Сушка лакокрасочных покрытий
Сушка лакокрасочных покрытий производится для отверждения окрасочного слоя и может осуществляться либо только путем испарения растворителей (материалы типа нитроцеллюлозных, перхлорвиниловых лаков и эмалей), либо за счет химических процессов окисления, конденсации и полимеризации (материалы типа масляных, алкидных, карбамидных, полиэфирных лаков и эмалей и т. д.). Процесс естественной (воздушной) сушки при 18-20°С большинства применяемых материалов весьма продолжителен (более 24 ч) и требует больших производственных площадей. Искусственная сушка — наиболее эффективное средство ускорения процесса образования покрытия.
По способу подвода тепловой энергии сушка подразделяется на конвекционную (передача тепла происходит при непосредственном соприкосновении окрасочного слоя с циркулирующим горячим воздухом); радиационную (при помощи облучения окрашенных изделий инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами); за счет аккумулированного тепла предварительно нагретого конвекционным, терморадиационным или контактным способом изделия; отверждение зажелатинированного окрасочного слоя в прессах или прокаткой нагретыми вальцами.
По конструкции сушильные камеры можно разделить на два основных типа: тупиковые периодического и проходные непрерывного действия. Первые применяются на предприятиях с мелкосерийным производством.
Одним из перспективных методов сушки лакокрасочных материалов является отверждение под действием УФ-излучения (фотохимический способ сушки). При этом отверждение осуществляется за счет превращения УФ-излучения в тепловое в самом окрасочном слое, что значительно снижает энергетические потери и нагрев подложки. Оптимальная длина волны УФ-излучения равна 0,200-0,360 мкм. Светочувствительность окрасочных составов достигается введением в них фотоинициаторов — светочувствительной добавки, наиболее эффективными из них являются метиловые и изобутиловые эфиры бензоина, григонал-14 и др.
Отверждение УФ-облучением используется для прозрачных покрытий, в основном — полиэфирных. Однако успешный опыт применения фотохимического способа сушки пигментированных составов за рубежом и аналогичные попытки наших ученых создают предпосылки для расширения области его применения.
Этот способ сушки сочетает в себе достоинство терморадиационного отверждения (пленкообразование начинается от подложки) и исключает пузырение покрытия влагой и воздухом, содержащимися в древесной подложке. Метод эффективен при толщине покрытия до 80 мкм. Степень и продолжительность нагрева зависят от вида лакокрасочного материала и массы деталей. Для быстросохнущих окрасочных составов (карбамидных, водно-дисперсионных) достаточно поверхностного прогрева деталей в течение 40-90 с при температуре ТЭН 300-400°C или воздуха 170-180°C. При окраске эмалями продолжительность нагрева увеличивается до 2-5 мин. После нанесения краски необходима стабилизация (называемая также дегазацией или нормализацией) в вентилируемых необогреваемых камерах, где происходит удаление растворителя из отвердевающего окрасочного слоя.
Для нагрева циркулирующего воздуха в сушильных камерах используются паро- и электрокалориферы. Практика показывает, что при нагреве воздуха до 60-80°C экономически предпочтительнее паровые калориферы. Направление воздушного потока в проходных сушильных камерах — обратное движению конвейера с окрашенными деталями.
При терморадиационной сушке инфракрасным излучением (терморадиация) передача тепла окрасочному слою осуществляется главным образом от подложки, которая нагревается за счет поглощения инфракрасных лучей. Нагреваясь снизу, окрасочный слой не препятствует удалению растворителей, что значительно ускоряет процесс отверждения по сравнению с конвекционной сушкой. При терморадиационной сушке окрасочных составов на древесине следует учитывать выделение влаги, воздуха и смол, содержащихся в подложке, а также коробление изделий при высоких температурах. При температуре на поверхности изделий 130°C и влажности хвойной древесины 14-15% критическая продолжительность сушки терморадиацией составляет примерно 2 мин: за это время смола в древесине не успевает расплавиться. Однако этого времени недостаточно для отверждения большинства применяемых окрасочных составов. Это обусловливает верхний предел температуры поверхности древесины при терморадиационной сушке, равно 60-80°C.
В качестве источников инфракрасного излучения используются ламповые, панельные и трубочные излучатели. Недостатком ламповых излучателей является низкий к.п.д. и короткий срок службы. Панельный излучатель, представляющий собой чугунную или керамическую плиту с вмонтированными в нее нагрвателями (или обогреваемую газовыми горелками), дает равномерно распределенный поток излучения, однако обладает большой инерционностью. Наиболее распространены трубчатые электронагреватели (ТЭН) с алюминиевыми рефлекторами НВС (ГОСТ 13268) с рабочей температурой поверхности нагревателя до 450°C.
