Станки для нанесения лакокрасочных покрытий

В станках для нанесения высоковязких материалов – грунтовки и шпатлевки – щит подается наносящим и нижними подающими обрезиненными вальцами. Шпатлевочный состав поступает в промежуток между наносящим и дозирующим вальцами. Шпатлевка вдавливается в углубления поверхности древесины гладким хромированным дозирующим вальцом. Для очистки вальцов, втирания, разравнивания и удаления излишков шпатлевки станок снабжен эластичными пластинками – ракелями. Чтобы качество обработки было высоким, разница толщины щитов должна быть не более ±0,8 мм, а коробление – не более 1,5 мм на 1 м длины.

В оборудовании для нанесения низковязких материалов – лаков, красящих составов и грунтовок (вязкостью не более 60 с по ВЗ-4) – отделываемый щит по ленточному конвейеру подается в рабочую зону, где обрезиненный валец наносит на поверхность щита тонкий слой материала. При использовании этого станка расход наносимого материала минимален – 20 г/м2, кроме того, на нем возможна тонкослойная отделка пластей щитов.

Лакокрасочное оборудование

Наиболее распространенный способ нанесения лака и краски – пневматическое распыление. Оно может производиться вручную, с помощью распылительных пистолетов или с применением механических установок. Известны три основных способа формирования факела: пневматический, безвоздушный и смешанный. Для пневматического распыления применяются пистолеты (форсунки) внешнего и внутреннего смешения воздушного потока и лакокрасочного материала. В распылителях с внешним смешением форсунка имеет два сопла: центральное (материальное), из которого с небольшой скоростью вытекает отделочный материал, и охватывающее его кольцевое сопло, из которого под давлением 0,3–0,5 МПа со скоростью 450 м/с подается сжатый воздух. В распылителях внутреннего смешения лакокрасочный материал под давлением 0,1–0,2 МПа и воздушный поток смешиваются перед материальным соплом. Под напором воздуха смесь выходит из сопла и дробится на мелкие капли, образуя факел. Однако в этих распылителях степень дробления частиц материала невелика, что затрудняет нанесение равномерного по толщине покрытия.

Гидравлическое распыление лакокрасочных материалов проводят с помощью специальных форсунок, в которые они подаются под давлением 10–25 МПа и выбрасываются с большой скоростью. Этот метод применяется для распыления низковязких отделочных материалов при окраске больших поверхностей – вагонов, кузовов автомобилей и т.п. Его недостаток – невозможность регулирования степени распыления без изменения расхода краски или лака. При этом качество покрытий ниже, чем при пневматическом распылении.

В смешанном способе распыления – Airmix – нанесение производится безвоздушным методом. Но распылительная головка выполнена таким образом, что сбоку, с обеих сторон от сопла, расположены выступы с отверстиями для подачи сжатого воздуха. Под воздействием его струй распыляемый факел приобретает нужную форму. За счет поворота кольца с выступами вокруг сопла достигается лучшее приспособление формы отпечатка факела к форме отделываемого изделия. Для отделки больших плоскостей он должен быть круглым, а для узких и протяженных – в виде полосы. Это позволяет снизить потери отделочного материала, так как сокращается его количество, оседающее вне изделия.

Чтобы локализовать лаковый туман, образующийся при распылении, обработку проводят в распылительных кабинах. По принципу действия они разделяются на тупиковые и проходные. В кабинах тупикового типа изделие через проем спереди устанавливается на поворотном столе и отделывается с помощью пневматических распылителей. Кабина оснащена системой приточно-вытяжной вентиляции, создающей внутри нее избыточное давление, препятствующее проникновению пыли и загрязнений. В кабине устанавливаются тележки-этажерки для первоначальной выдержки изделий, там они находятся до удаления растворителей и желатинизации покрытия. Это исключает загрязнение помещения цеха парами летучих растворителей и обеспечивает высокое качество нанесения покрытий, поскольку практически полностью исключает попадание на них пыли. Для удаления летучих элементов лакокрасочных материалов в камерах устанавливается вытяжная вентиляция (скорость воздуха 1 м/с) и водяная завеса.

