Нанесение способом электроосаждения

Для поддержания заданного теплового  режима в ванне служит система  термостатирования. В процессе электроосаждения выделяется большое количество теплоты (до 800 кДж на 1 м² окрашиваемой поверхности), которое надо отводить, а при перерывах работы и при заполнении ванны свежим раствором требуется нагревание, т. е. подвод теплоты.

Система термостатирования включает теплообменники и нередко холодильные машины. На установках малой и средней  производительности (до 500  тыс. м² окрашиваемой поверхности в год) для охлаждения применяют обычно кожухотрубные теплообменники, в межтрубном пространстве которых циркулирует вода с температурой 8-15°С. Термостатирование рабочего раствора лакокрасочного материала на установках большой производительности осуществляется холодильными машинами.

Система контроля и автоматического регулирования технолоических параметров предназначена для поддержания оптимальных условий ведения процесса электроосаждения и обеспечения безопасности работы установки. Системой предусматривается автоматическое регулирование температуры, рН, удельной электрической проводимости, содержания органических растворителей и напряжения.

Температуру контролируют и регулируют с помощью  датчиков, установленных в потоке внешней системы перемешивания, исполнительных механизмов и самопишущего прибора.

Корректировка рН осуществляется одним из трех методов: компенсационным, электродиализным и  с помощью ионообменников. Компенсационный  метод заключается в периодическом  добавлении в ванну электроосаждения концентратов лакокрасочного материала  различной степени нейтрализации  в зависимости от значения рН раствора в ванне. При этом одновременно корректируется содержание нелетучих веществ в  рабочем растворе лакокрасочного материала.

При электродиализном методе катодное пространство ванны отделяется перегородками  из ионообменных мембран, в результате чего в процессе окраски пленкообразователь осаждается на изделии, а ионы нейтрализатора проникают через мембрану и разряжаются  на катоде. При применении этого  метода корпус ванны изолируется (обычно эпоксидными компаундами) и в  нем устанавливаются диализные  карманы с мембранами (размеры  до 0,5x1,5м). Катионообменные мембраны изготовляются из листов синтетических материалов (например, найлона), а также бумаги, картона или ткани, которые пропитывают специальными смолами. Можно применять выпускаемые промышленностью ионообменные мембраны типа МК-41. Для точного поддержания рН устанавливают комбинированные электроды с обычными и диализными карманами.

Корректировка рН с помощью ионообменных мембран  состоит в том, что часть рабочего раствора (обычно не менее 30%) пропускается через ионообменные смолы для  удаления избытка катионов и амина.

Все приборы контроля и автоматического  регулирования сосредоточены на пульте управления.

1.2.2 Вспомогательное оборудование

К вспомогательному оборудованию линий  электроосаждения относят установки  для приготовления рабочих растворов, очистки промывных вод, ультрафильтрации, деминерализации воды. Назначение этого  оборудования – обеспечение нормального  функционирования окрасочных линий, стабильности их работы при хороших технико-экономических  показателях.

Оборудование  для приготовления рабочих растворов  предназначено для приготовления лакокрасочного материала требуемых параметров, который используется при первоначальном заполнении ванны электроосаждения и при пополнении ее в процессе работы. Так как исходные лакокрасочные материалы для электроосаждения выпускаются в виде высоковязких составов (паст) с содержанием нелетучих веществ 70-80%, рабочие растворы из них готовят на месте применения в специальных установках. Применяют установки для забора пасты из тары и приготовления раствора лакокрасочного материала.

Установка для забора пасты из тары (фляг) УЗП-1 включает дозировочный поршневой насос  типа НД или «Грако», служащий для  перекачивания пасты в емкость  для разбавления и нейтрализации, планшайбу, которая плотно прижимается  к зеркалу лакокрасочного материала (пасты), и пневмоцилиндр, обеспечивающий прижим планшайбы. Давление сжатого  воздуха в пневмоцилиндре, устанавливаемое  в зависимости от вязкости пасты, регулируется стабилизатором давления СДВ-6.

Установка для приготовления раствора лакокрасочного материала состоит из одной или  двух последовательно работающих емкостей (баков) с мешалками, в которых  паста разбавляется деминерализованной водой, раствор нейтрализуется и  доводится до требуемых для электроосаждения параметров. В линиях электроосаждения небольшой производительности обычно применяется один бак для приготовления  раствора; его объем составляет примерно 0,1-0,15 объема ванны электроосаждения. Линии большой производительности оборудуются двумя баками: для  первичной нейтрализации и для  приготовления рабочего раствора. Оба  бака выполнены из нержавеющей стали  и смонтированы на одной раме. Бак  для первичной нейтрализации  имеет рубашку, в которую подается холодная или горячая вода. Для  дозирования нейтрализатора предназначен мерник. Деминерализованная вода в  баки поступает из сети по трубам через  соответствующие вентили.

