7.2. Способы нанесения полимерных покрытий
Полимерные покрытия можно наносить различными способами. Выбор способа зависит от размеров деталей и изделий, их конструктивных и технических особенностей, агрегатного состояния полимерного материала и требований к покрытиям. Применительно к сельскохозяйственной технике наиболее пригодно и доступно газопламенное, вихревое, вибрационное и вибровихревое напыление, а также нанесение полимеров в электростатическом поле.
Газопламенный способ обычно применяют для покрытия больших поверхностей. Сущность способа заключается в том, что струя воздуха со взвешенными в ней частицами порошкообразного полимера проходит через факел ацетилено-воздушного пламени. При температуре 650...700 °С и выше порошкообразный полимер размягчается и при ударе о подготовленную и нагретую до температуры плавления полимера поверхность детали сцепляется с ней, образуя сплошное полимерное покрытие.
Газопламенное напыление целесообразно применять для двоякой цели: для защиты от коррозии и устранения дефектов (выравнивание поверхности) облицовок различных сельскохозяйственных машин: зерновых жаток, комбайнов и культиваторов; капота, крыльев и кабин. Для газопламенного нанесения полимерных покрытий используют специальные установки типа УПН (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Схема установки УПН-6-63 газопламенного напыления полимеров
Вихревой способ. При вихревом напылении металлическая деталь, нагретая до температуры, превышающей температуру плавления полимерного материала, опускается в ванну, где находящийся во взвихренном состоянии благодаря потоку воздуха или инертного газа полимерный порошок соприкасается с ней, плавится и образует защитную пленку. Для окончательного оплавления и выравнивания слоя изделия снова помещают в электропечь.
Схема установки для вихревого напыления показана на рис. 7.2. Две камеры 3 и 6 разделены пористой перегородкой 4 и фильтром 5. Воздух или инертный газ по трубопроводу под давлением 0,15...0,25 МПа поступает в нижнюю камеру 6, где поддерживается давление, создающее в верхней камере 3 взвихренный слой, вследствие чего полимерный порошок, лежащий в ней на пористом основании, распыляется.
Подачу воздуха и отсос через кольцевой карман над верхней камерой регулируют так; чтобы высота взвихренного слоя была в 1,35...1,8 раза больше первоначального слоя порошка. Нагретую деталь (например, до 280...300 °С при нанесении поликапроамида) погружают во взвихренный слой и выдерживают там в течение определенного времени (3...20 с), необходимого для получения слоя заданной толщины. Обычно в течение 2...5 с удается получить слой толщиной 0,15...0,2 мм, если нагретая деталь обладает достаточной теплоемкостью.
Рис. 7.2. Схема установки для вихревого напыления:
1 – баллон; 2 – зонт; 3 – камера верхняя; 4 – перегородка пористая;
5 – фильтр; 6 – камера нижняя; 7 – пылесос
Вихревой способ имеет ряд преимуществ перед газопламенным:
1) простоту аппаратурного оформления и легкость обслуживания аппарата;
2) высокую производительность и пригодность для покрытия изделий сложной конфигурации;
3) используя для создания взвешенного слоя инертные газы (азот и др.), можно почти полностью устранить окисление полимеров и получать светлые покрытия высокого качества.
К недостаткам этого метода относятся:
1) трудность покрытия узлов изделий, имеющих в разных сечениях неодинаковую толщину;
2) громоздкость аппаратуры для покрытия крупногабаритных изделий;
3) наблюдаются также заниженная толщина пленки на кромках деталей по сравнению с остальной частью поверхности и неравномерное покрытие острых кромок и узлов между элементами узлов изделий, образование в этих местах дефектов в виде пор, утонений и даже разрывов.
Вибрационный способ. При вибрационном способе полимерный порошок поддерживается во взвешенном состоянии прямолинейными колебаниями в вертикальном направлении.
В отличие от вихревого способа, вибрационный не требует применения сжатого воздуха или инертного газа и устройства для подогрева смеси. Он основан на способности сыпучих материалов течь при вибрировании, то есть приобретать некоторые свойства вязкой жидкости.
