1943

Fс – сила взаимодействия частицы с другими близко расположенными частицами.

Противодействующей движению является сила, обусловленная сопротивлением воздуха перемещению частицы. Скорость движения падает пропорционально логарифму радиуса частицы.

Так, при максимальной напряженности поля 0,5 МВ/м, скорость перемещения частицы радиусом 100 мкм не превышает 1 м/с. Крупные частицы с большой массой, получившие небольшой заряд, при движении могут отклониться настолько, что выпадут из-под влияния электрического поля и будут унесены вентиляцией, не достигнув окрашиваемой поверхности. Разрядка частиц завершает цикл процессов, связанных с переносом ЛКМ в поле коронного разряда, и является одновременно процессом дестабилизации дисперсии. Наряду с переходом капель в нейтральное состояние в результате стекания зарядов на заземленное изделие, происходит их слияние, при этом вязкость образующейся жидкой пленки непрерывно увеличивается вследствие испарения растворителя. Соответственно изменяются и электрические параметры слоя. При прямом контакте капель с поверхностью скорость их разрядки определяется собственной проводимостью материала: чем больше или чем меньше, тем быстрее и полнее происходит стекание зарядов. Следовательно, удельное объемное сопротивление на разных стадиях нанесения ЛКМ играет двоякую роль: с его увеличением облегчается зарядка аэрозольных частиц и одновременно затрудняется их разрядка. Если краску наносят на уже осевший слой ЛКМ или на предварительно загрунтованную поверхность, то определяющее влияние на разрядку оказывает сопротивление этого слоя. При большом сопротивлении происходит накопление зарядов на поверхности; при этом осаждение ЛКМ выключается или полностью прекращается. На практике в зависимости от сопротивления пленки наносят 1-3 слоя ЛКМ; предусматривается нанесение сдвоенных слоев: последующий слой наносят на предыдущий, имеющий относительно низкое значение удельного объемного сопротивления v.

Положительные качества электростатического распыления наиболее полно проявляются при использовании стационарных установок. На рис. 6. … представлена схема стационарной установки для электроокраски ЛКМ (вид сверху).

Конструкции таких стационарных установок разнообразны, но все они содержат следующие основные узлы: электростатический распылитель, дозирующее устройство, источник высокого напряжения постоянного тока, включающий электростатический генератор и кенотронный выпрямитель, искропредупреждающее или предохранительное устройство, окрасочную камеру.

Одним из важных элементов установок является электростатический распылитель. В зависимости от способа распыления ЛКМ находят приме-

201

нение распылители электростатические с неподвижной коронирующей кромкой, к которым относятся чашечные марок ЭР-7, ЭР-8, ЭРВ-1; грибковые дисковые; пневмоэлектростатические марок КЭП-2, АРЭГ-1; гидроэлектростатические марок КРГЭ-1; электроультразвуковые типа УУЭ-1.

Рис. 6.26. Вид сверху стационарной электроокрасочной установки:

1 – окрасочная камера; 2 – пульт дистанционного управления; 3 – конвейер; 4 – изделие; 5 – электростатический распылитель; 6 – дозирующее устройство; 7 – кенотронный выпрямитель тока; 8 – электростатический генератор;

9 – вытяжная вентиляция

Наибольшее распространение при окрашивании изделий в электрическом поле получили электромеханические распылители и в первую очередь чашечные, рабочим органом в которых служит коронирующая насадка в виде чаши диаметром 50-150 мм. Чашечные электрораспылители просты по устройству и надежны в эксплуатации. На рис. 6.27 представлен электростатический чашечный распылитель марки ЭР-8.

