§ 1. Высыхание лакокрасочных материалов

Технология нанесения лакокрасочных материалов на кузов автомобиля

Глава 4.

Нанесение автомобильных эмалей. Современная класификация. Продолжение (начало здесь).

Инфракрасная сушка

Итак, процесс высыхания од но компонентных материалов был обусловлен физико-химическими свойствами этих материалов, и мы имели дело с так называемым физическим высыханием. То есть формирование твердого слоя автомобильной эмалевой краски происходило за счет и по мере испарения из жидкой краски растворителей, преимущественно посредством взаимодействия с окружающей средой.

При этом количество связующих веществ не менялось, а сам лакокрасочный слой получался обратимым, поскольку связующие вещества могли растворяться снова. Исключением из этого правила являются алкидные и меламиноалкидные материалы, из которых благодаря протекающим после нанесения реакциям с кислородом формируется тоже необратимое покрытие.

Двухкомпонентные материалы высыхают уже по несколько иной схеме, и главное отличие состоит в том, что при испарении растворителя во время формирования слояэмалевой краски образуются поперечные связи между молекулами связующего вещества. Это происходит благодаря присутствию в лакокрасочном материале отвердителя, способствующего процессу полимеризации.

В результате такого высыхания получается химически более стойкое к агрессивным внешним воздействиям покрытие, нежели в результате физического высыхания. А после того как покрытие стало сухим и твердым (произошло отверждение), оно уже не может быть растворено оригинальными растворителями, т. е. процесс отверждения является необратимым (за исключением, пожалуй, отверждения базы в системе «база под лаком»).

Вследствие самой природы химического высыхания этот процесс может быть ускорен различными способами, и один из них — ускорение времени испарения растворителя (и химических реакций), что достигается посредством увеличения температуры сушки нанесенного лакокрасочного материала. Если после распыления краску нагреть, то это соответственно ускорит процесс ее высыхания.

В тему:

Радиационный теплообмен (лучистый теплообмен, теплообмен излучением) — превращение внутренней энергии вещества в энергию излучения (энергию фотонов или электромагнитных волн), перенос этого излучения в пространстве и его поглощение другим веществом.

Давайте рассмотрим, с какими видами нагревания поверхности для проведения сушки нанесенного лакокрасочного материала мы имеем дело в автомастерской.

Традиционно в большинстве случаев обработанная деталь сушится в окрасочно-сушильной камере, воздух в которой нагревается до определенной температуры (около +60 °С).  Нагревание в этом случае происходит конвекционным способом, т. е тепло передается от объекта с большей температурой объекту с меньшей через атмосферу, посредством воздуха. Внешние слои лакокрасочного материала нагреваются в первую очередь, а затем передают тепло внутренним. При этом мы имеем дело уже с теплопроводностью.

Другое дело — радиационное нагревание. Здесь тепло является продуктом поглощения определенного электромагнитного излучения, которым облучается объект сушки.

Электромагнитные волны распространяются в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

В вакууме скорость распространения электромагнитных волн приблизительно равна 300 000 км/с.

В однородных изотропных средах направления напряженностей электрических и магнитных полей электромагнитные волны перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е. электромагнитная волна является поперечной.

При прохождении электромагнитных волн через среду возможны процессы отражения,  преломления, дифракции и интерференции, дисперсии и др.

Инфракрасные лучи — часть спектра излучения электромагнитных колебаний, они-то и используются в получивших сейчас широкое распространение инфракрасных сушках.

Для технических целей инфракрасное излучение подразделяется на три группы.

Определяющим фактором излучения является длина волны:

• между 0,8 и 2,0 мк для коротковолновых ламп;
• между 2,0 и 4,0 мк для средневолновых ламп;
• между 4,0 и 6,0 мк для длинноволновых ламп.

Распределение энергии, поступающей от разных источников инфракрасного излучения, различается в значительной степени и, соответственно, имеет разный эффект.

На практике выделяют три типа инфракрасных излучателей, использующихся при автомобильном ремонте, в зависимости от длины волны: коротковолновые, средневолновые и длинноволновые излучатели. Основные критерии — это время, температура, а также технология применения материалов.

Эффект воздействия инфракрасного излучения зависит не только от его интенсивности и длины волны, но и оттого, сколько энергии поглощается слоем краски.