При терморадиационной сушке изделий решетчатой формы (например, оконных блоков) энергия излучателей используется не полностью. Практика показывает, что применение комбинированной (терморадиационно-конвекционной) сушки для окрашенных изделий сложной формы нецелесообразно, поскольку продолжительность отверждения окрасочного слоя терморадиацией недостаточна для конвекционной сушки внутренних (экранированных от излучения) участков окрашенной поверхности, омываемой горячим воздухом. Энергоемкость электротерморадиационной сушильной камеры значительно выше, чем конвекционной.
Источник
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Сушка лакокрасочных покрытий — обязательная технологическая операция. В процессе сушки жидкий лакокрасочный материал превращается в твердую лакокрасочную пленку. Отверждение покрытий в зависимости от применяемого лакокрасочного материала происходит либо в результате испарения растворителей (спиртовые и нитроцеллюлозные лаки), либо в результате реакции окисления (масляные лаки), либо за счет реакции полимеризации или поликонденсации (полиэфирные, мочевино-формальдегидные лаки).
Скорость отверждения покрытий зависит от ряда факторов: вида лакокрасочного материала, толщины покрытия, температуры сушки, количества воздуха, подаваемого к покрытию, способа сушки и др. Степень высыхания покрытия определяется его твердостью. Существуют три стадии высыхания. Высыхание, «от пыли» — такое состояние покрытия, когда на поверхности образуется тонкая пленка, к которой не прилипают частицы пыли. Покрытие еще не является высохшим — при нажиме на нем остается след.
Практическое высыхание — состояние покрытия, при котором пленка имеет такую твердость, что ее можно подвергать дальнейшей обработке: шлифованию, полированию, разравниванию. Твердость покрытия на этой стадии должна быть 0,3—0,35 (по маятниковому прибору М-3) для нитроцеллюлозных и 0,35—0,55 — для полиэфирных покрытий.
Полное высыхание — состояние покрытия, при котором твердость не меняется при дальнейшей сушке и процесс просадки пленки прекращается. Последняя стадия сушки, как правило, достигается в процессе эксплуатации изделия.
При отделке изделий на предприятиях покрытия сушат только до его практического высыхания.
Различают два вида сушки: естественную (при температуре воздуха 18—20 °С) и искусственную (при температуре 40—80 °С).
Искусственная сушка наиболее прогрессивна, так как продолжительность отверждения (высыхания) покрытия сокращается в 5—6, а то и более раз по сравнению с естественной. Сушка двухкомпонентных парафи-носодержащих лакокрасочных материалов осуществляется за счет химической реакции.
Существуют следующие методы искусственной сушки лакокрасочных материалов: конвективный, с предварительным аккумулированием тепла, терморадиационный. Кроме этого, применяется сушка с использованием ультрафиолетовых и электронных лучей, а также импульс-но-лучевая сушка.
Конвективная сушка лакокрасочных покрытий
При конвективном способе сушки тепло от источника нагрева к высушиваемому покрытию передается с помощью воздуха, нагретого до 40—80 °С. Нитролаковые покрытия сушат при 40—60 °С, а полиэфирные (беспарафиновые)— при 60—80 °С. При более высокой температуре воздуха на поверхности пленки образуются пузыри и наблюдается сморщивание.
Процесс высыхания покрытия начинается с верхних слоев и медленно распространяется в глубь пленки, причем последними высыхают слои на границе лак — древесина.
Образующаяся в самом начале сушки на поверхности твердая пленка препятствует свободному удалению паров растворителей, выходящих из нижележащих слоев покрытия. Это обстоятельство удлиняет время сушки и ухудшает качество покрытия, так как испаряющиеся растворители при выходе из его толщи прорывают затвердевшую пленку, образуя при этом кратеры, пузыри. Во избежание этого предусматривается ступенчатая сушка: сначала при пониженной температуре воздуха (период интенсивного испарения растворителей), для нитролаковых покрытий при 20—25 °С, затем при повышенной (период сушки)—40—45 °С и вновь при пониженной (период охлаждения) —20—25 °С.
В промышленности нашли применение различные по исполнению конвективные сушильные камеры периодического и непрерывного действия. В качестве теплоносителя в этих камерах чаще всего используют пар, реже горячую воду и электричество.
Камеры периодического действия изготовляют в виде тупиковых кабин, куда через дверные проемы закатывают этажерки с деталями, покрытыми лакокрасочными материалами. После высыхания покрытий этажерки выкатывают через те же дверные проемы.
Наиболее прогрессивными, получившими широкое распространение, являются камеры непрерывного действия. Транспортные органы в таких камерах выполнены либо в виде специальных напольных или подвесных этажерок, передвигаемых цепными конвейерами, либо в виде пластинчатых, ленточных или роликовых конвейеров.
