Окунание и облив - наиболее простые и издавна применяемые способы окрашивания. Достоинство их заключается в возможности наносить различные лакокрасочные материалы и получать покрытия достаточно хорошего качества при использовании несложного обо­рудования. Окуная (погружая) изделие в лакокрасочный материал или обливая им изделие, удается прокрашивать практически все уча­стки поверхности, в том числе и скрытые от глаза человека; этого нельзя достичь с помощью многих других способов.

Окунание и облив используют главным образом для получения грунтовочных и однослойных покрытий на изделиях разной слож­ности небольших и средних размеров. Оба способа применяются во многих отраслях промышленности (автомобильной, приборострои­тельной, сельскохозяйственном машиностроении и др.), так как по­зволяют механизировать и автоматизировать процессы окрашивания.

Недостатками способов окунания и облива являются: неравно­мерность толщины покрытий но высоте изделий, невозможность окрашивания изделий, имеющих карманы и внутренние полости, относительно большие потери лакокрасочных материалов, нередко доходящие до 20 % и более. Многие из этих недостатков, однако, ис- юпочаются, если объектом окрашивания служат плоские изделия (де­ревянные щиты, металлические листы, рулонный металл), уложенные горизонтально. Лакокрасочный материал при этом наносят с помо­щью лаконаливных (или лакообливочных) машин. Именно при ок­раске таких изделий, особенно щитовой мебели, нашел наибольшее применение способ облива.

Уменьшение потерь лакокрасочных материалов и разнотолщин - ности покрытий при одновременном улучшении их декоративного вида достигается при выдержке свежеокрашенных изделий в парах растворителей. Этот способ, как разновидность способа облива, под названием Струйный облив получил широкое распространение в про­мышленности. Аналогичным образом можно улучшить покрытия, нанесенные способом окунания. Другими разновидностями способа окунания являются окрашивание длинномерных изделий протяги­ванием и мелких изделий - во вращающихся барабанах.

Окунание и облив в любых вариантах исполнения привлекают особое внимание при нанесении водоразбавляемых лакокрасочных материалов в связи с возможностью организации поточных пожаро­безопасных технологических процессов.

Принцип нанесения окунанием и обливом основан на смачива­нии окрашиваемой поверхности жидким лакокрасочным материа­лом и удержании его на ней в тонком слое за счет адгезии и вязкости материала. Качество и толщина покрытий при окрашивании окуна­нием и обливом определяются свойствами поверхности, а также хи­мическими и структурно-механическими характеристиками наноси­мого материала.

Рассмотрим процесс нанесения жидкой краски посредством оку­нания в нее изделия, например плоской пластинки (рис. 7.21). Пер­воначальный акт - погружение изделия в жидкий материал, т. е. ус­тановление адгезионного контакта. В зависимости от вязкости мате­риала и характера поверхности длительность этого процесса может составлять секунды или минуты. Одновременно с установлением контакта происходит адсорбционное взаимодействие жидкости с твердой поверхностью.

При извлечении изделия, например, со скоростью 1% будет увле­каться не только слой адсорбированной жидкости; вследствие адге­зии и внутреннего трения Р движение будет передаваться параллель­ным слоям жидкости, которые также будут подниматься, но со ско­ростью гу„. Кроме силы Рэти слои будут испытывать действие Силы

Рис. 7.22. Распределение скоростей в слое жидкости при извлечении из нее изделия

Тяжести Р, вызывающей опускание (стекание) жидкого материала со скоростью Wp . Суммарная скорость движения каждого элементарно­го слоя находящегося на расстоянии х от поверхности изделий, таким образом, будет равна:

Wx = Wu - Wp .

При условии ламинарного движения и исключения силы тяже­сти скорость отдельных слоев изменяется равномерно по мере уда­ления от изделия и на расстоянии А становится равной нулю. При этом зависимость Wn -/(Х) прямолинейна (рис. 7.22), а градиент ско­рости Dwn / Dx - const. В реальных условиях, когда воздействует сила тяжести Ру характер зависимости изменяется, объем жидкости, увле­ченной изделием, всегда меньше (на рис. 7.22 он показан в виде за­штрихованной области). Если принять ширину слоя за единицу, а толщину - за Dxy то d V составит:

DV = W 3Ax ,

А объем всей жидкости, увлеченной таким изделием в единицу вре­мени, будет равен:

А

V =jwxdx .

