Время, когда мы воспринимали краски как исключительно жидкие материалы (со всеми вытекающими из этого недостатками: запах, токсичность, пожароопасность, опасность разливания и замерзания), безвозвратно ушло. Представление о современных красках начало меняться с появлением принципиально нового вида лакокрасочных материалов — порошковых красок. Порошковая краска высокотехнологична, обеспечивает безотходную технологию, не содержит растворителей и других жидких компонентов. Главные достоинства порошковых красителей – их химическая стойкость, ударопрочность, устойчивость к истиранию и широкая цветовая гамма.
В автомобильной промышленности технология порошковой окраски развивается довольно быстрыми темпами. Практически все крупные автопроизводители уже сейчас окрашивают порошковыми красками бамперы, шасси, корпуса и отражатели фар. Также широкое применение сегодня нашла порошковая покраска дисков. Разработка новых порошковых материалов разнообразной цветовой гаммы для глянцевых, матовых, полуматовых покрытий, а также покрытий «под кожу», структурированных, перламутровых и других способствует расширению области их применения в автомобилестроении.
В производстве автомобилей окраска занимает значительное место, достигая 10% всех трудозатрат. Это связано с тем, что автомобильные лакокрасочные покрытия являются многокомпонентными системами, которые состоят из различных грунтовок, эмалей, а иногда и лаков, причем каждый компонент системы имеет индивидуальные технологии нанесения и сушки. Если добавить, что технология подготовки поверхности перед окраской автомобилей также весьма сложна и трудоемка, то становится понятным столь большой объем окрасочного производства.
Причина сложности технологии кроется в том, что требования к свойствам конечного лакокрасочного покрытия очень высоки, и удовлетворить им можно только с помощью такой системы покрытия, где каждый компонент вносит свой вклад в обеспечение необходимых свойств.
Порошковая окраска — это технология получения декоративно-защитных полимерных покрытий, обладающих свойствами, которые невозможно достичь при применении жидких красок. В настоящее время на рынке не существует аналогов данного процесса, поскольку он обладает множеством технологических, экономических и экологических преимуществ.
Порошковая краска представляет собой мелкодисперсный порошок с размером частиц 10-100 мкм, полученный методом экструзии и последующего размола смеси различных компонентов. Важнейшим преимуществом покрытий на основе порошковых красок по сравнению с традиционными жидкими эмалями является отсутствие органических растворителей. Это снижает пожароопасность процесса окраски, улучшает условия труда и экологическую обстановку.
Отличительная особенность применения порошковой краски — почти стопроцентная безотходность производственного процесса. Потери составляют 1-2% по сравнению с 50-60% при окрашивании жидкими лакокрасочными материалами. Кроме того, сокращается время окраски, так как появляется возможность исключить операции грунтования и нанесения промежуточных слоев для обеспечения требуемой толщины покрытия.
Подготовка поверхности изделий перед нанесением порошковых красок так же важна, как и в случае применения жидких ЛКМ. Ее проводят теми же методами с применением обезжиривания, фосфатирования или хроматирования (для алюминиевых изделий). После подготовки поверхности изделие поступает на 5-10 мин в камеру сушки с рабочей температурой 120ºС.
Порошковые краски наносят на окрашиваемую поверхность в специальных камерах, оснащенных системой фильтрации и рекуперации. В пистолете-распылителе частицы полимерного порошка электризуются и с помощью сжатого воздуха транспортируются на деталь, где и оседают равномерным слоем.
После нанесения порошка изделие помещают в печь и выдерживают при температуре 160-200 ºС в течение 10-20 мин. При нагревании краска расплавляется и равномерно растекается по поверхности изделия, образуя тонкую и прочную полимерную пленку толщиной 60-80 мкм.
В зависимости от используемого пленкообразователя порошковые ЛКМ подразделяют на: эпоксидные, эпоксиполиэфирные (гибридные), полиэфирные, полиуретановые, полиакриловые и другие.
Каждый из перечисленных материалов имеет свои преимущества, недостатки и специфические области применения. Если 15-20 лет назад наиболее распространенными порошковыми материалами были эпоксидные, то сейчас их практически вытеснили гибридные и полиэфирные ЛКМ.
В начале 90-х годов японская компания Honda одной из первых внедрила процесс грунтования кузовов автомобилей порошковыми материалами. Технологический процесс состоит из подготовки поверхности, нанесения порошковой грунтовки, отверждения покрытия, нанесения жидкой грунтовки методом электроосаждения, сушки, промежуточного шлифования, нанесения жидкого ЛКМ (верхний слой) методом электростатического нанесения и его отверждения.