На рис. 1 показана туннельная сушильная камера с подвесными этажерками конструкции ММСК -1. Сушильная камера по длине состоит из двух ветвей, сопряженных таким образом, чтобы загрузка и выгрузка
деталей осуществлялись в одном и том же месте. В верхней части камеры проходит цепной конвейер, приводимый в движение от привода. К цепному конвейеру подвешены многоярусные этажерки. На каждую этажерку укладывают по 40 деталей шириной до 600 мм. Для устранения боковой качки снизу этажерки размещен шариковый подшипник, который перемещается по нижнему направляющему монорельсу. Сушильная камера имеет четыре зоны сушки с четырьмя вентиляторами поперечной циркуляции воздуха в каждой зоне. В первой зоне прогреваются лакокрасочное покрытие и детали и удаляются летучие элементы, во второй и третьей происходит основной процесс сушки покрытий, а в четвертой — их охлаждение.
Температура в первой зоне должна быть 20—25 °С, во второй 25—30 °С, в третьей 35—40 °С, в четвертой 20 °С. Воздух нагревается в паровых калориферах. Скорость движения воздуха регулируется поворотными жалюзи. На загрузочном и разгрузочном концах камеры имеется открытый тамбур. В камере установлено вытяжное устройство 1, оно же обеспечивает продольную циркуляцию.
Рис. 1. Кольцевая туннельная сушильная камера для сушки покрытии (проект ММСК -1):
1 — вытяжное устройство, 2 — сушильная камера, 3 — цепной конвейер, 4 — привод, 6 — открытый тамбур, 6 — этажерки, 7—паровые калориферы, 8 — жалюзи, 9 — монорельс, 10 — вентиляторы
Имеются сушильные камеры одно- и многоэтажные. На рис. 2 изображена схема двухэтажной сушильной камеры непрерывного действия. Щит после нанесения на него лака на машине поступает в сушилку. Пройдя сушку на верхнем этаже, он опускается перекладчиком на конвейер первого этажа и снова проходит через сушилку в обратном направлении.
Сушильные конвективные камеры проходного типа различных конструкций встраиваются в конвейерные, механизированные и автоматические линии.
Сушка лакокрасочных покрытий методом предварительного аккумулирования тепла
Сущность метода заключается в том, что перед нанесением лакокрасочного покрытия деталь (изделие) предварительно нагревают. Аккумулированное таким образом в древесине- тепло после нанесения лакокрасочного
материала передается ему, что способствует быстрому высыханию за счет ускорения испарения растворителей, полимеризации и поликонденсации.
В результате предварительного нагрева воздух из поверхностных пор частично удаляется, что способствует улучшению качества покрытия, так как при этом снижается количество пузырей. Тепло идет снизу вверх, т. е. от подложки к наружному слою покрытия. Пары растворителей в этом случае удаляются беспрепятственно, так как поверхностный слой покрытия имеет меньшую вязкость в течение испарения растворителей. В связи с этим улучшается розлив лакокрасочного материала и качество покрытия.
Рис. 2. Схема двухэтажной сушильной камеры:
1 — деталь, 2 — лакообливная машина, 3— сушильная камера, 4 — конвейер верхнего этажа, 5 — перекладчик деталей с верхнего на нижний конвейер, 6 — роликовый конвейер, 7 — ленточный или пластинчатый конвейер
Предварительно поверхности деталей можно нагревать контактным, терморадиационным, конвективным способами, в горячих гидравлических прессах, терморадиационных и конвективных сушильных камерах.
Для предварительного нагревания поверхностей деталей разработаны специальные сушильные камеры. Одна из терморадиационных камер показана на рис. 3. В камере предусмотрено шесть ступеней напряжения, которые обеспечивают изменение температуры в пределах 250—420 °С. При такой температуре на поверхности нагревателей в течение 50 с температура нагрева детали достигает 40—80 °С.
Терморадиационный способ сушки лакокрасочных покрытий
Терморадиационный способ сушки основан на способности лако-красочного материала пропускать инфракрасные лучи определенной длины и поглощать их подложкой.
Для сушки лакокрасочных покрытий на древесине необходимо правильно выбирать параметры источников излучения.
Для сушки покрытий применяют инфракрасные лучи с длиной волны 0,75—8 мкм. Лучшей проницаемостью обладают волны в диапазоне 1—4 мк, излучаемые источниками с температурой нагрева свыше 450 °С. При понижении температуры нагрева источника длина излучаемых волн увеличивается, что ведет к снижению их проницаемости. Глубина проникания лучей, а следовательно, и прогрев древесины зависят от породы и составляют: для хвойных пород 3—6 мм, для лиственных 1—4 мм.