Величина поглощаемой энергии в основном зависит от следующих факторов:

• Отражение. Часть излучения отражается от поверхности и не оказывает никакого воздействия;
• Поглощение. Часть излучения (меньшее количество, так как часть уже отразилась) поглощается материалом и превращается в тепло;
• Передача. Оставшееся излучение проникает в лакокрасочную систему и превращается в тепло на поверхности металла.

Тип излучения влияет на процесс теплопередачи, от которого, в свою очередь, прямо зависит время сушки лакокрасочного материала.

При использовании коротковолновых инфракрасных ламп тепло в основном передается с помощью излучения.

Необходим небольшой период выдержки перед окончательной просушкой объекта, так как объект получает тепло из подложки, т е. нагрев происходит изнутри наружу, и растворитель может легко и быстро испариться. Поэтому применение коротковолнового излучения можно выделить как наиболее перспективное направление развития технологии инфракрасной сушки.

Длинноволновое излучение действует наоборот: в основном тепло передается с помощью конвекционного нагревания.

Необходимо относительно длительное время выдержки перед просушиванием слоя краски (нагревание идет так: тепло верхних слоев передается нижним), чтобы растворитель смог испариться первым до закрытия поверхности краски (образования первичной пленки), не вызвав при этом дефектов на готовом лакокрасочном покрытии.

С чисто технологической точки зрения существует три типа инфракрасного оборудования:

• С длинноволновым устройством сушки. Длина волны — приблизительно 4мк. Источник инфракрасного излучения нагревается до максимальной температуры + 750 °С, тогда как сам объект сушки нагревается примерно до +40... +50 °С. Поэтому интенсивность излучения невелика (около 1 0 кВ/мг), а период нагрева и остывания достаточно продолжителен и составляет 15-20 минут;

• Со средневолновым устройством сушки. Волна в этом случае (ее длина составляет от 2 до 4 мк) несет максимальный уровень энергии: источник излучения достигает температур в районе + 750... + 1,450 °С, а сам объект сушки нагревается до +80... +90 °С. Интенсивность излучения составляет 70 кВ/ м² что намного больше по сравнению с длинноволновым излучением. В данном случае 75 % излучения поглощается краской; 

• С коротковолновым устройством сушки. Длина волны составляетоколо 0,9-2,0 мк, а источник излучения может достичь максимальной температуры + 3000 °С. Время нагрева очень короткое. Интенсивность излучения не превышает 200 кВ/м2, передача излучения объекту составляет 90 %.

Среди причин возросшего внимания к технологии ИК-сушки можно выделить следующие:

• объект покраски сохнет изнутри;
• высокий уровень тепло передачи и сокращенная длительность процесса;
• незначительный расход энергии (теплота создается только там, где она необходима);
• низкие энергетические/тепловые потери в окружающем воздухе;
• сравнительно невысокая стоимость нагревательных приборов;
• оптимальная приспособленность к геометрии объекта сушки.

В дополнение ко всему перечисленному инфракрасное оборудование обладает высокой экологичностью и надежностью в эксплуатации.

Многие инфракрасные излучатели, используемые на автосервисных предприятиях, имеют так называемый режим разгона. Для чего он нужен? Для того, чтобы не произошло закипания лакокрасочного материала, т. е. если в технологической документации, сопровождающей тот или иной лакокрасочный материал, написано, что ему необходимо определенное время для первоначального прогрева при половине мощности ИК-сушки, то надо этой рекомендации обязательно следовать, в противном случае мы получим закипание ПК материала.

Если у применяемого оборудования нет режима разгона, то начинать прогревать окрашенный элемент надо на более удаленном расстоянии от излучателя, а затем перенести его ближе.

Следует также помнить, что время сушки зависит от цвета эмалевой краски и ее состава, поскольку разные материалы имеют разную отражающую способность: светлая краска отражает часть лучей, не поглощая их, поэтому и сохнет дольше. Краски типа «металлик» усиливают этот эффект. Частички алюминия, присутствующие в них, отражают лучи, как зеркало. Поэтому определяющим является состав краски «металлик».

Темные краски сохнут намного быстрее, чем светлые. И особенно сильно это проявляется при продуцировании на поверхность инфракрасного излучения с короткими волнами, высокочувствительного к цвету нанесенного лакокрасочного материала.

Инфракрасное излучение со средней длиной волны, напротив, к цвету почти не чувствительно.

Далее →

← Назад

← К началу статьи