После извлечения изделия из жидкости часть ее стекает и (если это нелетучая жидкость, то независимо от скорости извлечения на по­верхности) остается слой, толщина которого определяется вязкостью,

Рис. 7.23. Зависимость толщины 5 покрытий из алкидной эмали от скорости извлечения изделия из ванны при различной вязкости краски (по ВЗ-246) при 20 °С

Плотностью и энергетическими фактора­ми взаимодействия жидкости с поверхно­стью твердого тела.

При окунании в лакокрасочные мате­риалы процесс усложняется непрерывным изменением вязкости нанесенного на изделие слоя, вследствие чего стекание его замедляется, а затем и совсем прекращается. Нетрудно убедиться, что толщина и степень неравномерности пленки будут тем больше, чем выше скорость извлечения изделия (рис. 7.23), вяз­кость лакокрасочного материала и скорость ее нарастания в момент стекания. Из низковязких материалов (20 с по ВЗ-246 и менее) форми­руются относительно тонкие покрытия с небольшим разбросом тол­щин по высоте изделия. Тот же эффект достигается при малых ско­ростях извлечения изделий из лакокрасочного материала - 0,1 м/мин и менее (рис. 7.24).

Однако на практике это приводит к снижению эффективности окрашивания: с уменьшением вязкости материалов повышается рас­ход растворителей и в ряде случаев появляется необходимость нане­сения нескольких слоев покрытия; уменьшение скорости извлечения изделий снижает производительность работы установок.

При нанесении лакокрасочных материалов способом облива за­кономерности, свойственные окунанию, сохраняются. Слой жидко­сти, подаваемой на единицу поверхности при обливе, в отличие от распыления, превосходит предельную толщину, при которой жид­кость может удерживаться на вертикальных поверхностях за счет сил адгезии и внутреннего трения. Поэтому ее избыток обязательно сте­кает, оставляя на подложке неравномерный по толщине слой, а на нисходящей ее кромке - натеки в виде капель. Продолжительность стекания в основном определяется вязкостью лакокрасочного мате­риала и скоростью испарения вхо­дящих в его состав растворителей и для разных типов лаков и кра­сок составляет 5-15 мин.

Рас. 7.24. Изменение толщины 5 по­крытия из нитратцеллюлозного лака по длине I изделия при различных скоростях извлечения его из ванны

Рис. 7.25. Схема выравнивания слоя лакокрасочного материала при воздействии паров растворителя:

1 - профиль покрытия при обычном окунании; 2 - про­филь покрытия при окунании с выдержкой в парах раство­рителя

Испарение растворителей можно замедлить или исключить, поместив изделие с нанесенным слоем лакокрасочного материала в атмосферу, содержа­щую пары растворителей в относительно высокой концентрации. В результате этого замедляется или прекращается нарастание вязкости и поверхност­ного натяжения лакокрасочного материала и соз­даются условия для его растекания и удаления из­бытка с поверхности (рис. 7.25). Изменяя вязкость исходного мате­риала, концентрацию паров растворителей и продолжительность выдержки в них окрашенных изделий, можно в широких пределах регулировать толщину получаемых покрытий, одновременно улуч­шая их равномерность (рис. 7.26).

Как видно из рис. 7.26, толщина покрытия уменьшается тем ин­тенсивнее, чем выше концентрация паров растворителей в паровой камере; естественно, лакокрасочные материалы с меньшей вязкостью формируют более тонкие покрытия. Опытным путем установлено оптимальное время выдержки покрытий в парах растворителей, при котором сохраняется достаточная толщина и одновременно обеспе­чивается удовлетворительная равномерность покрытий по высоте изделий. При вязкости лакокрасочных материалов 20-40 с по ВЗ-246 и концентрации паров растворителей 15-25 г/м3 это время составляет 8-14 мин.

Рис. 7.26. Зависимость толщины алкидных покрытий от продолжительно­сти выдержки в парах растворителей при вязкости лакокрасочного мате­риала 20 с по ВЗ-246 и разной концентрации паров (а); концентрации паров растворителей 18 г/м 3 и различной вязкости лакокрасочного материала (б)

Варианты окрашивания окунанием весьма разнообразны по ап­паратурному и технологическому оформлению (рис. 7.27). В услови­ях мелкосерийного производства применяют стационарные ванны; изделия погружают в них с помощью подъемников, тельферов или вручную (рис. 7.27, А). Для предотвращения распространения испа­ряющихся растворителей в окружающую среду такие ванны, как правило, оборудуются бортовым отсосом. При массовом производ­стве изделия в ванну подают конвейером периодического или непре­рывного действия (рис. 7.27, 6 , #), ванну же (стационарную или под­нимающуюся) помещают в камеру, оборудованную вытяжной вен­тиляцией. Ванна непрерывного действия имеет сточный лоток для сбора стекающего с изделий лакокрасочного материала и насос для перемешивания (в случае пигментированных составов). Перемеши­вание красок осуществляется их отбором из верхней части ванны или из кармана и подачей через трубу с отверстиями в нижнюю часть; кратность циркуляции материала 3-5 об/ч. Перемешивать краску в ванне можно также с помощью мешалок или сжатого воздуха; по­следний способ, однако, не распространен.