Аналогичным способом окрашивают наружную поверхность кузова на заводе компании FIAT (Италия). Процесс окраски начинается с подготовки поверхности: низкотемпературного обезжиривания и ускоренного фосфатирования раствором монофосфата марганца. После тщательной промывки кузов высушивают при температуре 140 ºС в течение 20 мин и подают на грунтование. Порошковая грунтовка наносится в двух последовательно расположенных камерах. В первой — с помощью четырех роботов окрашиваются труднодоступные места кузова, во второй — 10 автоматических распылителей наносят ЛКМ на лицевые поверхности. Время отверждения при 180 ºС — 15 мин. Толщина покрытия на лицевой стороне составляет 60-80 мкм, на днище — 50-60 мкм.
Внутреннюю поверхность кузова грунтуют водоразбавляемой грунтовкой методом катодного электроосаждения. При этом окрашиваются все участки поверхности, недоступные для порошковой грунтовки. Катафорезная грунтовка, осевшая на внешней поверхности кузова, смывается водой при выходе из установки. Грунтовку сушат при 180 ºС в течение 30 мин. В этот период происходит дополнительное отверждение порошкового материала.
За последние семь лет фирма Haden (США) смонтировала камеры порошковой окраски кузовов на девяти линиях компаний DaimlerChrysler и GM. В начале 2003 г. только в США объем производства кузовов с порошковой грунтовкой достиг 3,5 млн. штук. Порошковые краски начинают применять в качестве основных слоев покрытия в Германии, Франции, Японии и США.
Финишная окраска с использованием порошковых ЛКМ освоена в серийном производстве автомобилей в 1997 г. на заводе BMW в городе Дингольфинг (Германия). В лабораториях BMW было испытано более 2000 кузовов, окрашенных порошковыми материалами. Исследования показали, что порошковая финишная окраска практически во всех отношениях превосходит окраску жидкими ЛКМ. Дорожные испытания 150 автомобилей полностью подтвердили результаты лабораторных исследований. Все заданные показатели качества порошковых покрытий были достигнуты благодаря активному взаимодействию исследовательских и производственных подразделений BMW.
К тому времени, когда завод в Дингольфинге вышел на проектную мощность (1000 авт./день), порошковое покрытие получили более 350 тыс. автомобилей BMW 5-й и 7-й серий, и было израсходовано 600 тонн порошковых ЛКМ.
Порошковая финишная окраска кузовов также применяется на заводе DaimlerChysler в городе Раштатт (Германия), на котором изготавливаются автомобили Mercedes-Benz A-Class. Оборудование и порошковые материалы поставляет немецкая компания BASF.
Порошковые краски всегда поставляются в виде смеси, готовой к употреблению. Они не нуждаются ни в разведении или подготовке к употреблению, ни в добавлении катализатора для достижения определенных свойств покрытия. Это устраняет любой риск получения бракованного продукта в результате ошибок при подготовке краски к применению.
К преимуществам порошковой окраски относится также возможность создания покрытий различной толщины. При автоматизированном производстве современное оборудование позволяет получить необходимую толщину пленки: от 35 до 250 мкм.
Поскольку порошковая краска не содержит растворителя или летучих веществ, количество вредных вдыхаемых веществ снижено. При контакте с кожными покровами вредное воздействие порошковой краски незначительно, она просто смывается водой с мылом.
Температура сушки, необходимая для плавления порошковой краски, такая же, как температура сушки жидких красок. При этом не нужно удалять из камеры воздух насыщенный парами растворителей, что снижает энергетические затраты при работе сушильной установки.
Если перед сушкой нанесенная пленка повреждена, порошок можно легко удалить с поврежденной поверхности и нанести повторно. Удаленный порошок можно переработать и снова использовать. При наличии оборудования по переработке большинство порошковых красок может подвергаться рисайклингу и повторному использованию. Утилизация на производстве достигает 96%.
Окрасочная камера для порошковых красок легко очищается с помощью обычного резинового отжимного валика. Нет необходимости использовать очищающие растворители и ветошь, как это делается при очистке камер от жидких красок.
К недостаткам порошковых красок следует отнести следующее. Их применение требует довольно сложного технологического оборудования, часто дорогого и непростого в эксплуатации. При использовании порошковых ЛКМ очень важно четкое соблюдение всех норм технологического режима. Не следует забывать о повышенных требованиях к технике безопасности и охране труда. Одним словом, для применения порошковых красок необходима высокая культура производства.
Современные порошковые покрытия обладают широким спектром декоративных свойств, но их, в отличие от жидких ЛКМ, нельзя колеровать, что, конечно, является недостатком.
Порошковые краски довольно дороги по сравнению с жидкими лакокрасочными материалами. Однако, более высокая цена порошковых материалов компенсируется снижением затрат на энергоносители, очистку, химикаты и обработку воды. Следует также учитывать экологическую безопасность процесса (летучие растворители отсутствуют) и долговечность покрытия (длительный срок службы окупает расходы). Срок службы порошковых покрытий настолько велик, что проводить натурные испытания не представляется возможным. Ускоренные же климатические испытания показывают, что порошковые покрытия могут служить 20 и более лет.
