Нанесение способом электроосаждения

Содержание

Введение 5

1 Аналитический обзор с элементами патентной проработки 7

1.1 Нанесение способом электроосаждения 8

1.2 Оборудование для электроосаждения 10

1.2.1 Основное оборудование 10

1.2.2 Вспомогательное оборудование 16

1.3 Дефекты покрытия при катафорезном нанесении 17

1.4 Новые разработки в области электроосаждения 19

1.5 Обоснование выбора технологической схемы 20

2 Технологическая часть 21

2.1 Описание технологической схемы 21

2.1.1 Подготовка поверхности перед окраской 22

2.1.2 Механизм процесса электроосаждения 23

2.1.3 Ультрафильтрация и промывка ультрафильтратом 24

2.1.4 Отверждение катафорезного грунта 25

2.1.5 Нанесение порошкового материала 25

2.1.6 Формирование покрытия в печи отверждения 25

2.2 Характеристика сырья и  производимой продукции 26

2.2.1 Пигментная паста 27

2.2.2 Пленкообразующее вещество 28

2.2.3 Специальные добавки 28

3 Расчет материального и теплового балансов 31

3.1 Расчёт материального баланса 31

3.2 Расчёт теплового баланса 33

4 Расчет основного оборудования 35

4.1 Определение габаритных размеров установки 35

5 Расчет вспомогательного оборудования 39

5.1 Расчет вентиляционных систем 39

5.2 Расчет систем перемешивания 39

5.2.1 Внешняя система перемешивания 39

5.2.2 Внутренняя система перемешивания 40

5.3 Расчет диаметра трубы для слива лакокрасочного материала 40

Заключение 42

Список литературных источников 43

 

 

Введение

На  протяжении тысячелетий человечество пользуется лаками и красками; их потребительские  качества, однако, проявляются в  покрытиях. В настоящее время  лакокрасочные покрытия – основное средство защиты и отделки объектов, предметов и изделий разного назначения. На их долю приходится около 80% противокоррозионной защиты изделий машиностроения; свыше 90% поверхности зданий и строительных конструкций подвергаются окрашиванию. Нанесением лакокрасочных покрытий заканчивается процесс производства изделий мебельной, кожевенно-обувной, полиграфической промышленности, многих резиновых изделий. Велика и ответственна роль лакокрасочных покрытий как основного средства электроизоляции, герметизации, защиты от излучения, декоративной отделки в радио-, электротехнической и электронной промышленности, при производстве космических кораблей и летательных аппаратов.

Три основные функции выполняют лакокрасочные  покрытия: декоративную, защитную и специальную. По мере развития науки и промышленности удельное значение второй и третьей функций все более возрастает.

Роль  покрытий как средства защиты материалов от разрушения особенно проявилась с  ростом производства и потребления  металлов. Усиление борьбы с коррозией  предусматривает не только увеличение доли потребления лакокрасочных  материалов, но, в первую очередь, резкое улучшение качества и защитной способности покрытий.

С развитием потребляющих отраслей промышленности все более возрастают требования к лакокрасочным покрытиям. Сейчас уже нельзя говорить об универсальных  покрытиях, как это было несколько  десятилетий назад. Все более  существенной становится роль покрытий целевого назначения: химически-, термо-, морозо-, огне- и радиационностойких, антифрикционных, антиадгезионных, фотоактивных и оптически прозрачных, камуфляжных, криофобных и т. д. Такие покрытия нужны для борьбы с кавитацией, обледенением, грязеудержанием, обрастанием в морских условиях микроорганизмами, для целей звукоизоляции, светомаскировки и создания источников света, регулирования физиологической и оптической активности материалов, решения ряда санитарно-гигиенических задач.

Большие масштабы использования лакокрасочных  покрытий неслучайны, они связаны  со многими их достоинствами: многоцветностью, разнообразием свойств и фактуры  поверхности, удобством нанесения  и реставрации, возможностью сочетания  с другими, в первую очередь неорганическими, покрытиями, относительно невысокой  стоимостью, многоцелевым назначением. Лакокрасочные покрытия получили практическое применение раньше других покрытий и  в настоящее время являются доминирующими.

Процесс получения лакокрасочного покрытия состоит из следующих технологических  операций: подготовки поверхности; грунтования; нанесения покрывных материалов; сушки.

При грунтовании можно использовать метод электроосаждения, что позволяет  механизировать и автоматизировать процесс окрашивания, наносить лакокрасочные  материалы на изделия достаточно сложной конфигурации и получать плотные покрытия  равномерной  толщины по всей поверхности. Метод  производителен и экономичен, особенно при больших объемах окрасочных работ.