С целью экономии лакокрасочных материалов и деминерализованной (обессоленной) воды в установках электроосаждения применяется ультрафильтрация, позволяющая  создать замкнутый цикл использования  рабочего раствора в ванне. Ультрафильтрация проводится на установках с применением  ультрафильтрационных мембран (рисунок 1.3).

1 – ванна электроосаждения; 2 – изделия; 3 – конвейер; 4,5 – секции первой и второй промывки; 6 – бак для промывной воды; 7,8,11 – насосы; 9 – бак для ультрафильтрата; 10 – фильтрующие элементы.

Рисунок 1.3 – Схема установки электроосаждения с использованием ультрафильтрации

Лакокрасочный материал из ванны 1 насосом 11 прокачивается через ультрафильтрационные элементы 10 и возвращается в ванну. При этом сухой остаток материала в ванне повышается на 0,1-0,5%. Ультрафильтрат, в который входят вода, нейтрализаторы, органические растворители, собирается в бак 9 и насосом 8 подается в секцию первой промывки изделий 4. Смытый с изделия при промывке лакокрасочный материал вместе с ультрафильтратом возвращается в ванну электроосаждения. При такой схеме почти полностью используется лакокрасочный материал, значительно сокращается расход воды на промывку.

  Для разведения лакокрасочного материала и промывки изделий до и после окраски применяют деминерализованную воду, удельная электрическая проводимость которой не должна превышать 2-10 См/м. Для приготовления такой воды служат установки для деминерализации, работающие по принципу катионо-анионного обмена.

Деминерализация воды осуществляется при последовательном пропускании ее через катионитовую и анионитовую ионнообменные  колонки. В качестве катионита обычно применяют сильнокислотный катионит КУ-2-8, в качестве анионита – сильноосновный анионит АВ-17-2, которые регенерируют по мере необходимости (катионит КУ-2-8 обрабатывают 5%-ным раствором НС1, анионит АВ-17-2-2 – 4%-ным раствором  NaOH с последующей промывкой проточной водой). Иногда перед ионообменными колонками устанавливают фильтры предварительной очистки от механических и органических примесей, заполненные кварцевым песком и активным углем.

  1.3 Дефекты покрытия при катафорезном нанесении 

1) Вариации  окраски –  визуальное несоответствие  окрашенной детали стандартной  панели. Вариации окраски могут  вызываться загрязнением железом,  неправильной вулканизацией и  плохим перемешиванием в резервуаре.

2)  Рябизна – провалы в форме блюдца с приподнятыми концентрическими кромками.

3) Оспины обычно  вызываются загрязнением ванны  для краски, промывки или субстрата  несовместимыми маслами. Данные  загрязнители могут поступать  из процесса формования субстрата,  консистентных смазок или смазочных  материалов и других процессов,  которые открывают доступ в  систему воздушным загрязнителям.  Оспины могут также вызываться  загрязнением деталей после их  покрытия, например, маслами цепей,  каплями с конвейера и прорывами  увлеченных загрязнителей в печи.

4) Грязь – частицы в красочной пленке. Происхождение грязи может иметь три источника: процесс, окружающая среда и печь.

5) Вспенивание/Воздушные   пузырьки  – пузырьки в пленке  электростатического окрашивания,  в целом являющейся гладкой,  видимые обычно на нижней стороне  горизонтальных поверхностей.

Вспенивание типично вызывается при аэрации  краски из-за проблем с насосом, плохой циркуляции в резервуаре и неправильной загрузки детали.

6) Глянец – относительная величина зеркалоподобного (зеркального) отражения. Вариации глянца могут вызываться несколькими факторами: корректировками параметров ванны для краски в соотношениях пигмента и связующего материала, уровнях растворителя или уровнях солюбилизатора. Вариации предварительной обработки вызывают различия в глянце не только на различных деталях, но и в пределах одной детали. Время вулканизации и температура также будут влиять на итоговый глянец.

7) «Апельсиновая  корка» – однородное бугристое  покрытие, которое имеет текстуру  апельсиновой корки.