Рис. 6.27. Электростатический чашечный распылитель марки ЭР-8: 1 – корпус распылителя; 2 – чаша; 3 – подставка; 4 – кронштейн

202

Вращение коронирующей насадки осуществляется в помощью электрического привода с частотой 1200-1400 об/мин. В настоящее время разработаны высокооборотные чашечные и дисковые распылители, имеющие частоту вращения 30-60 тыс. об/мин. К ним относится распылитель марки ЭРВ-1. ЛКМ, поступающий в электромеханический распылитель, получает заряд в зарядном устройстве, куда подается высокое напряжение, равное 80-120 кВ; далее он поступает на чашу, на кромке которой диспергируется. Производительность электромеханических распылителей составляет 1,5-2,5 г/мин на 1 см длины коронирующей кромки. Для распылителей типа ЭР-8 в зависимости от диаметра чаши, а чаши применяют с диаметром 60-10 см, это составляет 1,8-1,5 кг/ч по краске или 6-150 м2/ч по окрашиваемой поверхности. При больших объемах окрасочных работ установки комплектуют несколькими распылителями – от 2 до 6, которые спаривают механизмами, обеспечивающими их качание или возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. К таким установкам относятся устройства типа «качалка», «робот» и др. Расстояние от коронирующей кромки до окрашиваемого изделия обычно составляет 200-300 мм.

Пневмоэлектростатические распылители создают более направленное движение аэрозоля ЛКМ, чем электромеханические и позволяют, тем самым лучше прокрашивать углубления в изделиях. Распыление ЛКМ в них производится с помощью струй сжатого воздух, подаваемого под давлением 0,05-0,4 МПа. Производительность по окраске распылителей разных типов колеблется от 30 до 300 г/мин.

Очень производительны щелевые электростатические распылители марок ЩЭР-1 и ЩЭР-2. Длина их коронирующей кромки равна 500 и 700 мм соответственно; производительность их по краске достигает до 120 г/мин. Особенно хорошо себя зарекомендовали эти распылители при окраске крупногабаритных изделий и объектов со сложным профилем поверхности: железнодорожных и трамвайных вагонов, тепловозов, вагонов метро и др.

Источниками постоянного тока высокого напряжения в автоматизированных установках служат высоковольтная выпрямительная установка УВ-160-2,5, каскадный или роторный генераторы. Распылитель марки АРЭГ-1 имеет встроенный в корпус электрогазодинамический генератор, повышающий напряжение с 6 до 45 кВ. Питание электростатических и электродинамических распылителей жидкими ЛКМ обеспечивается с помощью дозирующего устройства ДКХ-3.

Электростатическим распылением можно наносить различные виды ЛКМ: грунтовки, лаки и эмали алкидные, мочевиноформальдегидные, меламиноалкидные, масляно-стирольные, эпоксидные и др. Хорошо наносятся ЛКМ, у которых =6-10, v=5 104-5 105 ом м, а вязкость =14-25 с по вискозиметру ВЗ-4. Для разведения этих ЛКМ применяют

203

разбавители марки РЭ. Толщина однослойных покрытий при нанесении составляет 18-25 мкм. При использовании распылителей с высокой частотой вращения чаши можно применять ЛКМ с вязкостью 60-80 с по ВЗ-4, при этом на 25-30% возрастает толщина получаемых однослойных покрытий. Нанесение ЛКМ, содержащих высоколетучие растворители, нитроцеллюлозных, виниловых, акриловых, применяется ограниченно изза резкого увеличения вязкости на кромке распылителя и повышенной пожаро- и взрывоопасности. Такие ЛКМ наносят на установках, снабженных искропредупреждающими устройствами. Нанесение водоразбавляемых ЛКМ также представляет определенные трудности, особенности если они содержат металлические пигменты: вследствие высокой электрической проводимости происходит утечка зарядов по слою краски. Это исключает ее зарядку и делает небезопасной работу на установках. Для автоматического пневмоэлектростатического нанесения водорастворимых ЛКМ с v 1 104 ом м разработан распылитель РВЛМ-1.