Распылительные кабины проходного типа используются в составе линий, включающих сушильные камеры. Они могут быть с поперечным и продольным конвейером подачи заготовок. Кабина с поперечным конвейером имеет три проема для подачи изделий: основной, рабочий спереди и два боковых. Отделка производится оператором, находящимся снаружи, во время остановки изделия внутри кабины. На тех операциях, где требуется высокая производительность и стабильная точность нанесения покрытий, используются роботы, оборудованные распылительными пистолетами. Они оснащаются обучающей программой, способной запоминать последовательность движения руки оператора при отделке изделия и повторять ее. Роботы чаще всего применяются при отделке объемных изделий сложной формы – стульев, каркасов, а также при окраске плоских щитовых и объемных деталей высотой до 300 мм и шириной до 1300 мм. Фирма Cefla Finishing (Италия) установила в зоне распыления окрасочного станка системы iGiotto App Twin два антропоморфных робота, работающих в паре. Высокая гибкость системы позволяет производить окраску в двух режимах: а) с остановкой партии деталей, когда оба робота работают одновременно; б) при непрерывно движущемся конвейере, когда оба робота окрашивают разные части изделий. Встроенный сканер «считывает» форму и размещение окрашиваемых изделий, а траектории движения рук роботов в реальном времени автоматически рассчитываются с помощью специальной программы.

В автоматической кабине с продольным конвейером на детали с помощью распылителей, движущихся поперек него, наносится отделочный материал. Такая установка включает рамную станину, подающий ленточный конвейер, расположенную над ним систему определения положения деталей, систему очистки конвейера, полностью закрытую зону с устройством для распыления отделочных материалов и фильтровентиляционную установку. Быстросъемная конвейерная лента выполнена из материала, отталкивающего лаки. Лаки, попавшие на нее, удаляются, фильтруются, доводятся до необходимой вязкости и вновь вводятся в систему подачи лака. Для окончательного удаления остатков лака поверхность ленты очищается и промывается растворителем. В некоторых конструкциях станков над конвейерной лентой укладывается бумага, движущаяся синхронно с конвейером. Бумага разматывается из рулона длиной 2400 м, установленного со стороны подачи заготовок ниже уровня конвейера. Заготовки укладываются на бумагу и подаются в зону распыления. Излишки лака выносятся из рабочей зоны станка бумажной лентой, которая наматывается на бобину с выходной стороны конвейера. Это исключает необходимость промывки поверхности конвейера, так как заменяются лишь фильтры и рулон. На входе в установку, над конвейером, располагается фотоэлектрическая система, запоминающая поперечное расположение отделываемых деталей, уложенных на конвейер, их длину и форму. Устройство дает сигнал на включение в работу одной либо двух распылительных головок, включающих до 4–5 пистолетов, постоянно перемещаемых поперек направления подачи.

Пистолеты включаются, когда под ними находится участок движущейся вместе с конвейером отделываемой детали. Внутри кабины расположены распылительные головки, механизм их поперечного перемещения и устройства подачи отделочного материала. В зависимости от конструкции установки пистолеты могут перемещаться возвратно-поступательно на каретках по горизонтальным направляющим, непрерывно на цепном подающем устройстве по овальной траектории или располагаться на вращающемся роторе с вертикальной осью вращения. Первая схема используется для нанесения лаков, грунтов и эмалей, вторая – при крашении, а третья – при отделке больших плоскостей. Угол наклона и направление каждого из распылительных пистолетов регулируется индивидуально. Варьируется и количество работающих пистолетов. Система подачи лака может иметь несколько независимых контуров, что позволяет быстро включить в работу другие группы пистолетов. Расход наносимого материала регулируется за счет вязкости, изменения его количества, подаваемого к распылительным устройствам, скорости подачи конвейера и скорости перемещения распылителей, а также изменением числа проходов деталей через установку.

Нанесение лакокрасочных материалов в электрическом поле высокого напряжения основано на использовании электрических сил для дробления, перемещения и осаждения заряженных частиц лака или краски на поверхность. Обычно оно применяется для отделки решетчатых конструкций – стульев, оконных блоков и т.п. Потери лакокрасочного материала при этом сокращаются до 5–10%, тогда как при обычном пневматическом распылении они составляют 40–70%. К распылителю (катоду) подводится отрицательный электрический заряд напряжением 65–130 кВ, а к отрицательному изделию (аноду) – положительный. Лакокрасочный материал подается последним в зону распыления автоматически, в момент прохождения изделия на конвейере со скоростью 1,4–2,5 м/мин. Существуют распылители двух видов: электромеханические и электростатические. Первые наиболее распространены в промышленности. Они представляют собой диск, чашу или грибок, вращающийся с частотой 900–1500 мин, в который поступает различный отделочный материал условной вязкостью 18–30 с. Из-за низкой электропроводности древесину необходимо перед отделкой обработать токопроводящими грунтовками или растворами. Недостаток этого метода – ограниченная область применения, в основном для окраски столярно-строительных изделий.

