Методы нанесения ЛКМ

В данном разделе представлены наиболее часто используемые при промышленной окраске изделий методы нанесения водно-дисперсионных лакокрасочных материалов:
1. Безвоздушное распыление
2. Пневматическое распыление
3. Пневматическое распыление с использованием воздуха низкого давления
4. Комбинированное распыление

1. Безвозушное распыление

Сущность метода: ЛКМ дробится за счет оказываемого на него высокого гидравлического давления (6-25 МПа), и вытесняется через эллиптическое отверстие специального сопла. При этом потенциальная энергия краски переходит в кинетическую во время выхода в атмосферу, возникают завихрения, приводящие к пульсации струи, развитию колебаний и деформации поверхности струи. Деформация усиливается благодаря гидродинамическому воздействию окружающего воздуха и приводит к образованию облака аэрозоля, размер капель которого колеблется в широком диапазоне. За счет полученной кинетической энергии капли ЛКМ движутся к окрашиваемой поверхности и, преодолевая сопротивление воздуха, тормозятся и мягко настилаются на поверхность. Часть наиболее мелких капель теряет скорость и, не долетая до окрашиваемой поверхности, выпадает из окрасочного факела, оседая на полу и окружающих предметах.
Размер капель распыляемого материала зависит от давления, геометрических размеров и формы сопла, и физических свойств ЛКМ.
По показателям движущей силы устройства безвоздушного распыления под высоким давлением можно классифицировать следующим образом:
- Электроприводные устройства с диафрагмовым насосом;
- Диафрагмовые насосы с приводом от двигателя внутреннего сгорания;
- Электроприводные поршневые насосы с механической передачей.
Преимущества метода:
- Коэффициент массопереноса 60%, потери 40% (т.е. на 20% меньше потери на туманообразование, чем при пневматическом распылении);
- Меньшее, чем при использовании метода пневматического распыления, загрязнение окрасочных камер;
- С редний размер капель больше, они движутся и ударяются о поверхность с более высокой скоростью. Таким образом, по сравнению с пневматическим распылением, на поверхность поступает большее количество ЛКМ за одинаковый период времени, т.е. увеличивается производительность труда (особенно при окрашивании больших площадей);
- Возможно нанесение одного толстого слоя, таким образом, уменьшение трудоемкости процесса;
- Возможно нанесение высоковязкого ЛКМ;
- Факел ЛКМ имеет строго очерченные границы, определяемые характеристиками сопла, что обеспечивает более строгое контролирование процесса окраски.
Недостатки метода:
- Более низкое по сравнению с пневматическим распылением качество получаемого покрытия (в основном 3-4 класс);
- Невозможность изменения расхода ЛКМ и ширины факела в процессе работы и, как следствие, ограниченность применения метода безвоздушного распыления при окраске изделий сложной конфигурации (резко возрастают потери ЛКМ, на окрашиваемой поверхности появляются потеки);
- Сравнительно большой расход ЛКМ и, как следствие, неэффективность применения безвоздушного распыления для окраски отдельных мелких изделий. Поэтому метод применяется в основном для средних, крупных, особо крупных изделий простой и средней конфигурации;
- Неэффективность применения метода при необходимости частой смены вида или цвета ЛКМ или распыления малого количества ЛКМ;
- Отсутствие возможности отрегулировать форму веера, регулировка осуществляется подбором подходящей головки. Толщина и форма факела регулируется путём изменения вязкости ЛКМ и рабочего давления;
- Ограниченное применение метода для нанесения материалов с крупными частицами пигмента и наполнителя, легко выпадающими в осадок;
- Высокий уровень рабочего давления (150-180 бар) и, следовательно, относительно быстрый износ форсунок и большой расход ЛКМ;
- Высокая стоимость оборудования по сравнению со стоимостью пневматического распылителя.