«Апельсиновая корка» может быть связана с железистым загрязнением, низкими уровнями растворителя и большой толщиной пленки. Железистое загрязнение может возникать  из-за упавших деталей, открытых участков из мягкой стали и течи анолитных  ячеек.

8) Повторное  растворение – процесс, при  котором вся или часть пленки  электростатической окраски смывается  или растворяется. Оно происходит  в ванне для краски или при  последующей промывке и может  вызываться избыточным солюбилизатором,  высокими уровнями растворителя  и остановками линии. Это можно  устранить, поддерживая  должные  уровни pH ванны и растворителя. Величина времени, в течение которого продукт находится в ванне для краски и на стадии промывки во время остановок линии, должна быть максимально сокращена.

9)  Шероховатость  – пятна на вулканизированной пленке, демонстрирующие попеременно неоднородную и гладкую поверхность.

Пятнистая шероховатость может возникать  из-за ионного загрязнения, низкого  уровня растворителя и неровностей  субстрата. Ионное загрязнение типично  заносится в ванну для краски  через перенос детали, плохое качество воды и неисправность анолита/католита. Добавление растворителя также может  помочь сделать общий внешний  вид покрытия ровным. Использование  чистых субстратов высокого качества и контроль предварительной обработки  уменьшит до минимума неоднородность вулканизированной электростатической пленки.

10) Растрескивание – разрыв осажденной пленки избыточным газовыделением на границе пленки/субстрата. Растрескивание вызывается избыточным напряжением, близостью электродов и загрязнением ванны. Стеллажирование деталей в соответствии с типом субстрата, размером и весом, наряду с регулированием напряжения, являются эффективными мерами контроля. Растрескивание может также усиливаться высокой температурой в ванне, уровнем растворителя и содержанием частиц в ванне. Катод или анод должны располагаться на безопасном расстоянии от детали и любых вторичных электродов (упавших деталей). Загрязнение ванны ионным образцами можно устранить промывкой ультрафильтра и подпиткой деионизированной воды.

11) Образование  штрихов – линии, обычно вертикальные, наблюдаемые на вулканизированной  электростатической пленке. Образование  штрихов, наблюдаемых на электростатической  пленке, может возникать из-за  предварительной обработки, промывки  и стеллажирования. Проблемы последующей  промывки также могут вызывать  появление штрихов из-за низкого  уровня растворителя или солюбилизатора  на стадии промывки и забитых  или неправильно выровненных  промывочных форсунок. Больший временной  период от ванны для краски  до последующей промывки может  увеличивать высыхание выноса, делая  затруднительным его смывание. Грязные  стеллажи и неправильное распределение  по стеллажам также может быть  источником  потеков и пятен.

12) Тонкий  слой – образование тонкой  пленки на продукции из-за прерывистости  процесса электростатического окрашивания.

13) Проникающая  способность –  способность  электростатического покрытия проникать  в труднодоступные зоны типа  полых трубок. Низкая проникающая  способность является прямо пропорциональной  напряжению, содержанию частиц в  ванне, проводимости и недостаточному  времени осаждения, а также  обратно пропорциональна уровню  растворителя и температуре ванны.  На проникающую способность могут  также влиять добавление вспомогательных  электродов вблизи зон, в которых  требуется больше пленки. Перемешивание  играет значительную роль в  улучшении данного качества.

1.4 Новые разработки в области  электроосаждения

1) Способ нанесения покрытий на проводящие электрический ток субстраты.

Изобретение относится к способу нанесения  покрытий на проводящие электрический  ток субстраты и может найти  применение особенно в автомобилестроении. Предложен способ покрытия путем  окунания субстрата в ванну для  электроосаждения на водной основе с  лакокрасочным материалом. Для снижения пенообразования в ванну добавляют  полиалкиленоксидные соединения с  растворимостью более 50 ч. массы на 10 ч. воды при 25˚С. В качестве полиалкиленоксидных соединений применяют полиалкиленгликоли с числом атомов углерода в алкиленоксидных фрагментах от двух до четырех. Особенно хорошие результаты получают, применяя соединения общей формулы R1-O-(CH2CH2O)n-R2, где R1 - линейный или разветвленный алкильный остаток или алкенильный остаток с числом атомов углерода от 8 до 18, R2 - алкильный остаток с числом атомов углерода от 4 до 8 и n - число от 7 до 30. Техническим результатом изобретения является снижение пенообразования при данном способе покрытия [2].