинства химических реакций, в том числе реакций полимеризации и поликонденсации. Таким образом, нагрев — наиболее эффективное средство ускоре­ ния сушки лакокрасочных покрытий, содержащих летучие раство­ рители.

§ 2. Способы нагрева и техника сушки

лакокрасочных покрытий

На продолжительность и качество сушки покрытий, содержа­ щих летучие растворители, оказывают влияние не только количе­ ство, но и способ подвода тепла к покрытию. Нагревание или пе­ редача тепла покрытию возможны разными способами: конвек­ цией, радиацией, теплопроводностью (например, от предварительно нагретой древесины).

Так как подвод тепла, как показывает опыт, оказывает суще­ ственное влияние на время высыхания покрытий, рассмотрим эти способы и их влияние на процесс пленкообразования.

При конвекционном нагреве тепло передается покрытию от нагретого воздуха, омывающего изделие. Так как покрытие имеет конечную толщину, передача тепла от поверхности к нижней границе его происходит не мгно­ венно, а требует времени, зави­ сящего от теплопроводности и толщины покрытия. Благодаря этому верхние слои покрытия нагреваются раньше и сильнее, чем нижележащие. Соответ­ ственно и испарение растворите­ лей в первый период сушки про­ исходит наиболее интенсивно в верхнем слое, что способствует образованию на поверхности пленки, затормаживающей выход паров растворителей из ниж­

них слоев покрытия. Тем самым затормаживается весь процесс сушки.

Схематично процесс подвода тепла и высыхания покрытия при

это должно быть при нанесении лака на предварительно нагретую древесину, в первую очередь нагревается нижний слой покрытия и в нем происходит наиболее интенсивное образование паров рас­ творителей. Образование твердой пленки начинается снизу, и об­ разующиеся пары растворителей беспрепятственно удаляются из покрытия в атмосферу.

покрытия к верхним происходит быстрее, так как наряду с теп­ лопроводностью в первый период сушки действуют конвекция и термодиффузия. Таким образом, процесс высыхания покрытия

должен происходить значительно быстрее, чем при конвекционном' нагреве.

Такой способ подвода тепла отличается высокой эффектив­

Предварительный нагрев древесины можно осуществлять раз­

концентрированных лаков. Попадая на горячую деталь, лак раз­ жижается, что улучшает его розлив по поверхности.

На качество розлива оказывает влияние состав лака и темпе­ ратура нагрева деталей, а также способ нанесения лака. Лучшие результаты дает нанесение лака вальцами и обливанием. Нанесе­ ние на нагретую поверхность лака распылением может давать не­ удовлетворительный розлив из-за быстрого (почти моментального) испарения мельчайших частиц, попадающих на нагретую поверх­ ность.

Терморадиационным нагревом называют нагрев инфракрас­ ными лучами. В общей шкале электромагнитных волновых коле­ баний (рис. 73) инфракрасные лучи находятся между видимыми световыми лучами и радиоволнами, занимая широкой интервал волн между световыми волнами и ультракороткими радиоволнами. Как самостоятельный вид теплопередачи практическое значение имеют лишь относительно короткие волны (длиной 0,75—8 ммк), излучаемые относительно высоко нагретыми телами,

телей несколько отличается от распределения энергии у абсолютно черного тела.

Однако, пользуясь уравнением Вина, с достаточным для прак­ тики приближением можно определить требуемую температуру на-

Рнс. 75. Спектральная отражательная спо­ собность древесины (по данным Я- А. Далациса — Латвийская сельскохозяйственная академия):

0 1 2 З Ц- 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ™ 1 5 Длина Волны, мкм

гревателя, чтобы максимум излучения приходился на волны дан­ ной длины, и, наоборот, зная температуру нагревателя, можно определить, на какую длину волны придется максимум излучения.

Нагрев разных материалов инфракрасными лучами происходит неодинаково и зависит от их способности поглощать, отражать или пропускать инфракрасное излучение.

Способность материалов поглощать и отражать инфракрасное излучение различна у разных материалов и неодинакова для раз­

излучения имеют большинство органических материалов и пиг­ ментов.

поглощения инфракрасных лучей имеют покрытия и из других пленкообразователей. Введение пигментов, как правило, уменьшает проницаемость покрытий и, следовательно, увеличивает поглоще­ ние излучения.

В целом проницаемость зависит от свойств материала, длины волны и толщины слоя. Глубина проникания инфракрасного излу­ чения в материал невелика, хотя многие тонкие покрытия доста­ точно проницаемы для некоторых длин волн. Проницаемость дре­ весины для инфракрасного излучения мала и по данным Я. А. Долациса даже наиболее «проникающее» излучение с длиной волны 1,1 мкм практически почти полностью поглощается поверхностным слоем древесины, равным 1—2 мм (рис. 78).

Свойства материалов в отношении инфракрасного излучения должны, конечно, учитываться при выборе инфракрасных излуча­ телей для сушки покрытий.