Электростатическим распылением, как правило, окрашивают изделия из металлов. Однако возможно нанесение ЛКМ и на неметаллические материалы, обладающие поверхностной электрической проводимостью не менее 108 см. Изделия из древесины могут окрашиваться при условии, что их влажность превышает 8-10%. При меньшей влажности стекание заряда ухудшается и ухудшается осаждение ЛКМ; поэтому требуются специальные меры для повышения поверхностной электропроводности древесины: предварительное выдерживание деревянных изделий в атмосфере насыщенного пара, нанесение на поверхность изделий специальных токопроводящих составов и грунтовок. Производят также обработку поверхности древесины растворами ПАВ, например, 5-10%-м раствором алкамона ДС-М или КМ в уайт-спирите или кислот (в частности фосфорной кислоты).

При окрашивании изделий из пластмасс и резины устанавливают с внутренней стороны изделия металлические экраны или вставки, подводят ток от внешнего источника (способ нейтрализации потенциалов), обрабатывают наружную поверхность растворами ПАВ.

Осаждение лаков на резиновых сапожках идет удовлетворительно, если на конвейере они навешены на заземленные металлически колодки; полнее осаждаются ЛКМ на деревянных корпусах радиоприемников и телевизоров с внутренними металлически вставками. На качество покрытий и на равномерность нанесения ЛКМ в электрическом поле оказывает влияние форма окрашиваемых изделий и комплектование их на подвесках. Качество покрытия, потери ЛКМ, безопасность работы и др. показатели процесса электроокраски зависят от типа технологических подвесок, на которые завешиваются окрашиваемые изделия. простейший тип подвески представляет собой простой стальной пруток или стержень с крючками по концам. Такие одиночные подвески применяют при

204

окрашивании изделий крупных или средних размеров. Для завешивания мелких изделий с площадью окрашивания менее 0,1 м2 чаще всего применяют групповые подвески: одноярусные или многоярусные, представляющие собой сварные конструкции с необходимым числом крючков. При завешивании изделий на технологические подвески должны выполняться следующие требования:

1)жесткое положение окрашиваемого изделия в плоскости конвейера;

2)надежность электрического контакта изделия с конвейером;

3)отсутствие экранирования изделий подвесками и взаимного экранирования окрашиваемых изделий;

4)соблюдение требуемого расстояния между изделиями, равного полуторному размеры изделия;

5)полная комплектация групповой подвески изделиями, так как при наличии на подвеске незаполненных крючков нарушается равномерность окрашивания и закрашиваются места постоянного контакта подвески изделием.

На рис. 6.28 представлены подвески для конвейеров.

Рис. 6.28. Подвески для конвейеров:

I – крюковая подвеска для автомобильных колес; II – крюковая подвеска для нескольких грузов кольцеобразной формы; III, IV, V – кольцевые захватные подвески; VI – цепные подвески

На изделиях сложной конфигурации создается неравномерное электрическое поле; заряды концентрируются на кромках и выступающих частях поверхности, в углублениях же и пазах заряды отсутствуют или плотность их меньше. Поэтому ЛКМ в первую очередь осаждаются на выпуклых и ровных поверхностях; внутренние углы, полости сосудов,

205

узкие щели, пазы не прокрашиваются в электрическом поле. Для равномерности лакокрасочного покрытия устанавливают дополнительные не коронирующие электроды или сочетают электростатическое распыление с другими способами нанесения ЛКМ.

Стационарные электроокрасочные установки снабжены вентиляцией. Скорость движения воздуха внутри камеры небольшая и составляет 0,2-0,3 м/с, а в открытых проемах 0,4-0,5 м/с. Электроокрасочные установки не имеют гидрофильтров. Это отличает их от камер пневматического распыления. Установки электроокраски снабжены автоблокировочными и сигнальными устройствами. Если объем окрасочных работ невелик и использование стационарных установок становится нерентабельным, то нанесение ЛКМ производят с применением ручных установок. Они удобны при окрашивании единичных и крупногабаритных изделий в условиях бесконвейерного производства и при ремонтных работах. Достоинство ручных электростатических установок: портативность, маневренность, которые сочетаются с более экономным расходованием ЛКМ.

