Высыхание лакокрасочных материалов.

Глава 4.

Нанесение автомобильных эмалей. Современная класификация (Продолжение)

§ 1. Высыхание лакокрасочных материалов.

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 окрасоч но-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. Из таблицы можно понять, насколько велики различия между этими видами инфракрасных излучателей.

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

<< К началу статьи

<< К выбору статей