Порошковая краска: состав и производство
Порошковая краска — это сухая смесь полимера, отвердителя, пигментов и добавок. В банке это порошкообразное вещество без растворителя, а на изделии — сплошная полимерная плёнка. В отличие от обычной краски, у которой плёнка остаётся после испарения растворителя, краску наносят сухой, а покрытие образуется при нагреве. ГОСТ 9.410-88 называет результат порошковым полимерным покрытием и распространяет его не только на металлические, но и на стеклянные и керамические поверхности.
Порошковые краски, как и жидкие лакокрасочные материалы, состоят из плёнкообразователя и пигментов. Состав порошковых красок задаёт их свойства: смола отвечает за прочность и стойкость, пигменты — за цвет, добавки — за растекание и внешний вид. Делают порошковую краску так: гранулы смолы смешивают с отвердителем, пигментами и другими компонентами, смесь расплавляют в экструдере, раскатывают, охлаждают, дробят и мелют. Размер частиц порошка важен для нанесения: по ГОСТ 9.410-88 на холодное изделие наносят порошок дисперсностью не больше 150 мкм, на нагретое — до 350 мкм. Порошковая окраска, порошковое окрашивание и порошковая покраска — названия одной технологии, поэтому на вопрос, что такое порошковая окраска, ответ тот же.
Как работает технология порошковой покраски
Технология нанесения держится на электростатике: порошковая краска остаётся на детали за счёт заряда. Распылитель заряжает частицы порошковой краски, деталь заземлена, и заряженные частицы краски летят к металлу и остаются на нём до печи. ГОСТ 9.410-88 описывает два способа зарядить частицы: от источника высокого напряжения — на распылитель подают не больше 80 кВ — и трением, когда частицы электризуются о стенки распылителя. Второй способ называют трибостатикой: такой распылитель заряжает частицы порошка без высокого напряжения и лучше прокрашивает внутренние углы.
Углы — слабое место электростатики. Заряженные частицы порошковой краски охотно оседают на кромках и выступах, а во внутренний угол и глубокий паз его затягивает хуже: поле там слабее. Этот эффект называют клеткой Фарадея. Поэтому детали сложной формы красят с подбором режима окрашивания, а не одним проходом.
Частицы порошковой краски, которые не осели на деталь, улавливает камера окрашивания, и их используют снова: так технология порошковой окраски экономит материал. С жидкой краской так не получится. Есть оговорка: если в одной камере красят разных цветов порошками, повторно использовать смесь нельзя, и при смене цвета камеру чистят от пыли.
Этапы порошковой покраски
ГОСТ 9.410-88 задаёт общую схему: подготовка поверхности, при необходимости предварительный нагрев, окрашивание, формирование покрытия и охлаждение. Для многослойного покрытия окрашивание и формирование повторяют. Все операции процесса проводят при температуре воздуха 15–30 °C и влажности не выше 80 %. Весь процесс порошковой покраски укладывается в один проход по линии окрашивания.
Подготовка поверхности
Краска держится не лучше, чем держится то, на что её нанесли. Перед началом порошковой окраски поверхность готовят: очистка от ржавчины, окалины и масла — обязательная операция до нанесения. По ГОСТ 9.410-88 степень очистки окрашиваемой поверхности от окислов — 2, обезжиривание — первой степени по ГОСТ 9.402. На поверхности не должно быть заусенцев и острых кромок радиусом меньше 0,3 мм: на острой кромке расплавленная краска стягивается и выходит тонким слоем. Подготовку подбирают под каждый из материалов: стали — обезжиривание и фосфатирование, оцинковке — пассивация, алюминию — хроматирование, нержавейке — абразивная очистка. Заменять фосфатирование фосфатирующей грунтовкой стандарт не разрешает. После химической подготовки — промывка и сушка. Литые детали до окрашивания прокаливают не ниже 250 °C полчаса, чтобы из металла вышли газы. Иначе они выйдут в печи и дадут поры.