2. Пневматическое распыление

Сущность метода: ЛКМ дробится струей сжатого воздуха, в котором не должно содержаться конденсации и загрязнения.
Распылительная головка состоит из материального сопла и воздушной головки, закрепленных соосно. ЛКМ подводится к отверстию материального сопла. Сжатый воздух поступает в кольцевой зазор. При распылениии сжатый воздух вытекает из кольцевого зазора с большой скоростью (до 450 м/с), в то время как скорость истечения ЛКМ мала. При высокой относительной скорости возникает трение между струями воздуха и распыляемого материала. При этом ЛКМ как бы закрепляется с одной стороны и вытягивается в более тонкие струи. В то же время на поверхности струй возникают колебания, которые приводят к распаду струй и образованию множества полидисперстных капель, т.е. аэрозоли. В процессе дробления ЛКМ образуется движущаяся масса этих капель (факел) диаметром 6-100 мкм. Дисперсность аэрозоля ЛКМ зависит от давления сжатого воздуха на распыление, отношения расхода воздуха к расходу ЛКМ, физических свойств ЛКМ. Оптимальная дисперсность аэрозоля ЛКМ 30-60 мкм Достигая окрашиваемой  поверхности, факел настилается на нее и распространяется по ней во все стороны. Основная масса полидисперсных капель, имея достаточную скорость, осаждается на поверхности. Часть их (наиболее мелкая фаза), потеряв скорость, не достигает поверхности и уносится уходящим потоком воздуха, образуя красочный туман (потери ЛКМ на туманообразование).      
Давление на краску в красконагнетательных баках 0,4-3 кгс/см2, максимальное давление воздуха в распылителе 2-6 кгс/см2 (атм) (0,2 – 0,6 МПа). Условная производительность 15-600м2/ч.
Преимущества метода:
- Получение покрытия любого класса по внешнему виду (ГОСТ 9.032-74), включая покрытие I-го  класса;
- Равномерная толщина пленки;
- Универсальность метода, т.е. возможность его применения с разной производительностью практически в любых производственных условиях, как при окраске вручную отдельных изделий, так и при нанесении ЛКМ на полностью автоматизированных поточных линиях;
- Возможность нанесения почти всех ЛКМ, материалов без ограничения по размерам частиц;
- Для нанесения краски данным методом достаточно минимального количества ЛКМ;
- Простота устройства и обслуживания окрасочного оборудования при высокой степени надежности его работы;
- Сравнительно низкая стоимость оборудования и низкие затраты на эксплуатационные расходы;
- Возможность окрашивания промышленных изделий различных габаритов и конфигураций любой группы сложности;
- Возможность оперативной регулировки объёма краски и формы струи.
Недостатки метода:
- Повышенные потери ЛКМ на туманообразование (эффективность массопереноса не выше 45%);
- Большое количество загрязненного красочным аэрозолем воздуха, который образуется при распылении ЛКМ и должен быть очищен и удален через водяные или сухие фильтры в окрасочных камерах;
- Может наноситься только низковязкий материал;
- Небольшая мощность.

3. Пневматическое распыление с использованием воздуха низкого давления (технологии HVLP и Turbo HVLP )

Сущность метода:
Метод предусматривает ограничение давления воздуха на выходе из краскораспылителя с целью уменьшения нестабильности подачи краски и перепыла. Через сопло распылителя проходит за единицу времени большой объем воздуха(HV) при очень низком давлении(LP). Давление в головке краскопульта 0,4-0,5 атм (используется компрессор до 2 атм). Уменьшение давления воздуха при распылении будет приводить к увеличению эффективности массопереноса. При уменьшении давления воздуха турбулентность в ЛКМ уменьшается, весь поток воздуха не перемешивается с ЛКМ, поэтому факел оказывается окружен воздухом, как-бы в воздушном коридоре. Этот коридор определяет границы факела, они более четко очерчены. С этим связан и меньший «перепыл».
Исходя из выше сказанного, данная технология оказывается эффективна при производстве работ с большим количеством цветов при окраске мелких фрагментов изделия и отдельных его деталей. Этим методом возможно нанесение различных типов ЛКМ, отличающихся по формуле, рабочей вязкости и времени жизни (за исключением специальных ЛКМ с очень коротким временем жизни). Широкий диапазон плавной регулировки формы факела и степени обогащения его материалом гарантирует нанесение оптимальной толщины мокрого слоя ЛКМ на самых сложных поверхностях.
Преимущества метода по сравнению с методом пневматическим распылением:
- Удваивание эффективности массопереноса (85%)
- Уменьшается количество конденсата, попадающего в компрессор, и меньше энергии затрачивается на сушку сжатого воздуха;
- Распределение частиц по размерам уже, а размер частиц больше, что способствует уменьшению уноса (потерь) и перепыла, потеков на сферических вертикальных поверхностях;
- Факел имеет резко очерченные воздушным коридором границы, что также способствует уменьшению перепыла;
- Возможно работать с материалами различной вязкости, вплоть до структурных;
- Возможность окраски самых сложных поверхностей за счет широких регулировок формы факела и степени его обогащения материалом;
- Качество покрытия достигает 1 класса (как и при пневматическом распылении);
- Сокращение выполнения технологического процесса многослойной окраски за счет уменьшения времени сушки слоев, т.к. воздух, проходя через турбину, нагревается, повышая тем самым температуру ЛКМ;
- Решается проблема подготовки сжатого воздуха (масло-, влагоотделение), т.к. воздух не сжимается под высоким давлением в замкнутом пространстве;
- Внутренние диаметры проходных отверстий для воздуха в краскораспылителе в 3-4 раза больше по сравнению с классическим пневматическим распылением, что намного облегчает задачу по обслуживанию и промывке краскораспылителей по окончании работы, при смене цвета или типа ЛКМ.
Недостатки метода:
- Обязательное наличие компрессора производительностью свыше 600 л/мин, особенно при нанесении материалов с высоким содержанием сухого остатка и высокой рабочей вязкостью, так как менее производительное оборудование не позволит справиться с поставленной задачей, и качество поверхности будет низким;
- Высокая стоимость компрессоров;
- Небольшое снижение производительности по сравнению с пневматическим распылением.