Ограничение области применения электроосаждения обусловлено спецификой применяемых  ЛКМ, сложностью и большой стоимостью оборудования, получением только однослойных  покрытий, причем на изделиях из токопроводящих материалов. Кроме водорастворимости, применяемые для электроосаждения ЛКМ должны обладать определенными  значениями рассеивающей способности, электрической проводимости, вязкости. В зависимости от типа ЛКМ осаждение  может происходить на аноде (анофарез) или на катоде (катафорез). Сущность катодного электроосаждения заключается  в ионизации частиц пленкообразующего вещества под действием электрического поля и движения к катоду, которым является окрашиваемое изделие.

 

1 Аналитический обзор с элементами  патентной проработки

Качество  покрытия зависит не только от применяемого ЛКМ, но и от технологии изготовления покрытия – правильного выбора способа нанесения и соблюдения предписанных технологических режимов. Различают способы нанесения жидких и порошковых ЛКМ.  Нанесение жидких ЛКМ основано на:

1) превращении их в аэрозоли с последующим осаждением и коагуляцией в тонком слое;

2) смачивании поверхности;

3) осаждении вещества из жидкой среды при воздействии электрического тока;

4) адсорбции из газовой или паровой фазы.

К первой, наиболее распространенной группе способов относятся: пневматическое распыление, электростатическое распыление, гидравлическое (безвоздушное) распыление, аэрозольное  распыление. Общим для всех способов является то, что жидкий ЛКМ предварительно диспергируется – превращается в  аэрозоль. От свойств аэрозоля, насколько  он полно осаждается и коагулирует  на поверхности, зависят экономика и качество получаемых покрытий.

Вторую  группу способов составляют окунание, облив, окраска валиками, в барабанах, кистями и другими ручными  приспособлениями. Для их осуществления  необходим прямой контакт твердой  поверхности и жидкого ЛКМ  и возможно более полное взаимодействие (смачивание).

Третью  группу представляют такие перспективные  способы, как электро- и автоосаждение  и электрополимеризация.

К четвертой группе относят сравнительно новые способы: полимеризация в  тлеющем разряде, инициированная полимеризация  мономеров из паровой фазы и др.

Нанесение порошковых ЛКМ основано на их способности  легко превращаться в аэрозоль. Аэрозоль осаждается на твердой поверхности в результате:

1) электризации  аэрозольных частиц (сообщается  заряд противоположный по знаку  заряда поверхности);

2) контактирования  аэрозоля с нагретой поверхностью;

3) контактирования  аэрозоля с липкой поверхностью  подложки;

4) конденсации  аэрозоля на холодной поверхности.

В отдельных случаях применяют  нанесение порошковых красок на горизонтальную поверхность насыпанием, насеиванием  и т. д.

Распыление  жидких ЛКМ:

– пневматическое (с подогревом, без подогрева );

– электростатическое (с автоматическими и с ручными распылителями);

– гидравлическое (при низком  и  высоком  давлении ).

  Окунание:

– обычное;

– с выдержкой в парах растворителей;

Облив:

– обычный;

– с выдержкой в парах растворителей (струйный);

– наливом в машинах.

Распыление  порошковых ЛКМ:

–струйное;

–электростатическое;

 

 

 

 

 

–-газопламенное;

–плазменное.

Напыление порошка в кипящем слое:

–вихревое;

–вибровихревое.

1.1 Нанесение способом электроосаждения

Технология  электроосаждения уже достаточно давно  применяется для получения грунтовочных и однослойных покрытий в условиях серийного производства. Она позволяет  получать антиадгезионные, электроизоляционные, гидрофобные покрытия. В последние  годы этот метод начали использовать и для периодической окраски, для окрашивания мелких изделий.

Окраска электроосаждением производится в  ванне с водоразбавляемым окрасочным материалом, в которую погружается  окрашиваемое изделие. Метод основан  на принципе электрофореза – осаждение (с глубоким проникновением) частиц краски на изделие под воздействием электрического поля. Окрашиваемое изделие  во время окраски является отрицательно или положительно заряженным электродом в электрической цепи. Различают  два вида электроосаждения: анодное (анафорез) и катодное (катафорез). При  анафорезе изделие соединено  с анодом (+), а среда лакокрасочного материала щелочная; при катафорезе изделие соединено с катодом (–), а среда ЛКМ – кислотная. Лакокрасочный  материал, применяемый для окраски  электроосаждением, представляет собой  дисперсию органических молекул (пленкообразователя) и минеральных пигментов (собственно красителя) в деминерализованной воде (количество воды не менее 80%). В качестве пленкообразователя используются водорастворимые  смолы различного типа: алкидная, эпоксидная, эпокси-полиэфирная, акриловая и  др. Пленкообразующие вещества синтезируются  специально для данного метода и  не могут применяться для нанесения  покрытий другими способами.