Окунание является наиболее простым способом нанесения лакокрасочных материалов. Для этого форма отделываемого изделия должна быть простая, хорошо обтекаемая, без внутренних углов и гнезд. Это могут быть детали стульев, ножки столов, буфетов, ручки, вешалки и др. Детали плавно и равномерно погружают в ванну с лакокрасочным материалом, затем также плавно извлекают из нее, после того как стекут излишки лака или краски, высушивают покрытие. Оптимальная скорость окунания – 0,2 м/мин, извлечения – 0,1 м/мин.

Также в деревообработке применяется оборудование для струйного облива с последующей выдержкой в парах растворителя. Равномерные по толщине покрытия можно получить, помещая детали сразу после обливания в атмосферу, содержащую высокую концентрацию паров растворителей. Испарение растворителей с нанесенного слоя жидкого лакокрасочного материала замедляется, излишки его стекают и на поверхности изделия остается равномерный слой. Для быстрого и равномерного стекания вязкость лака должна быть 20–40 с по ВЗ-4. Участки струйного облива имеют подвесной конвейер с монорельсом, на котором изделия со скоростью 0,7 м/мин проходят через входной тамбур с воздушной завесой, камеру облива и туннель с атмосферой.

Нанесение лакокрасочных материалов наливом получило распространение при отделке щитов. Деталь, перемещаемая конвейером, проходит через завесу жидкого отделочного материала, и ее верхняя поверхность покрывается равномерным тонким слоем. Существуют четыре основные конструктивные схемы образования завесы.

По схеме I завеса образуется при стекании отделочного материала, подаваемого через коллектор по наклонному экрану. При этом достигается хорошее качество покрытия, но с большой открытой поверхности экрана интенсивно испаряются растворители и загрязняют окружающую среду. Применение схемы II предусматривает использование наливочной головки с донной щелью. Ее недостаток – трудность обеспечения постоянной толщины завесы по всей ее длине, образование воздушных пузырьков и засорение щели, что приводит к разрыву завесы. В схеме III используется головка со сливной плотиной. Таким способом трудно получить тонкие пленки – 25–35 мкм. Применение подобных головок приемлемо при работе с полиэфирными лаками. Наиболее совершенными являются наливные головки со сливной плотиной и экраном, которые используются в схеме IV. Внутренняя полость головки состоит из двух частей, разделенных вертикальной перегородкой, в нижней части которой имеется переливная щель, перекрытая капроновой сеткой. Лак, поступающий из коллектора в левую часть головки, через сетку переходит в правую часть по мере повышения уровня переливается через плотину, растекаясь тонким слоем по экрану, и сливается завесой на поверхность проходящей детали. Излишки лака стекают через лоток в бак, откуда насосом снова подаются в коллектор.

Лаконаливная машина состоит из двух лаконаливных головок, установленных на вертикальных стойках станины, механизмов подъема и установки головок в горизонтальное положение, трубопроводов лакокрасочных материалов, туннелей, служащих для защиты лаковых завес от воздействия воздушных потоков, конвейера подачи заготовок, двух насосных установок с баками для лакокрасочных материалов и шнековых насосов с фильтрами. Равномерная подача лакокрасочного материала без вспенивания и образования пузырей воздуха при наливе обеспечивается применением насоса шнекового типа. Количество лака регулируется бесступенчатым изменением скорости подачи конвейера и производительности насосов. На типовой машине можно обрабатывать детали длиной от 400 мм, шириной до 1300 мм при скорости подачи 40–140 м/мин. Машина обеспечивает производительность до 280 м2/ч. В станках для нанесения лакокрасочных материалов на детали округлой формы реализуется метод экструзии.

Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов вальцами по конструкции аналогично станкам для подготовки поверхности древесины к отделке. В качестве примера можно привести вальцовый станок итальянской фирмы Superfici (входит в SCM Group). Этот станок с обрезиненным лаконаносящим валом и хромированным дозирующим валом оснащен современными сервоприводами на высокоточных линейных направляющих. Прижим валов к детали осуществляется управляемыми пневматическими цилиндрами, обеспечивающими стабильное усилие прижима валов к детали. Этим достигается высокая точность толщины лакового покрытия, компенсируя незначительные перепады по толщине самой детали и между различными деталями в партии. Кроме того, в станке предусмотрена возможность установки двух емкостей под различные виды лакокрасочных материалов; легко извлекаемые сбоку станка ракели; быстрая замена наносящего вала; быстросъемные боковые емкости для сбора лака; канал обратной подачи материала.