4. Комбинированное распыление

Сущность метода: ЛКМ вытесняется с относительно высокой скоростью из эллиптического сопла гидравлическим давлением, как при безвоздушном распылении, но давление при этом значительно ниже ниже 3,0 - 5,0 МПа (30 – 50 атм.) . Для улучшения качества распыления в факел из специальных каналов распылительной головки подается сжатый воздух под давлением 0,1-0,2 МПа (1,0 - 2,0 атм.) . Жидкостной факел, проходя через воздушную головку, установленную соосно распыляющему соплу, обхватывается воздухом с двух сторон и продолжает движение к поверхности в воздушном коридоре. Происходит дополнительное размельчение капель и повышается турбулизация движения частичек ЛКМ, что приводит к улучшению качества покрытия и отсутствию "теней" при окраске сложных профилей и труднодоступных мест. Под действием этого воздуха крупные капли ЛКМ дополнительно дробятся и равномерно распределяются по ширине факела. В этом случае ликвидируются так называемые острые кромочные зоны факела, которые характерны для безвоздушного распыления. Сжатый воздух низкого давления, подаваемый в небольших объемах в факел предварительно раздробленного ЛКМ, не приводит к образованию красочного тумана, а наоборот способствует более полному осаждению мелких частиц ЛКМ, которые за счет торможения в воздушной среде и потери скорости не долетели бы до окрашиваемой поверхности.
Отличия метода от безвоздушного распыления:
- Соотношение давлений питательного насоса составляет 1:15 (в распылении под высоким давлением 1:30);
- Рабочее давление составляет 30 - 70 бар (в распылении под высоким давлением 100 – 140 бар);
- Скорость частиц и количество попадаемого на поверхность ЛКМ уменьшается, что облегчает работу с краскопультом и повышает эффективность окраски.
Преимущества метода:
- Более низкое давление в насосе, чем для безвоздушного распыления. В связи с этим повышаются экономические показатели, снижается расход воздуха, уменьшается износ оборудования.
- Достаточно высокая эффективность массопереноса 60-70% позволяет работать при менее мощной вентиляции;
- По сравнению с пневматическим распылением р езкое снижение потерь ЛКМ на туманообразование и, как следствие, улучшение санитарно-гигиенических условий работы;
- По сравнению с безвоздушным распылением - возможность получения покрытия более высокого класса (не менее 3 класса)
- По сравнению с безвоздушным распылением появляется возможность изменять давление на ЛКМ и в небольших пределах увеличивать или уменьшать расход ЛКМ, а также изменять форму факела даже при одном и том же сопле;
- Позволяет работать с материалами высокой вязкости при меньшем давлении, чем при использовании метода безвоздушного распыления.
Недостатки метода:
- Ограниченность его применения для нанесения ЛКМ с грубыми, легко выпадающими в осадок пигментами и наполнителями;
- Ограниченность использования метода при окраске с частой сменой вида или цвета наносимого ЛКМ, при нанесении малого объема ЛКМ;
- Трудность применения метода для окраски изделий особой сложной конфигурации.