Окунание с выдержкой в парах растворителей проводится в ван­нах, оборудованных паровым туннелем.

В зависимости от габаритов окрашиваемых изделий объем ванн для окунания колеблется от нескольких литров до нескольких десят­ков кубических метров. Особенно большие по размеру ванны при­меняют при окрашивании сварных конструкций мачт электропере­дач, пола кузовов и кабин автомобилей, щитовых изделий. Ванны для окунания, имеющие объем 0,5 м3 и более, снабжены аварийным сливом - трубой и подземным баком для эвакуации огнеопасного лакокрасочного материала в случае аварийной ситуации. Скорость

Движения конвейеров непрерывного действия при окрашивании оку­нанием обычно не превышает 2,5 м/мин.

Способом окунания можно наносить любые стабильные при хранении лакокрасочные материалы: битумные, глифталевые, пен - тафталевые, мочевино - и меламиноформальдегидные, эпоксидные (горячего отверждения), водоразбавляемые и др. При окрашивании мелких изделий нередко применяют нитратцеллюлозные лаки и эмали. Более удобны для нанесения окунанием непигментирован - ные лакокрасочные материалы. Из пигментированных можно при­менять лишь составы, обладающие высокой седиментационной ус­тойчивостью. Рабочая вязкость лакокрасочных материалов 16-35 с по ВЗ-246. Для их разбавления применяют преимущественно высо - кокипящие растворители: уайт-спирит, сольвент, ксилол, скипидар, этилцеллозольв, бутилацетат. Это уменьшает их потери за счет ис­парения с поверхности ванны и благоприятствует стеканию избытка материала с деталей. В состав маслосодержащих лаков и эмалей вво­дят специальные добавки (кетоксимы, альдоксимы, замещенные фе­нолы), предотвращающие образование пленки на поверхности ван­ны в результате контакта с воздухом.

Для нанесения окунанием пригодны и водоразбавляемые лако­красочные материалы - растворы и дисперсии. В частности, такие материалы нашли применение при окраске автомотодеталей, быто­вых приборов и других изделий массового производства. Для умень­шения поверхностного натяжения и склонности к ценообразованию в состав таких материалов вводят смешивающиеся с водой раствори­тели (спирты, этилцеллозольв, бутилцеллозольв), тиксотропные до­бавки (алкоголяты алюминия, бентонит и др.), полиорганосилокса - ны, а также применяют меры для механического гашения пены (ус­тановка пеногасителя и др.).

Погружение изделий в ванну с краской и их извлечение проводят плавно, без рывков и с умеренной скоростью. Для разравнивания слоя краски на изделиях обтекаемой формы нередко предусматри­вают их вращение после изъятия из ванны. Большие наплывы и не оторвавшиеся капли с нижних кромок изделий удаляют электроста­тическим способом. С этой целью над сточным лотком устанавли­вают электродную сетку и подводят к ней высокое напряжение, а изделие заземляют. Толщина однослойных покрытий, полученных способом окунания, 15-30 мкм. По внешнему виду они соответству­ют III и IV классам. Однако при хорошо налаженной технологии на­несения и отверждения могут быть получены покрытия и более вы­сокого класса. Многоцветные и многослойные покрытия этим спо­собом не получают.

В отличие от окунания, облив позволяет обходиться относитель­но небольшим количеством лакокрасочного материала. Так, при ок­рашивании изделий средних размеров объем используемого лако­красочного материала уменьшается по сравнению с окунанием в 5- 10 раз. Благодаря этому способ облива имеет преимущество перед окунанием в пожарном отношении. Наибольшее применение способ облива получил в варианте струйного нанесения. Выдержка изделий в парах растворителей способствует улучшению внешнего вида по­крытий и положительно сказывается на экономии лакокрасочных материалов. Потери красок при применении струйного облива умень­шаются по сравнению с окунанием на 10-15 %, с пневматическим распылением - на 25-30 %. Удобно использовать струйный облив в условиях крупносерийного и массового производства, так как окра­шивание изделий этим способом осуществляется в автоматическом режиме.

