Процесс напыления полимерных материалов заключается в следующем. Порошок полимера наносят на предварительно нагре­тую поверхность изделия и под действием тепла, накопленного

2 Подпись: бЗак. 468

изделием, он оплавляется, образуя ровное гладкое покрытие. Про<: цесс протекает по схеме: предварительный нагрев изделия, осаж*| дение порошка и оплавление покрытия. Если изделие тонкрстеп-.І ное и не может аккумулировать достаточный запас тепла для! оплавления порошка, процесс завершают в печи. Предваритель* ный нагрев изделия необходим для налипания порошка. Если по — рошку и изделию сообщить электрические заряды противополож­ных знаков, то осаждение и удержание порошка на поверхности изделия будет осуществляться за счет электрических сил. В этом1 случае процесс протекает в две стадии: осаждение и затем оплав-’І ление порошка. д

Для получения порошковых покрытий могут быть ИСПОЛЬЗб-а ваны композиции как на основе термопластичных полимеров (пб*1 лиэтилеиа, поливинилхлорида, поливинилбутираля и др.), так if! термореактивных (эпоксидных, полиэфирных смол и др.). К тер-‘ мопластичпым относят полимеры, которые при нагревании пе-:^ реходят в вязкотекучее состоянйе, а при охлаждении затверде-^ вают без изменения первоначальных свойств. Термореактивные, полимеры при нагревании переходят в неплавкое, нерастворимой^ состояние. Технология нанесения этих материалов отличается л„ишь в конечной стадии процесса: покрытия из термореактивний композиций после, оплавления требуют дополнительной длительной’^ термической обработки. При термообработке происходит химиче-‘f ская сшивка макромолекул полимера и покрытие приобретает проч-1 ность и хорошее сцепление с подложкой. В случае термопластич — Ш ных композиций процесс заканчивается сразу после оплавления порошка.

Таким образом, при использовании порошков полимеров уда-j ется получать тонкие пленки, минуя стадии растворения полимера и удаления растворителей, необходимых для образования пленок из большинства лакокрасочных материалов. Полное отсутствие растворителей — главное отличие и основное преимущество процес­са напыления порошковых композиций.

Разнообразны методы нанесения порошковых композиций (бо­лее двадцати промышленных вариантов). Общепринятой класси­фикации методов нет; их Отличают по условиям образования взве­шенного (кипящего) слоя (вихревой, вибрационный, внбровихре* вой методы), по способу нанесения порошка на изделие (струй­ный метод, распыление в электрическом поле, напыление в иони­зированном кипящем слое), по способу оплавления порошка (теп­лолучевой, индукционный, газопламенный методы), по виду приме­няемой аппаратуры (камерные, бескамерные методы) и др.

Наибольший интерес для производства представляет вихревое напыление, напыление в ионизированном кипящем слое и распыле­ние в электрическом поле.

Вихревое напыление. При вихревом методе напыления порошок полимера, засыпанный в резервуар (ванну), переводится в взвих­ренное кипящее состояние с помощью газа, проходящего через по-

ристое дно ванны или специальную пористую перегородку {рис. 1).

Подпись: хревого напыления: / — корпус аппарата; 2— пористая пере* городка; 3 — взвихренный кипящий слой порошка полимера; 4 —изделие. Покрытие получают следующим образом: изделие нагревают в печи на 100—150°С выше температуры плавления полимера, окунают во взвешенный слой порошка, встряхивают для удаления избытка порошка и затем помещают в печь. По своим свойствам кипящий слой порошка полимера напоминает жидкость: порошок свободно обволакивает изделия, погруженные в ванну. При изуче­нии кипящего слоя полимера установлено, что слой имеет три зоны: первая зона по высоте составляет 0,01—0,02 общей высоты слоя, находится непосредственно над пористой перегородкой и ха­рактеризуется большой разряженностью — малой концентрацией частиц полимера; вторая зона по высоте составляет 0,90—0,95 высоты слоя и характеризуется постоянной плотностью и большой однородно­стью; третья зона по высоте состав­ляет 0,03—0,09 высоты слоя, отли­чается высокой скоростью передви­жения (выброса) частиц полимера и большой разряженностью. Зоны не имеют четких границ, однако их наличие следует учитывать при из­готовлении и эксплуатации ванн напыления.

Структура кипящего слоя зави­сит в первую очередь от скорости газового потока, а также от физи­ческих свойств порошковой компо­зиции; размера чайтиц, их плотности, влажности порошка и др. При медленном движении потока газа слой порошка остается неподвижным, а газ фильтруется чер^з слой. При увеличении ско­рости потока частицы порошка переходят во взвешенное состояние и начинают медленно циркулировать в объеме аппарата. Насту­пает режим кипения, который характеризуется незначительным пе­ремешиванием и относительно спокойной поверхностью слоя. Дальнейшее увеличение скорости потока газа приводит к разру­шению слоя и резкому возрастанию уноса порошка из аппарата. Движение частиц из хаотического превращается в строго ориенти­рованное в направлении восходящего потока газа.