Излучателями тепла в той или иной мере являются все нагре­ тые тела, однако эффективно применяться для технических целей могут лишь специальные инфракрасные излучатели, обладающие высокой нзлучательной способностью и долговечностью.

Выпускаемые промышленностью инфракрасные излучатели при­ нято условно разделять на светлые и темные. К светлым излуча­ телям относятся специальные лампы накаливания. Любая обычная лампа накаливания может рассматриваться как инфракрасный из­ лучатель, так как большая часть ее излучения приходится на инфра­ красную область спектра. Специальные ламповые инфракрасные

внутренним рефлектором путем алюминирования или серебрения

Примерно 33% составляют потери из-за поглощения излучения стеклом колбы и теплопроводности.

Режим работы излучателя может быть изменен, например за счет снижения подаваемого на излучатель напряжения и сниже­ ния температуры накала спирали. При этом будет происходить смещение максимума излучения в сторону длинных волн. Однако следует иметь в виду, что стекло колбы лампы, имея высокую про­ ницаемость для видимых и близких к ним инфракрасных лучей,

мумом в диапазоне 2—3 мкм. К. п. д. их выше, чем у ТЭН, однако они дороги.

Панельные излучатели изготавливают в виде чугунных или ке­ рамических плит с вмонтированными в них электронагреватель­ ными элементами. Они дают более равномерный поток излучения. Рабочая температура их чаще всего 350—500° С. Керамические плиты предпочтительнее, так как дешевле, имеют более высокую степень черноты и, следовательно, более высокий к. п. д. как излучатели. Керамические излучатели выпускаются также в виде трубок с вмонтированными в них электронагревательными спи­ ралями.

В сушильных установках большой мощности, где применение электроэнергии для нагрева нерационально вследствие относи­ тельно высокой ее стоимости, находят применение излучатели, обогреваемые газом. Такие излучатели также могут быть метал­ лическими и керамическими. Нагревать их можно потоком горя­ чего газа, движущегося из центральной топки, или же большим количеством маленьких горелок. Рабочие температуры газовых излучателей обычно составляют 350—700° С, но возможны и зна­ чительно большие.

Выбирать тип излучателя для того или иного случая сушки по­ крытий следует исходя из оптимальной для данного случая длины волны инфракрасного излучения.

При инфракрасном нагреве условно можно различать два ха­ рактерных случая сушки покрытий на древесине:

1. Покрытие не содержит ннзкокипящих растворителей, допу­ скает нагрев до высоких температур, предел которых лимитируется свойствами древесной подложки. К этому случаю можно отнести сушку покрытий на основе масляных, алкидных, мочевино-фор- мальдегидных и других подобных им пленкообразователей. За­ дача в данном случае сводится к возможно более эффективному нагреву самого покрытия с возможно меньшим нагревом находя­ щейся под ним древесной подложки.

Это может быть достигнуто при наименьших затратах энергии и времени, когда большая часть направленного на покрытие излу­ чения будет поглощаться покрытием, доля же отраженного по­ верхностью и проникшего через покрытие излучения будет ни­ чтожной, как это схематически показано на рис. 80,а.

2. Покрытие содержит преимущественно низко- и среднекипящие растворители. Нагрев покрытия даже до относительно невы­ соких температур вызывает пузырение пленки. Этот случай харак­ терен для нитроцеллюлозных и подобных им «летучих» лаков и эмалей.

Наиболее эффективное средство ускорения сушки в этом слу­ чае— нагрев подложки с передачей тепла от нее к покрытию. До­ стичь этого можно, если покрытие будет в большей степени про­ ницаемо для инфракрасного излучения, а древесина будет обла­ дать большим поглощением. Схематично желаемое распределение энергии излучения в этом случае показано на рис. 80,6.

Анализируя приведенные выше данные, можно прийти к заклю­ чению, что для первого случая (сушка масляных, алкидных и дру­ гих эмалей и лаков) более предпочтительно применение темных излучателей с температурой примерно 700° С. В этом случае ма­ ксимальная доля излучения, приходящаяся на волны длиной около 3 мкм, будет в основном поглощаться покрытием (соответствует малой проницаемости покрытий, см. рис. 80,а).

Для второго случая, при тех же данных предпочтительнее при­ менение светлых излучателей с максимумом излучения, приходя­ щимся на волны длиной 1 —1,5 мкм. При высокой проницаемости покрытия это излучение должно поглощаться в основном поверх-

(МЛТИ), при сушке нитролакового покрытия под светлыми излу­

Применение темных излучателей для нитролаковых покрытий прак­ тически почти не дает сокращения продолжительности сушки.

Так как сушка лакокрасочных покрытий в большинстве слу­ чаев сопровождается выделением значительных количеств паров растворителей независимо от способа подвода тепла, она должна происходить в специальных сушильных камерах, снабженных теп­ лоизолирующими ограждениями и вытяжной вентиляцией.

§3. Сушильные камеры для лакокрасочных покрытий

Взависимости от способа подвода тепла к покрытию, сушиль­ ные камеры можно разделить на конвекционные и радиационные. Это деление условно, так как практически в камере каждого типа