Для нанесения лакокрасочных материалов используются уста­новки струйного облива (рис. 7.28), в которых изделия последова­тельно проходят зону облива и паровой туннель. Обильность облива при окрашивании изделий в зависимости от категории сложности колеблется от 10 до 20 л/м2 поверхности.

Для доведения лакокрасочного материала до заданной вязкости и промывки парового туннеля предусмотрен подвод растворителя из соответствующего бака. Разработаны установки, позволяющие ок­рашивать изделия с максимальным размером до 1600 мм. При скоро­сти конвейера 0,6-1,0 м/мин они обеспечивают производительность по окрашиваемой поверхности 200-250 м2/ч. Для нанесения струй­ным обливом применяют в основном те же лакокрасочные материалы,

Что и для нанесения окунанием, - органо - и водоразбавляемые грунтовки и эмали. Для разбавления используют индивидуальные растворители или их бинарные смеси, в случае водоразбавляемых материалов - водно-спиртовые смеси. Оптимальная температура ла­кокрасочных материалов 17-22 °С. Необходимая концентрация паров растворителей в паровом туннеле создается в результате испарения растворителей в камере облива и с поверхности окрашенных изде­лий. Предельная концентрация паров не должна превышать 50 % их нижнего предела взрываемости. Для контроля концентрации паров служат автоматические сигнализаторы горючих газов типов СГГ-2, СВК-3 и др. Технологические параметры нанесения грунтовок глиф - талевых, масляно-фенолоформальдегидных (I) и эмалей пентафта- левых, мочевиноформальдегидных, меламиноалкидных (II) указаны ниже:

SHAPE \* MERGEFORMAT

Вязкость по ВЗ-246, с Продолжительность облива, мин Концентрация паров растворителя, г/м" Продолжительность выдержки в парах растворителя, мин Толщина покрытия, мкм

Способом струйного облива грунтуют и окрашивают многие из­делия, для которых допускается отделка не выше III класса: узлы и детали комбайнов, тракторов, навесного и санитарно-технического оборудования, отопительные радиаторы, трубы, балки, сварные кон­струкции, электротехническое оборудование и др. Недостатки спо­соба - громоздкость установок и повышенный расход растворителей, достигающий в некоторых случаях 150 % от количества применяе­мых лакокрасочных материалов.

Налив представляет собой разновидность способа облива, при ко­тором лакокрасочный материал подается на плоские (или слегка изо­гнутые) горизонтально уложенные изделия в строго дозированном количестве. Дозирование предусматривает подачу на единицу поверх­ности одинакового количества материала, именно такого, при котором исключается его стекание и одновременно достигается хорошее раз­равнивание (растекание) на горизонтальной поверхности. С этой це­лью лак или краску наносят на поверхность в виде плоской струи (за­весы), перекрывающей всю ширину изделия. Такую завесу можно по­лучить, сливая жидкость через горизонтальный порог (плотину) или
узкую щель в стенке или дне сосуда. Если завесу равномерно, с опре­деленной скоростью пронести над изделием или изделие пропустить через завесу (что технически более удобно), то поверхность будет по­крыта равномерным слоем лакокрасочного материала.

На этом принципе основано лакирование и окрашивание многих видов изделий: щитовой мебели, древесностружечных и древесно­волокнистых плит, картона, фанеры, дверных полотен, лыж, бруско­вых материалов и др.

Отличительные особенности способа налива - высокая произво­дительность, малые потери лакокрасочных материалов, возможность нанесения за один слой разных по толщине покрытий (до 300 мкм) - позволяют отнести его к наиболее перспективным способам окра­шивания.

Для нанесения наливом применяют разные по конструкции Ла­коналивные машины. Принцип их работы понятен из рис. 7.29. Лако­красочный материал подается на изделие из наливочной головки. Не попавший на изделие материал (протяженность завесы обычно боль­ше ширины изделия) стекает через приемный лоток в отстойный бак, откуда, освободившись от пузырьков увлеченного им воздуха, вновь возвращается в цикл.

Процесс осуществляется непрерывно; окрашиваемые изделия пе­ремещаются автоматически с помощью транспортирующих устройств. Наиболее ответственная деталь лаконаливных машин - наливочная головка. Она определяет профиль вытекающей струи и расход лако­красочного материала. Нашли применение наливочные головки с донной щелью (наиболее распространенный тип), со сливной пло­тиной, со сливной плотиной и экраном; оптимальное расстояние от наливочной головки до изделия составляет 50-100 мм.