В этом случае направление потока тепла (от древесины к наружным слоям покрытия) совпадает с направлением движения летучих элементов лакокрасочного материала, благодаря чему сокращается время высыхания покрытия и улучшается его качество.
В качестве источника (излучателя) инфракрасного излучения применяют те же средства, что и в терморадиационных камерах для предварительного подогрева деталей: электролампы, обогреваемые панели и трубчатые электронагреватели.
Излучатели могут нагреваться электричеством или горячим газом, полученным при сгорании в специальных форсунках мазута или природного газа.
При терморадиационном излучении в сушильных камерах значительно нагревается воздух, что способствует высыханию лакокрасочных покрытий.
Рис. 3. Схема терморадиационнон сушильной камеры с обогревом источников инфракрасных лучей горячими газами:
1 — конвейер, 2— деталь. 3 — камера сжнгания природного газа или мазута, 4— канал для горячего газа, которым обогревается панель, 5 — канал возврата охлажденного газа, 6 — канал сушки покрытий инфракрасными лучами. 7 — вентнляционно-калорнферная установка, « — щиток для предотвращения попадания в канал сушки излишков свежего воздуха, 9 — панель
Указанный способ сушки на отечественных предприятиях применяется недостаточно широко. В последнее время нашли применение экономичные терморадиационные сушильные камеры с панельными (сплошными) излучателями, нагреваемыми горячим газом, полученным при сгорании природного газа или мазута. Схема такой камеры фирмы «Хильдебранд» ( ФРГ ) показана на рис. 3.
Нагретый в агрегатах камеры воздух поступает в канал и обогревает металлическую панель. Нагретая панель излучает инфракрасные лучи, которые проходят через канал и попадают на поверхности деталей, на которые нанесен лакокрасочный материал. Инфракрасные лучи нагревают подложку (щит).
Процесс сушки лакокрасочного покрытия происходит снизу от подложки кверху. Теплый воздух, поступающий в канал из вентиляционно-калориферной установки, омывает лакокрасочные покрытия сверху щитов, за счет чего ускоряется процесс сушки покрытий.
Эта сушильная камера пригодна для отверждения шпатлевок, порозаполнителей, грунтовок, лаков и эмалей кислотного отверждения, нитроцеллюлозных, полиэфирных и полиуретановых. Температура в сушилке регулируется бесступенчато в широких пределах. Длина инфракрасных лучей регулируется, интенсивность излучения можно изменять в зависимости от лакокрасочного материала и подложки.
Скорость подачи деталей регулируется бесступенчато и устанавливается в зависимости от применяемых лакокрасочных материалов.
Полиэфирная шпатлевка отверждается за 90 с (при расходе 120 г/м2), лак кислотного отверждения — за 50 с (при расходе 120 г/м2), полиуретановый лак — за 120 с (при расходе 60—80 г/м2).
Сушка лакокрасочных покрытий ультрафиолетовым облучением
Метод сушки покрытий ультрафиолетовым облучением заключается в полимеризации полиэфирных покрытий под действием ультрафиолетовых лучей в присутствии сенсибилизатора Преимуществом этого метода отверждения полиэфирных покрытий на древесине является высокая скорость отверждения. Применяя различные излучатели ультрафиолетового света и сенсибилизаторы, можно достичь отверждения полиэфирных покрытий за 0,5—5,0 мин.
В качестве сенсибилизаторов применяют различные химические соединения (для лаков и эмалей горячей сушки — хлорантрахинон, холодной сушки — бензоин).
фотосенсибилизаторы значительно сильнее поглощают свет в длинноволновой ультрафиолетовой области спектра, чем ненасыщенные смолы. При этом способе отверждение происходит от поверхности в глубь полиэфирного покрытия.
Нанесенный отделочный материал вначале должен медленно полимеризоваться, чтобы успел образоваться сплошной защитный слой парафина на поверхности пленки. Поэтому вначале покрытия облучают ультрафиолетовыми излучателями низкого, а затем высокого давления. В качестве излучателей низкого давления применяют люминесцентные лампы, а высокого давления — ртутно-кварцевые лампы.
Покрытия, высушенные методом ультрафиолетового облучения, не нуждаются в дополнительной выдержке перед облагораживанием. Их можно сразу шлифовать и полировать. В результате сокращения общей продолжительности сушки покрытий снижается потребность в производственных площадях.
Эта камера проходного типа, представляет собой секционно-сборный металлический каркас, закрытый щитами обшивки. На каркасе смонтированы механизмы перемещения облучательных светильников. Для перемещения щитов имеется пластинчатый конвейер, который получает движение от привода. На другом конце конвейера установлена натяжная станция. Для выброса паров растворителей смонтирован патрубок вытяжной вентиляции.
Источник