Получили распространение электроокрасочные установки с механическим (центробежным) пневматическим и гидравлическим распылением ЛКМ: УЭРЦ-1, УЭРЦ-4, УРЭЦ-4, УРЭГ-4, УРЭГ-2, Ореол-100. Установка УРЭР-2 переносная, остальные передвижные. Основными узлами перечисленных установок являются: электрораспылитель с кабелем высокого напряжения, высоковольтный генератор, краскоподающее дозирующее устройство.

Установка УЭРЦ-4 имеет по два сменных распылителя, один из которых электромеханический, другой – пневмоэлектростатический. Жлектромеханический распылитель с вращающейся коронирующей насадкой обеспечивает полноту осаждения ЛКМ на 94-96%. Его удобно применять при окрашивании изделий и объектов с гладкими поверхностями: железнодорожных вагонов, пультов, щитов управления и др. При использовании пневмоэлектростатического распыления полнота осаждения ЛКМ меньше и составляет 70-80%, однако он обеспечивает лучшее прокрашивание изделий сложной формы. Более высокой производительностью, равной 300-600 г/мин по краске отличаются гидроэлектростатические установки типа УГЭР – наиболее совершенной из них является установка УГЭР-4, укомплектованная распылителем КЭВ-3, в которой ЛКМ распыляется под давлением 6-8 МПа. Электроокрасочная установка УРЭГ-2 используется для нанесения ЛКМ на изделия небольших и средних размеров разной сложности (трубы, решетки, сетки); установка укомплектована пневмоэлектростатическим распылителем со встроенным электрогазодинамическим генератором. Распыление ЛКМ производится под давлением воздуха 0,45-0,60 МПа и напряжением не более 45 Кв. Производительность по краске составляет 250-500 г/мин. С помощью ручных электростатических установок наносят мочевино-

206

формальдегидные, глифталевые и пентафталевые ЛКМ. Оптимальная вязкость их при нанесении электромеханическими распылителями составляет 15-20 с; пневмоэлектростатическими – 20-25 с по ВЗ-4.

Нанесение нитроцеллюлозных, перхлорвиниловых, водоразбавляемых ЛКМ способом ручного электростатического распыления в целях безопасности обслуживающего персонала не допускается. Нанесение ЛКМ ручным электрораспылителями производится в специальных камерах, оборудованных системой вытяжной вентиляции. Внутренние размеры камер выбираются с таким расчетом, чтобы изделия в них можно свободно поворачивать; в любом положении до стен и пола должно быть не менее 0.8 м. объем воздуха, удаляемого из камеры, определяется скоростью его движения в открытых проемах, которая при использовании электромеханических распылителей принимается равной 0,3-0,4 м/с, а при использовании пневмоэлектростатических – 0,4-0,5 м/с.

При соблюдении необходимых правил пользования ручные электроокрасочные установки не опасны в работе. Конструкции установок исключают искрообразование. Ток короткого замыкания мал и не опасен для жизни человека. На установке УРЭГ-2 он не превышает 40 мкА, в автоматических же стационарных установках ток короткого замыкания достигает 0,1 А, поэтому предусмотрено тщательное заземление аппаратуры.

6.5. Нанесение ЛКМ методом окунания

Это самый простой способ окраски изделий из древесины. Метод окунания применяется для окраски погонажных и брусковых деталей окон, деревянных стульев, плетеных изделий, деревянных карандашей и линеек, недорогих компонентов мебели. При промышленном применении этого метода изделие погружают в ванну или лоток, заполненные ЛКМ; затем извлекают и выдерживают некоторое время для стекания избытка материала с поверхности. Далее изделие транспортируют в зону сушки. Несмотря на относительную простоту оборудования и возможность механизации процесса метод не получил широкого распространения из-за использования больших объемов ЛКМ и невысокого качества покрытия. Недостатком применения этого метода является появление потеков и наплывов на кромках изделий и плохо контролируемая толщина слоя покрытия. Неравномерность толщины покрытия дефект, наблюдаемый и при других методах нанесения покрытий, однако в методе окунания этот дефект наиболее выражен. Чтобы избежать неравномерности толщины покрытия необходимо обеспечить полное и равномерное стекание избытка ЛКМ, а это зависит от многих факторов: качества ЛКМ, подготовки поверхности древесины, ее влажности и времени пребывания в ванне. Для получения качественных покрытий рекомендуется использовать ЛКМ с