Между окрашиваемыми деталями, заряженными  положительно или отрицательно, и  также погруженным в ванну  с раствором ЛКМ электродом с  противоположным потенциалом идет постоянный ток. Величина напряжения, подаваемого на электроды, зависит  от конкретного ЛКМ. Под воздействием напряжения органические молекулы пленкообразующего  вещества, имеющие положительный  заряд, переместятся вдоль силовых  линий электрического поля на катод (катафорез) либо аналогичные молекулы с отрицательным потенциалом  – на анод (анафорез), захватывая с  собой минеральные пигменты. Таким  образом, молекулы пленкообразователя и пигменты оседают на изделии, образуя  плотную, тонкую, очень однородную пленку краски.

Покрытия, полученные методом катафореза, обладают повышенными антикоррозионными  свойствами и износостойкостью в  сравнении с покрытиями, полученными  при помощи анафореза. Катодное электроосаждение дает возможность окрашивать одновременно черные и цветные металлы, а катафорезные ЛКМ имеют более длительный срок хранения – до двух лет. Катафорез  чаще применяется в таких областях, как автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение, то есть там, где покрытие эксплуатируется  в агрессивных средах и должно быть особенно стойким.

Электросаждение, и это одно из основных его достоинств, особенно эффективно при окраске  изделий наиболее сложной конфигурации, так как оно обеспечивает равномерное  прокрашивание кромок, резьбовых  и скрытых сечений, а также  внутренних полостей, которые образуются при точечной сварке элементов, изготовленных  из листовой стали, и не могут быть окрашены никаким иным способом. С  помощью электроосаждения можно  окрашивать очковые оправы, мебельную  фурнитуру, автомобильные стеклоочистители, скобяные и крепежные изделия, радиаторы, детали электротехнической аппаратуры, конденсаторы холодильных установок. Плотность и износостойкость покрытия, полученного по технологии электрофореза, делает его предпочтительным для окраски изделий, детали которых подвергаются постоянному трению, таких как дверные замки, вертолетные винты и т. д.

Электроосаждение  имеет еще целый ряд преимуществ:

1) электроосажденное  покрытие равномерно по толщине  (с разбросом 1-2 мкм). Этот эффект  достигается благодаря особенности  технологического процесса окраски:  после того, как осажденный на  поверхности изделия красочный  слой достигнет определенной  толщины, он становится изолятором, препятствующим прохождению тока, из-за чего осаждение краски  само собой прекращается;

2) лакокрасочная  пленка обладает высокой адгезией  к поверхности металла и к  последующим слоям краски;

3) такой метод  экономичен, так как электроосажденное  покрытие обеспечивает высокую  антикоррозионную защиту при  очень небольшой толщине (10-25 мкм)  и потому требует небольших  расходов ЛКМ (60-80 г/м). Покрытия, нанесенные  другими методами должны быть  существенно толще для достижения  равной антикоррозионной стойкости.  Неизбежная остановка процесса  осаждения после образования  покрытия необходимой толщины,  также экономит ЛКМ, не допуская  нанесения на изделия большего, чем требуется, количества краски. Унос лишней краски деталями  из ванны электросаждения не  ведет к повышению расходов  ЛКМ, так как в результате  промывки изделий после окраски  унесенная краска почти полностью  возвращается в производство;

4) этот метод  является пожаробезопасным и  экологически чистым. Окраска электроосаждением  исключает образование красочного  тумана, благодаря невысоким затратам  ЛКМ количество образующихся  отходов минимально, а тонкость  лакокрасочной пленки обеспечивает  минимальное испарение летучих  компонентов ЛКМ при сушке.  Кроме того, экологическая безопасность  обеспечивается за счет использования  водоразбавляемых ЛКМ, регенерации  отходов и очистки сточных  вод с их возвратом в основной  производственный цикл.

Основные  недостатки электрофорезной окраски  связаны с обустройством ванны  электроосаждения и с ее эксплуатацией, а именно:

1) большими  единовременными затратами на  заполнение ванны лакокрасочным  материалом;

2) необходимостью  постоянной циркуляции (перемешивания)  лакокрасочного материала в ванне  и трубопроводах, и в процессе  окраски, и в перерывах, когда  окраска не производится, для  поддержания однородности окрасочного  раствора и предотвращения выпадения  пигмента в осадок. Циркуляция  производится мембранными насосами, они предотвращают появление  в растворе пузырьков воздуха; 

3) относительно  высокой стоимостью обвязки ванны  трубопроводами в зависимости  от того, предназначена установка  для нанесения покрытий методом  катафореза или анафореза, степени  автоматизации процесса и величины  установки. Изготовление и монтаж  катафорезной установки в среднем  на 20-30% дороже, чем анафорезной, из-за  того, что ванны и трубопроводы  катафорезной установки изготавливают  из кислотостойких материалов  [1];