Таким образом, область существования взвешенного слоя по структуре, благоприятной для получения порошковых покрытий, ограничивается скоростями начала образования взвешенного слоя и уноса порошка.

Большое влияние на структуру кипящего слоя оказывают раз­меры частиц. Хотя во взвешенное состояние могут быть переве­дены материалы с размером частиц от 0,001 до 65 мм, однородный кипящий слой образуют частицы с размером от 0,01 до 0,2 мм.

Подпись:Я

Крупные частицы вызывают сильное колебание слоя. Взвешенный слой частиц менее 0,010 мм характеризуется неустойчивым режи­мом кипения и образованием сквозных каналов.

Использование увлажненного порошка также приводит к не­равномерному распределению газового потока в слое: барботиро — ванию пузырей и каналообразованию.

На практике действует совокупность факторов. Так, при ис­пользовании мелких частиц порошка можно уменьшить необходи­мую скорость воздуха. Например, для псевдоожижения частиц с размерами 60 мкм требуется скорость воздуха —5,5 м/с, а с раз­мерами 370 мкм — 16,2 м/с.

Подпись: Рис. 2. Состояния взвешенного слоя порошка полимера: А—однородный слой; *> — в условиях поршнеобраэоваийя; в—л условиях барботироваиин; г —в условиях к«ш~лообразов«))іия; <?—неподвижный.
ОСНОВЫ ПРОЦЕССА НАПЫЛЕНИЯ

Возможные состояния взвешенного слоя показаны на рис. 2. Следует подчеркнуть, что только при условии существования одно­родного взвешенного слоя порошка удается получать покрытия, вы­сокого качества.

В значительной степени повышению однородности кипящего слоя способствует вибрация. Она значительно уменьшает канало­образован не и барвотирование. Аппарат для вибровихревого на­пыления показан на рис. 3. Установлено, что вибровихревым методом получают покрытия, более равномерные по толщине. Осо­бенно важно, что качество кипящего слоя при таком методе в меньшей степени зависит от габаритов ванны, высоты слоя, влаж­ности и гранулометрического состава порошка.

Важной характеристикой кипящего слоя является коэффициент расширения слоя порошка К, представляющий собой отношение высоты кипящего слоя Н к высоте неподвижного слоя порошка Я0:

К^Н! Нй

Ниже приведены значения коэффициентов расширения слоя по­рошков полимеров для различных методов напыления:

Вихревой

Вибровихревой

Полиэтилен высокой плотности. . .

. . . 1,17

1,73

Полйвгашлбутираль ……..

. . . 1,62

1,72

Поликапроамид……………………………….

1,70

Полиформальдегид………………………….

1,77

Полистирол …..і…….

1,66

а

за несколько проходов. Опти­мальная толщина покрытий, по­лучаемых методами вихревого и вибровйхревого напыления, со­ставляет 150—350 мкм.

Подпись: Для стабилизации кипения порошков используют шариковые, воздушные или электромагнитные вибраторы с частотой импульса .50 или 100 Гц при амплитуде 0,2—0,3 мм. Вибрировать может как дію ванны, так и весь корпус аппарата. Воздух, подаваемый в аппарат, должен быть сухим и. чистым, Методом вихревого и вибровйхревого напыления получают покрытия толщиной до 1,5 мм за один проход и более толстые покрытия

Подпись: Рис. 3. Схема аппарата для вибро- вихреного напыления: і —нэделпе;. 2 — корпус аппарате; 5 т- пористая перегородка; 4 — эластичная диафрагма; 5 *“ шар икону й воздушный вибратор; € — струбцина; 7 — кипящий слой порошка полимера. Толщина слоя, при вихревом напылении зависит от температу­ры и времени предварительной выдержки изделия в печи; на толщину слоя и его равномер­ность оказывает также влияние структура кипящего слоя.

Вихревые аппараты простыло конструкции и экономичны в эк­сплуатации (при нормально ки­пящем слое выбросы, т. е. потери, порошка незначительны). Ис­пользование вихревого метода по­зволяет автоматизировать про­цесс нанесения покрытий. Вместе с тем этот метод не может быть применен для напыления порош­ка на изделия сложной конфигу­рации (объемные, с углубления — ‘ ми, отбортовками) из-за сложно­сти удаления избытка порошка с плоскостей, занимающих гори­зонтальное положение при окунании. Не представляется возмож­ным также наносить порошок на крупногабаритные или разно — толщинные изделия. В последнем случае трудно получить качественное покрытие, так как поверхности изделий нагреваются неравномерно.