207

повышенным содержанием пленкообразующих веществ с хорошим розливом и стабильной вязкостью во времени. Окрашиваемые изделия должны иметь обтекаемую и гладкую поверхность. Для получения равномерных по толщине покрытий на вертикальных поверхностях следует использовать ЛКМ с повышенной тиксотропностью. не рекомендуется применять быстросохнущие ЛКМ и наносить толстые слои. Технологически толщину и равномерность покрытия регулируют вязкость и температура ЛКМ, а также скорость извлечения изделия из ванны.

Качество и толщина покрытия при окраске изделий из древесины окунанием определяются физико-химическими и физико-механическими свойствами наносимого ЛКМ, которые в свою очередь зависят от физикохимических свойств и структуры пленкообразователя ЛКМ, состава пигментов, вязкости ЛКМ, температуры и содержания сухого остатка в

рабочем растворе. При извлечении изделия из ванны со скоростью 0 и раствор, при этом также будет увлекаться и жидкий ЛКМ. Вследствие адгезии и внутреннего трения F движение будет передаваться параллельным слоям жидкости, которые также будут подниматься, но со скоростью п. Кроме силы F, эти слои будут испытывать действие силы тяжести Р, вызывающей стекание жидкого ЛКМ со скоростью р.

Суммарная скорость движения каждого элементарного слоя х, находящегося на расстоянии х от поверхности изделия, будет равна:

х= п– р.

При условии ламинарного движения и исключения силы тяжести, скорость отдельных слоев изменяется равномерно по мере удаления от изделия и на расстоянии а становится равной нулю. При этом зависимостьп=f(x) прямолинейна, а градиент скорости d п/dx=const. В реальных условиях, когда воздействует сила тяжести Р, характер зависимости изменяется, объем жидкости , увлеченный изделием, всегда меньше. Если принять ширину слоя за единицу, а толщину за dx, то

dV= х dx,

а объем жидкости, увлеченной таким изделием, в единицу времени будет равен:

V x x dx .

0

Касательная сила трения, приходящаяся на единицу площади соприкосновения двух смежных слоев, пропорциональна градиенту скорости, то есть

F ddx ,

где – коэффициент вязкости ЛКМ.