Регулирование подачи красок на изделия в лаконаливных маши­нах осуществляется путем изменения ширины щели, давления или объема поступающего в наливочную головку материала. Толщину покрытий также можно изме­нять, меняя скорость движения транспортирующих изделие
и лакировании мебельных изделий широко применяется лаконалив­ная машина JIM-3. Она имеет две наливочные головки и позволяет окрашивать как плоские части, так и кромки изделий шириной до 2,2 м. Скорость движения изделий можно варьировать в пределах 10-170 м/мин.

Лаконаливные машины - весьма производительный и экономич­ный вид окрасочного оборудования. При автоматизированных пода­че и съеме изделий с транспортера производительность по окраши­ваемой поверхности может достигать десятков тысяч квадратных мет­ров в час.

При нанесении способом налива принципиально нет ограниче­ний в применении любых жидких материалов. Так как способ налива применяется в основном для отделки изделий из древесины, освоено нанесение в первую очередь мебельных лаков и эмалей - нитратцел - люлозных (I) и полиэфирных (II). Ниже приводятся основные тех­нологические параметры их нанесения:

Рабочая вязкость по ВЗ-246, с 80-100 55-100

Скорость движения изделия, м/мин 60-90 50-80

Средний расход материалов, г/м2 120-200 400-500

Толщина однослойных покрытий, мкм 25-40 200-300

Компоненты полиэфирных лаков смешивают непосредственно перед нанесением (в случае машин с одной головкой) или в процессе нанесения (при использовании машин с двумя наливочными голов­ками). Способом налива можно наносить однослойные и много­слойные, однородные или разнородные покрытия. При нанесении окрашивается только одна сторона изделия - верхняя. Если необ­ходимо окрасить обратную сторону или торцы (кромки) изделий, их переворачивают и процесс повторяют. Наиболее часто встре­чающийся дефект покрытий - газонаполнение. Оно возникает в результате попадания воздуха в струю краски или ее микродис­пергирования при соприкосновении с быстродвижущейся поверх­ностью. Устранение этого и других дефектов достигается измене­нием параметров лакокрасочного материала (вязкости, поверхно­стного натяжения) и режимов работы машин. В процессе налива и при последующем транспортировании изделий до сушилки про­исходит испарение растворителей или мономеров. Поэтому в кон­струкциях лаконаливных машин предусматривают местный отсос, а помещения, где проводится окрашивание, оборудуют общей вен­тиляцией.

Длинномерные изделия, имеющие постоянное поперечное сече­ние по длине (карандаши, плинтусы, карнизы, проволока, отрезки труб небольшого диаметра), удобно окрашивать путем их протяги­вания через ванну с лакокрасочным материалом (рис. 7.30).

Излишки материала при этом удаляются ограничительными коль­цами (шайбами из резины), перекрывающими вход и выход изделий из ванны. Роль ванны может выполнять пористый материал (поро­лон, фетр, тканевый пакет), плотно обжимающий покрываемую поверхность. Дозирование лака или краски на пористый материал осуществляют через трубку или фитильным способом. При протя­гивании изделия через пористый материал, пропитанный лаком, по­следний откладывается тонким слоем на поверхности изделия. Этим способом проводят, в частности, лакирование проводов на предпри­ятиях электротехнической промышленности.

Для лакирования и окрашивания способом протягивания при­меняют как быстро-, так и медленносохнущие лакокрасочные мате­риалы: нитратцеллюлозные, алкидные, полиэфирные, эпоксидные (одноупаковочные) и др. Так, карандаши покрывают нитратцеллю - лозными лаками и эмалями с относительно высокой вязкостью и содержанием сухого остатка 50-60 %. Вытолкнутый из ванны каран­даш поступает на приемный (сушильный) транспортер.

Для покрытия проволоки в основном применяют лаки с низко­летучими растворителями (керосин, уайт-спирит, крезолы и др.); покрытия отверждают в сушилках конвективного или индукционно­го типа при высоких температурах. Толщина однослойных покры­тий при протягивании небольшая - 2-5 мкм, поэтому предусматри­вается нанесение нескольких слоев - от 2 до 12.

Способ протягивания производителен, достаточно экономичен, позволяет механизировать и автоматизировать окрасочный процесс, однако имеет большие ограничения по форме покрываемых из­делий.

Наиболее простым и экономически выгодным для мелких изде­лий массового изготовления (пистоны для обуви, крючки, петли, пряжки, болты, гайки, рукоятки для инструмента и др.) является способ окрашивания в барабанах. Применяют барабаны с механиче­ским приводом, обеспечивающие слив лакокрасочного материала и нередко высушивание изделий при вращении. В последнем случае предусмотрена подача в барабан теплого воздуха и отвод из него па­ров растворителей. Изделия загружают в барабан обычно на 1/3-2/3 объема. Лакокрасочный материал заливают с таким расчетом, чтобы полностью смочить изделия. Время вращения барабана 5-7 мин, час­тота вращения 75-120 об/мин. Если покрытия высушивают вне бара­бана, то изделия выгружают на сетки и после стекания избытка крас­ки направляют в сушилку.