Метод вихревого напыления оправдывает себя при получении покрытий на проволочных изделиях’ различного назначения, проволоках, стержнях, а также на плоских и объемных деталях простой конфигурации с размером до 250 мм. В случае необходи­мости получения покрытий толщиной менее 150 мкм следует ис — .пользовать методы напыления в электрическом поле,

Напыление в ионизированном кипящем слое. Метод основан на использовании электрических зарядов для транспортировки, осаж­дения и удержания, порошка на поверхности изделид.

Аппарат для напыления в ионизированном кипящем слое (рис. 4) состоит из ванны с электродом в виде тонкой иихромовой проволоки, натянутой над пористой перегородкой или по пери­метру ванны. Электродом может также служить решетка с длин­ными иглами или сетка.

При подключении источника высокого напряжения (например, отрицательного заряда на электрод, а положительного на изделие) между электродом и изделием образуется электрическое поле. В тех местах, где напряженность поля достигает 30 кВ/см и выше, возникает коронный разряд, при котором электрические заряды стекают в воздух, заряжая его молекулы и. образуя ионы. Ча­стицы порошка, находящиеся во взвешенном состоянии, получают

К оплавителъной печи

ОСНОВЫ ПРОЦЕССА НАПЫЛЕНИЯ

Рис. 4. Схема аппарата для напыления в ионизиро­ванном кипящем слое:

I — корпус аппарата; 2 — кипящий слой порошка полимера; ,1 — коронирующий электрод; <—источник высокого напряже­ния; S — изделие; 6 — конвейер.

заряд от ионизированных молекул воздуха и, двигаясь вдоль си­ловых линий электрического поля, осаждаются на изделии плотным ровным слоем. При нормальных условиях зарядки электростатиче­ские силы притяжения настолько велики, что порошок может удер­живаться на поверхности изделия в течение нескольких суток. ,

Длительное сохранение заряда каждой частицей порошка по­зволяет наносить его на изделие без предварительного его нагрева. Однако это не исключает необходимость последующего оплавления покрытия в печи.

Напылением в ионизированном кипящем слое получают покры­тия толщиной до 150 мкм. Оптимальная толщина покрытий 100— 120 мкм. Качество покрытия при нанесении в ионизированном слое зависит от величины напряжения между электродом и изделием и характеристик напыляемых материалов. Повышенная влажность среды или порошка снижает эффективность процесса.

Так как при этом методе не требуется предварительный нагрев изделий, то можно получать покрытия на изделиях больших разме­ров. На качество покрытия не влияет разнотолщинность изделия.

В ионизированном кипящем слое наносят полимерные компо­зиции на металлические ленты, корпусные детали, металлическую мебель и др.

Регулируя напряженность электрического поля и продолжи­тельность выдержки изделий в зоне, можно изменять толщину по­крытия. Интервал регулируемого напряжения составляет 10— 50 кВ, длительность процесса 2—10 с.

Подпись: Рис, 5, Схема'камеры для получе на покрытий в электрическом поле: 1 — источник высокого напряжения; 2 —буп- Кер-питатель* 3 — паиель; 4—. циклон; 5 — изделие; 5—вентилятор; 7 —конвейер; 8 — при* точная вентиляция; 9 — электрод высокого напряжения; /0распылитель- Для изделий сложной конфигурации полезно для получения равномерных покрытий размещать дополнительные электроды. Расстояние между коронирующи — ми электродами должно быть не более 50 мм, заземленное изде­лие должно быть расположено на расстоянии не менее 200 мм от ближайшего электрода.

Распыление в электрическом поле. Метод заключается в том, что частица порошка, соприкаса­ясь с электродом, размещенным в головке пистолета-распылителя, заряжается и, следуя вдоль си­ловых линий электрического по­ля между пистолетом и изделием,, оседает на изделии. На пистолет — распылитель подается отрица­тельный потенциал источника то­ка, а изделие заземляют. После осаждения на изделии порошок оплавляется. Электрораспылите — , ли бывают ручными или могут быть встроены в специальную ка­меру. Одна из таких камер для нанесения порошковых компози­ций распылением в электрическом поле изображена на рис. 5.

Камера устроена таким образом, что порошок, не попавший на изделие 5 через отверстия в полу кабины или панели 3, захва­тывается принудительно движущимся воздухом, проходит двухсту­пенчатое осаждение, очищается и вновь подается на распылитель

10. Очищенный от порошка воздух возвращается в камеру.

Метод распыления в электрическом поле наиболее универса­лен. Он позволяет наносить порошковые композиции на изделия любых конфигураций и размеров, например, на крупногабарит­ные детали сложной формы, такие как корпуса холодильников, баки стиральных машин, металлическую мебель и др. Оптималь­ная толщина покрытий 100—120 мкм. По конструкции аппараты для электрораспыления более сложны, чем вихревые, вибровихре* вые или с ионизированным кипящим слоем.