208

С увеличением скорости извлечения и с увеличением вязкости жидкого ЛКМ толщина увлекаемого изделием слоя жидкости возрастает. Увлеченный изделием слой жидкости стекает под действием собственного веса и если окунание проводилось в жидкий ЛКМ с постоянной вязкостью, то независимо от скорости извлечения на поверхности изделия должен остаться слой, толщина которого будет определяться вязкостью, плотностью и поверхностным натяжением жидкого ЛКМ. При окунании изделия в ЛКМ процесс усложняется непрерывным изменением вязкости нанесенного на изделие слоя, вследствие чего стекание ЛКМ замедляется, а затем и совсем прекращается. При прочих равных условиях быстросохнущие ЛКМ должны образовывать более неравномерные и толстые покрытия, чем медленно сохнущие. На практике имеют дело с изделиями небольшой длины и образование покрытия на них происходит в начальный период еще не установившегося процесса. Поэтому несмотря на постоянную скорость извлечения, толщина покрытия всегда оказывается неравномерной, она всегда значительно меньше в верхней части изделия, чем в нижней. Для получения более равномерного покрытия применяют низковязкие ЛКМ и уменьшают скорость извлечения изделия из ванны. Однако толщина покрытия при этом уменьшается, что вызывает необходимость многократного окунания. При уменьшении скорости извлечения уменьшается толщина покрытия и растет равномерность покрытия по длине детали. Для обеспечения достаточных защитных свойств покрытия при нанесении грунтовочных слоев из низковязких материалов иногда применяют грунтовки с пигментами. С целью предотвращения оседания пигментов в ванне в процессе окраски, а также для увеличения толщины и равномерности покрытия в ЛКМ вводят различные структурирующие добавки типа алкоголятов алюминия, комплексные соединения бентонита, аэросил, лецитин, мелкодисперсный тальк с диаметром частиц менее 1 микрона. Добавки вводятся в ЛКМ во время его изготовления в количестве 0,05-5,0%. Большое влияние на качество покрытия оказывает степень шероховатости поверхности деревянного изделия. Погружение и извлечение изделий должно быть плавным и равномерным. При длительном пребывании в ванне ЛКМ густеют вследствие испарения растворителя, поэтому вязкость ЛКМ необходимо периодически проверять и корректировать, добавляя растворитель. Кроме всего прочего, в ЛКМ, содержащих растительные масла, протекают окислительные процессы, вследствие которых изменяется и ухудшается состав ЛКМ, ухудшается качество покрытия, уменьшается его толщина, а иногда происходит коагуляция ЛКМ. Для увеличения толщины покрытия ЛКМ подогревают до температуры 3040 С, что позволяет получать покрытия высоковязкими материалами с небольшими подтеками. Однако окунание изделий в подогретый ЛКМ приводит к увеличению потери растворителя за счет испарения с

209

поверхности. Концентрация паров растворителя в ванне увеличивается и возрастает пожароопасность установки. Большое влияние на расход ЛКМ и качество покрытия оказывает положение изделия при погружении в ванну, извлечение из нее и последующее стекание с изделия ЛКМ. Правильное положение изделия обеспечивается подвесками, к которым предъявляются следующие требования:

1)изделие при окунании должно полностью покрываться ЛКМ, на внутренних вогнутых полостях не должно образовываться воздушных пузырей;

2)при извлечении изделия из ванны ЛКМ не должен скапливаться в углублениях;

3)избыток ЛКМ должен стекать с острых кромок и углов, которые наименее заметны с точки зрения декоративной отделки;

4)после стекания избытка ЛКМ на лицевых поверхностях изделия не должно оставаться подтеков, снижающих качество покрытия;

5)изделия следует завешивать с максимальным уплотнением, сохраняя при этом необходимый разрыв между ними для предотвращения соприкосновения в процессе окрашивания и сушки.

Подвески для окрашивания мелких деталей следует рассчитывать на завешивание нескольких деталей. Общая масса для ручной подвески не должна быть больше 16 кг.

Для предотвращения образования подтеков, наплывов и обеспечения равномерности покрытия, продолжительность стекания с изделий ЛКМ должна быть не менее 10-15 минут, а температура в зоне стекания – 18-

25 С. равномерность и внешний вид покрытия улучшаются после выдержки окрашенного изделия в течение 5-15 минут в парах растворителя непосредственно над ванной во время стекания излишков ЛКМ или в паровом туннеле. Методом окунания можно наносить почти все ЛКМ: глифталевые, пентафталевые, масляные, масляно-битумные, фенольные, эпоксидные, мочевинные. При окрашивании окунанием используется специальное конструктивно несложное оборудование. Когда объем окрасочных работ небольшой, а изделия имеют небольшой вес и размеры для окрашивания нужна небольшая ванна с ЛКМ, куда изделия загружают вручную.

Тяжелые и изделия или детали укладывают в сетчатые корзины, погружают в ванну и выгружают из ванны с помощью пневматических подъемников, так как они более безопасны в пожарном отношении. В условиях массового производства, когда деревянные изделия подаются непрерывно, для окрашивания окунанием используются установки, состоящие из ванны, помещенной в закрытой камере и оборудованной вентиляцией. Подача изделий, загрузка их в ванну и выгрузка из нее производятся подвесным конвейером непрерывного действия. При таких условиях окрашивание может быть полностью автоматизировано и работа

210