Имеются конструкции барабанов, в которых окрашивание изде­лий осуществляется не погружением в лакокрасочный материал, а его распылением. При этом в случае термореактивных лаков и кра­сок возможно их многослойное нанесение с сушкой каждого слоя непосредственно в барабане при его вращении. Вместо барабанов могут быть использованы центрифуги. Изделия загружают в перфо­рированную корзину центрифуги, опускают в емкость с краской и после изъятия из нее центрифугу приводят во вращение для удале­ния избытка краски и высушивания изделий.

Для нанесения в барабанах и центрифугах применяют преиму­щественно быстросохнущие лакокрасочные материалы - битумные и нитратцеллюлозные лаки и эмали, а также водные краски. Их вязкость в каждом конкретном случае подбирают опытным путем. Покрытия имеют невысокий класс отделки (не выше III), встре­чаются дефекты в местах соприкосновения изделий, возможны потеки.

Метод погружения применяется для создания тонких пленок и нанесения покрытия. Технически метод основан на погружении подложки в емкость с материалом покрытия, после которого материал закрепляется на подложке и далее ему дается возможность стечь. Часть покрытия может быть удалена методом сушки или обогрева.

Этапы погружения (окунания)

Погружение может быть разделено на три основных этапа:

• Подложку погружают в раствор при постоянной скорости;
• Выдерживание подложки в растворе в неподвижном состоянии;
• Подложку вынимают с постоянной скоростью. Чем быстрее подложка вынимается из раствора, тем толще будет слой материала на подложке.

Минусы и плюсы

Метод является довольно простым, ввиду чего его легко автоматизировать. Толщина пленки контролируется при помощи вязкости покрытия и скорости выхода из емкости. Емкости, применяемые в данном методе, могут быть различными по форме и размерам. Это позволяет наносить покрытия на более крупные подложки.
Одним из минусов является тот факт, что в нижней части пластины толщина пленки может быть больше, чем в верхней («клиновый эффект»). На краях подложки покрытие может стекать неравномерно, ввиду чего на краях покрытие будет более толстым. Так же пары растворителя могут уносить с собой частицы покрытия, ввиду чего оно становится неравномерным.

Краткая теория

Метод нанесения покрытия окунанием - процесс, в котором подложка погружается в жидкость, после чего извлекается при контролируемых условиях окружающей среды, что в конечном итоге приводит к нанесению покрытия. Толщина покрытия определяется скоростью подъема подложки, вязкостью жидкости и содержанием твердых компонентов. Если скорость подъема подложки подбирается с учетом того, что состояние системы будет находиться в Ньютоновском режиме, то толщина пленки может быть вычислена по уравнению Ландау-Левича .

h - толщина покрытия, η - вязкость

γ LV - поверхностное натяжение жидкость-пар, ρ - плотность

g - удельный вес

В работах Джеймса и Строубридж показано, что экспериментальные значения толщины кислотно-каталитического кремнозоля хорошо коррелируют с расчетными значениями. В методе погружения возникает интересный эффект: выбрав соответствующую вязкость, толщина покрытия может изменяться с высокой точностью от 20 нм до 50 мкм при сохранении высокого оптического качества. Схема процесса погружения изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Этапы процесса получения покрытия методом погружения: погружение подложки в раствор, образование мокрого слоя путем удаления подложки и преобразование слоя в гель путем выпаривания растворителя.

Если для покрытия выбраны реагирующие системы, например, как в случае с золь-гель покрытиями для которых используют алкоголяты или предварительно гидролизованные золи, то необходимо контролировать состояние окружающей среды. Окружающая среда оказывает влияние на испарение растворителя и может дестабилизировать этот процесс, что приводит к гелеобразованию и формированию прозрачной пленки из-за небольшого размера частиц золей (нм) . Это схематически изображено на рисунке 2.