Отверждение и сушка покрытий

В зависимости от вида и агрегатного состояния нанесенного на поверхность лакокрасочного материала его отверждение происходит путем испарения летучих растворителей, химических превращений пленкообразователей и совместного протекания этих процессов.

В конвективных сушильных установках с конвейерной подачей покрытия сушат нагретым калориферами воздухом, омывающим деталь с помощью вентилятора. Более производительны сушилки, в которых детали укладываются на этажерки. Для сокращения длины сушильных камер их выполняют П-образными – в этом случае загружать и выгружать детали можно с одного места. Многоярусное расположение деталей позволяет увеличить емкость камер. Четырехколесные этажерки с уложенными на них деталями перемещаются внутри камеры с помощью цепного замкнутого конвейера, расположенного на потолке секции камеры.

В терморадиационных установках для нагревания покрытия инфракрасным (ИК) излучением используют трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и напольные нагреватели. Температура на оболочке ТЭНов достигает 450–700°С, на поверхности панелей – 400°С. Эти установки используют как для прямой сушки лака, так и для накопления тепла подложкой перед нанесением лака с последующей его сушкой. Для сушки толстых покрытий, когда тепла, аккумулированного подложкой, недостаточно для окончательного отверждения, применяют камеры конвективной сушки.

В термоконтактных установках отверждение лака происходит от нагретой плиты плоского пресса или цилиндрического каландра. Основные требования при сушке этим способом: отсутствие адгезии к горячим металлическим поверхностям и способность отверждаться под действием давления и тепла. К моменту контактирования нагревательных элементов из лаковой пленки должна быть удалена вода.

Установка фотохимического отверждения покрытий УФ-излучением эффективна для сушки прозрачных полиэфирных лакокрасочных материалов: лаков, грунтовок, шпатлевок. Метод основан на способности пленкообразователей, входящих в состав полиэфирного лакокрасочного материала, вступать в химическую реакцию полимеризации под воздействием УФ-лучей с длиной волн 0,3–0,4 мкм. Скорость отверждения увеличивается при введении в состав материала светочувствительной добавки – фотосенсибилизатора. Отделку можно вести как специальными лаками УФ-отверждения, так и любыми серийными лаками с добавлением фотосенсибилизатора. Источниками УФ-излучения служат трубчатые ртутно-кварцевые лампы высокого давления мощностью 1–10 кВт, а также люминесцентные ртутные лампы низкого давления мощностью 30–80 Вт. УФ-сушильные камеры оборудованы облучателями, состоящими из соответствующих ламп, зеркальных отражателей, защитных кварцевых колб и пускорегулирующей аппаратуры.

Способ радиационно-химического отверждения покрытий ускоренными электронами применяется для сушки полиэфирных лакокрасочных материалов, которая длится несколько секунд.

Поток ускоренных электронов получают в специальных установках, которые состоят из источника энергии постоянного тока (высоковольтного трансформатора), генератора электронов (катода), вакуумной системы, ускорительной трубки и пульта управления. Пучок электронов, выходящий из ускорителя, имеет следующие характеристики: сила тока – 10 мА; энергия – 700 кВт; длина развертки – 1200 мм; ширина развертки – 20 мм. Установка представляет собой непрерывную поточную линию, состоящую из подающего роликового, ленточного, приемного роликового конвейеров и ускорителя электронов с выходным окном. Детали в камеру подаются и удаляются через специальные окна, закрываемые защитными экранами. Преимущества этого способа – отверждение покрытий за несколько секунд и возможность полной автоматизации. Недостаток – высокие капитальные вложения.

Избирательная способность нагрева отделочных компонентов с помощью токов высокой частоты (ТВЧ) обеспечивает отверждение покрытия без нагрева подложки. Наиболее эффективен этот способ для сушки водоразбавляемых покрытий.

Ведущими предприятиями, производящими отделочное оборудование для мебели, столярно-строительных изделий, являются группа Cefla Finishing, Makor, SCM Group (Италия), Venjakob, Imawell, Hochsmann (Германия). В России высокотехнологичного отделочного оборудования мирового уровня не выпускается. Однако в последнее время появились фирмы, производящие отдельные виды оборудования для нанесения защитно-декоративных покрытий. Например, компания «Тигруп» предлагает линейку оборудования «Рапида» для отделки щитовых деталей и погонажа, а также ИК-туннели для окончательного отверждения покрытий. Окрасочные кабины с водяной завесой для пневматического распыления выпускает российская компания «ЛикМет».