Установки для вибрационного напыления отличаются простотой конструкции и доступностью изготовления в любой ремонтной мастерской. На рис. 7.3. показана схема установки для вибрационного напыления.
Установка состоит из корпуса и вибратора электролобзика ЭЛ-2, стального диска 11, цилиндра 7, эластичного резинового дна 6, стального кольца 5 и крышки 9. Диск 11 устанавливается на вибратор и закрепляется винтом. Цилиндр 7, изготовленный из гильзы двигателя, крепится на корпусе электролобзика болтами 3. Внизу цилиндра с помощью стального кольца 5 крепится эластичное дно. Крышка 9 служит для создания подпора воздуха, необходимого для лучшего кипения порошка. Она имеет отверстие для пропуска подвески детали.
Перед напылением, как и при вихревом способе, детали очищают от ржавчины, грязи и обезжиривают, Не подлежащие напылению поверхности изолируют фольгой, асбестом, стеклотканью или другими защитными материалами. Для получения прочного сцепления покрытия с металлом желательно напыляемые детали обработать на дробеструйной установке или драчевым напильником. Затем детали нагревают в печах или других устройствах, имеющих автоматические терморегуляторы. Температура нагрева их для нанесения порошков капрона П-46, ПФН-12 и ТПФ-37 – 250...260 °С, поливинилбутираля – 300...310 °С, полиэтилена – 260...270 °С и пентапласта – 260...280 °С.
Рис. 7.3. Схема установки для вибрационного напыления:
1 – корпус вибратора; 2 – выключатель; 3 – болт; 4 – вибратор;
5 – кольцо стальное; 6 – дно резиновое; 7 – цилиндр;
8 – обрабатываемая деталь; 9 – крышка; 10 – рукоятка; 11 – стальной диск
Обычно толщина напыленного слоя достигает 0,2...0,3 мм. Она зависит от продолжительности пребывания детали в псевдоожиженной среде порошка. При увеличении температуры нагрева детали может быть получена толщина до 1 мм.
Для повышения прочности и износостойкости покрытия, снятия усадочных напряжений и предохранения слоя от окисления после напыления детали закаливают погружением в масляную ванну, нагретую до 160...170 °С, и выдерживают их в течение 30 мин с последующим медленным охлаждением вместе с маслом.
Стоимость вибрационного способа покрытия деталей полимерами в 1,5 раза дешевле вихревого за счет снижения затрат, связанных с подогревом и расходом инертного газа.
К недостаткам вибрационного способа относятся:
1) малый коэффициент объема;
2) неравномерность взвешенного слоя, приводящая к неравномерности толщины покрытия. При использовании этого метода предъявляют повышенные требования к дисперсности полимера и тщательности подбора компонентов по массе и размерам частиц, чтобы не происходило расслоения смеси по фракциям.
Вибровихревой способ. При этом способе псевдосжижение полимерного порошка при подаче газа через пористое дно установки совмещено с вибрацией дна или всего аппарата. Стабильность псевдосжиженного слоя порошкообразного полимера на вибровихревых установках в меньшей степени, чем в других установках, зависит от размеров аппарата, влажности и дисперсности порошка, высоты слоя полимера. В этих аппаратах можно проводить ожижение порошков, которые обычными методами с трудом переводятся во взвешенное состояние, например полистирола.
Нанесение покрытия в электростатическом поле. Этим способом можно напылять как растворы, так и сухие холодные порошки. Принцип способа такой же, как и при получении покрытий в электростатическом поле на основе лакокрасочных материалов. Отличие состоит в том, что изделие с напыленным материалом нагревают для оплавления порошка и формирования покрытия. Это наиболее удобный и дешевый способ нанесения равномерных покрытий на изделия любой формы, позволяющий применять как ручные, так и автоматические установки. Для напыления успешно используют полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласты, нейлон и другие полимерные материалы.
В качестве источника высокого напряжения могут использоваться любые электростатические генераторы или выпрямительные устройства с напряжением на выходе до 50...150 кВ.