Рисунок 2. Процесс гелеобразования в ходе нанесения покрытия методом погружения, полученного путем выпаривания растворителя и последующей дестабилизацией золя (Бринкер и др. )

Частицы золя стабилизируются поверхностными зарядами, ввиду чего необходимо рассматривать условия стабилизации Штерна . Согласно теории Штерна процесс гелеобразования можно объяснить приближением заряженной частицы на расстояние, при котором имеет место потенциал отталкивания. Данный потенциал приводит к очень быстрому гелеобразованию. Этот процесс протекает в точке гелеобразования, как показано на рисунке 2. Полученный гель подвергается термической обработке, причем температура спекания зависит от его состава. Однако из-за того, что частицы геля чрезвычайно малы, система характеризуется наличием избыточной энергии, ввиду чего в большинстве случаев наблюдается понижение температуры спекания по сравнению с системами сыпучих материалов. Тем не менее, следует учитывать тот факт, что щелочная диффузия в обычных стеклах, таких как, например, стекла, полученные из гашеной извести, начинается от нескольких сотен градусов Цельсия и, как показано, Банджем, щелочные ионы диффундируют в слой покрытия в ходе уплотнения. В большинстве случаев это не является весомым недостатком, так как улучшается адгезия слоя, но при расчетах оптических систем необходимо принимать во внимание влияние на показатель преломления.

Метод окраски окунанием широко используется в различных отраслях промышленности. Он прост и производителен. Но вследствие того, что получаемые покрытия обладают невысокими декоративными свойствами и неравномерны по толщине, метод используется главным образом для нанесения медленно высыхающих грунтовок (фенольных, глифталиевых и др.) и для окраски изделий, к покрытию которых не предъявляют высоких декоративных требований. Качество и толщина покрытий зависят от вязкости наносимого материала, температуры, содержания сухого остатка в краске или грунтовке, доведенных до рабочей вязкости, и других факторов.

Для получения сравнительно равномерных по толщине покрытий рабочая вязкость глифталиевых материалов рекомендуется порядка 20 ... 25 с, а фенольных грунтовок 16 ... 18 с по вискозиметру ВЗ-4 при 20 °С. Скорость извлечения деталей из ванны должна быть небольшой, с увеличением скорости неравномерность покрытий по толщине возрастает. Погружение и извлечение деталей из ванны нужно производить плавно. Погружаемые детали или изделия должны быть полностью покрыты лакокрасочным материалом, не допускается скапливание материалов в углублениях (карманах) изделия при извлечении его из ванны, не допускается также образование на окрашенной поверхности заметных подтеков.

Детали следует завешивать на приспособления с минимальным расстоя-

ниєм между ними. Это способствует более полному стеканию излишков нанесенного материала. Продолжительность стекания при температуре 18 ... 25 °С рекомендуется не менее 10 ... 12 мин. Замедленное стекание помогает получению более равномерных по толщине покрытий и предотвращает образование больших наплывов и подтеков. Детали после окунания на время стекания краски и сушки должны оставаться в таком же положении, как и при окунании.

По мере пользования ванной происходит увеличение вязкости лакокрасочных материалов главным образом вследствие улетучивания растворителей, поэтому необходимо периодически ее корректировать, добавляя соответствующие растворители.

Установки для окраски окунанием несложны.

Если объем окрасочных работ невелик и детали небольших размеров, то для грунтования детали погружают в ванну вручную. После окунания их подвешивают на крючки для стока избытка лакокрасочного материала и сушки. В подобных случаях применяется ванна, показанная на рис. 31. Корпус ванны 1 оборудован вытяжкой 6 для удаления паров растворителей, испаряющихся с поверхности ванны. Перемешивание осуществляется насосом 3, приводимым в движение электродвигателем 4, установленным на основании 5. Для окрашивания детали укладывают в сетчатые корзины, окунают их в ванну, затем ставят на сетку 2 для стока излишней краски по сточному желобу 7 и возвращения в ванну. Для слива краски служит кран 8.

В условиях массового производства, когда изделия поступают непрерывно, окраска окунанием осуществляется при подаче изделий подвесным одно- цепным или двуцепным конвейером.

Для нанесения шпатлевок с целью выравнивания неровностей на поверхности применяют шпатели. Шпатели представляют собой тонкие упругие пластинки из стали и из различных пород дерева (бука, ясеня, березы) и армированного пластика. Стальные шпатели (рис. 32, а) изготавливают в виде лопаток с деревянной рукояткой. Лопатку несколько скашивают для удобства в работе. Наиболее часто употребляются шпатели с шириной рабочей поверхности 30 ... 100 мм. Деревянные шпатели (см. рис. 32, б) делают с заостренным и скошенным лезвием шириной 40 ... 200 мм. Для шпатле-

Рис. 32. Шпатели

металлический; б - деревянный

НАНЕСЕНИЕ ШПАТЛЕВКИ

Рис. 33. Работа со шпателем

вания поверхностей, имеющих закругления, применяют небольшие резиновые пластинки.

При работе шпатель нужно держать наклонно ручкой вперед по направлению движения (рис. 33). При таком положении шпателя шпатлевка лучше распределяется по поверхности и полнее заполняются неровности. Наносить шпатлевку нужно полосами, при этом каждая последующая полоса должна захватить край предыдущей тонким слоем порядка 0,2 мм.

Нанесение лакокрасочных материалов окунанием не нашло широкого применения. Оно используется при отделке мелких изделий обтекаемой формы: ножек стульев, шкафов, буфетов и т. д. Сущность его заключается в следующем.

Изделия, подлежащие отделке, погружаются в емкость, наполненную лакокрасочным материалом, а затем, после непродолжительной выдержки в ней, извлекаются и выдерживаются до окончательного стекания излишков лакокрасочного материала. Окончательная сушка покрытия осуществляется в естественных условиям или в обогреваемых камерах.

Излишки лакокрасочного материала, стекающие с изделия, собираются в специальные емкости и после очистки и разведения растворителем до рабочей вязкости повторно используются для отделки.

Качество отделки зависит от ряда факторов, основными из которых являются: скорость погружения и извлечения детали (изделия) из емкости, вязкость и температура лакокрасочных материалов, его сухой остаток, форма детали (изделия) и др.

Опускание и извлечение деталей должны быть плавными и равномерными. Оптимальной скоростью окунания в лакокрасочный материал вязкостью 300-400 сек (по ВЗ-4) является
0, 2 м/мин, а извлечения - 0,1 м/мин. При таких режимах отделки покрытия получаются равномерными по толщине, без дефектов.

Для отделки деталей (изделий) методом окунания рекомендуется применять лакокрасочные материалы, имеющие повышенный сухой остаток и содержащие средне- и труднолетучие элементы, во избежание быстрого нарастания вязкости материала в емкости ввиду испарения растворителей. В мебельной промышленности для этих целей используется специальный лак ОД, имеющий 42-45% сухого остатка, который позволяет получать покрытия требуемой толщины за одно-два окунания вместо трех-пяти при использовании лаков НЦ-221.

Лучшему отеканию излишков лакокрасочных материалов и получению покрытий равномерной толщины способствуют отделка предварительно нагретых деталей (изделий), а также выдержка их после извлечения из емкости в парах растворителей тех же лакокрасочных покрытий. В том и другом случаях продолжительность отекания излишков сокращается в 5-8 раз.

Выдержка деталей (изделий) в парах растворителей возможна лишь при использовании механизированных установок, в которых между кабиной окунания и сушильной установкой предусмотрен туннель, заполненный парами растворителей и изолированный от смежных агрегатов воздушной завесой. Концентрация паров растворителей в туннеле создается либо за счет их отсоса из кабины окунания, либо за счет распыления растворителей, представляющих летучие элементы лакокрасочного материала.

В ряде случаев для улучшения растекания лакокрасочного материала и особенно для снятия последней капли, образующейся в виде сосулек на отделываемых деталях с острыми кромками при стекании о них красок, эмалей или лаков, применяют специальные каплеосаждающие сетки, к которым подведено высокое напряжение (до 100 кв) с отрицательным знакам. В этом случае между сеткой и отделываемым изделием создается электростатическое поле высокого напряжения. При прохождении отделочных изделий через зону электростатического поля капли лакокрасочного материала стягиваются с них и попадают на сетку, а затем в сборник, установленный под ней. Собранный материал после очистки и разбавления используется повторно для отделки.

Метод окунания применяется при отделке изделий из древесины в сельхозмашиностроении, автостроении и вагоностроении.

Рассматриваемый метод отделки обладает рядом положительных особенностей:
сокращаются потери лакокрасочных материалов (ввиду повторного использования избытков и отсутствия туманообразования) и растворителей (ввиду использования лакокрасочных материалов с повышенной вязкостью);
снижается количество наносимых слоев (ввиду использования лакокрасочных материалов с большим сухим остатком); процесс отделки поддается механизации и автоматизации. Недостатком этого способа отделки является трудность получения покрытия равномерной толщины по высоте средних и крупных деталей, особенно длиной свыше 300 мм.

Создание механизированных установок для отделки деталей методам окунания не всегда экономически целесообразно. Это объясняется тем, что время, затрачиваемое на навеску деталей (особенно мелких) на конвейер установки, оказывается подчас весьма значительным. В результате этого коэффициент использования рабочего времени установки заметно снижается. В таких случаях выгоднее отделывать детали вручную, а сушить в естественных условиях.

Производительность механизированных установок для отделки деталей (изделий) методом окунания