Нанесение порошковой краски
Основной способ нанесения порошковой краски — электростатическое распыление в камере окрашивания с вытяжкой: деталь висит на подвеске, оператор ведёт распылитель на расстоянии не больше 400 мм от окрашиваемого изделия. Есть и другие методы нанесения: детали помещают в псевдоожиженный, или кипящий, слой порошка — так покрывают мелкие и средние изделия, — или напыляют краску на нагретое изделие. Метод порошкового окрашивания выбирают по размеру и форме изделия. Параметры нанесения ГОСТ 9.410-88 задаёт в приложении 6: за один проход — до 250 мкм, у поливинилхлоридной краски — до 700 мкм. Нанесение порошка чаще всего ведут электростатикой на холодную деталь, и до печи нанесённое покрытие лежит рыхлым слоем: его можно сдуть. После нанесения краски деталь не трогают и сразу везут в печь.
Полимеризация в печи
В печи частицы порошка плавятся, растекаются по поверхности и сшиваются в монолитную плёнку. Так ведут себя термореактивные порошковые краски. Термопласты не сшиваются, а застывают при охлаждении. Режимы в ГОСТ 9.410-88 разные: полиэфирную краску П-ПЭ-1130У формируют 60 минут при 180 °C или 30 минут при 200 °C. Современные порошки обычно отверждают около 10 минут при 180–200 °C, причём время считают по температуре металла, а не воздуха в печи. Крупные изделия прогреваются дольше, поэтому общее время в печи больше. У нас режим окрашивания — 160–200 °C и 15–25 минут, по паспорту конкретной порошковой краски.
Охлаждение и контроль качества
После печи окрашенная деталь остывает на воздухе. Сушка, как у жидких лакокрасочных материалов, не нужна: растворителя нет, покрытие твёрдое сразу после остывания. Контроль порошковой покраски ведут по ГОСТ 9.410-88: у 1–10 % изделий партии проверяют толщину, цвет и класс покрытия, внешний вид покрытия — по эталону при рассеянном свете. Физико-механические свойства порошкового покрытия — адгезию по ГОСТ 15140, прочность при ударе и эластичность при изгибе — испытывают не раньше чем через 3 часа после формирования.
Виды порошковых красок
Порошковые краски делятся на две группы. Термореактивные при нагреве вступают в химическую реакцию с отвердителем, и сшитую плёнку покрытия уже не расплавить. Термопластичные просто плавятся и застывают: такое покрытие можно снова размягчить нагревом. Для порошковой покраски металла чаще берут термореактивные порошки.
| Тип порошка | Основа | Где применяют |
|---|---|---|
| Эпоксидные | эпоксидные смолы | защитные и электроизоляционные покрытия |
| Эпоксидно-полиэфирные (гибридные) | смесь полиэфира и эпоксида от 50/50 до 70/30 | помещения: мебель, приборы, оборудование |
| Полиэфирные | полиэфир с отвердителем TGIC или HAA | улица: фасады, ограждения, металлоконструкции |
| Полиуретановые | смола с гидроксильными группами и блокированный изоцианат | улица и помещения, где важна стойкость цвета |
| Термопласты: полиэтилен, полиамид, ПВХ, фторопласты | плавкие полимеры без сшивки | толстые химстойкие и антифрикционные покрытия |
Основную часть рынка занимают гибридные и полиэфирные порошки: первые идут в помещения, вторые — на улицу. Полиэфирные краски выбирают для изделий под солнцем и дождём. Кроме состава, порошковые краски различаются степенью блеска и фактурой: глянец, полумат, мат, а также текстур вроде шагрени, антика, молотковой фактуры и металлика. Декоративные фактуры маскируют мелкие неровности металла, гладкий глянец их подчёркивает, поэтому декоративное покрытие часто выбирают для литья и сварных изделий.
Какой толщины порошковое покрытие
Толщина покрытия — главный параметр после адгезии. За один проход порошковая покраска даёт покрытие толще, чем обычная краска, и без потёков. Тонкую гладкую плёнку, наоборот, получить сложно. Мы наносим 60–120 мкм порошковой краски за слой: 60–80 мкм для помещений, 100–120 мкм для улицы и изделия под монтаж.
Толще — не всегда лучше: утолщённое покрытие ГОСТ 9.410-88 называет причиной пузырей и потёков. Срок службы покрытия зависит от толщины не меньше, чем от подготовки: толщина покрытия должна соответствовать задаче, а толщину нанесённого слоя проверяют толщиномером на каждой партии. Оцинкованный лист под порошковым покрытием защищён дважды: краска закрывает цинк, а цинк защищает сталь там, где краску поцарапали. Как цинк и краска работают вместе, мы разбирали в статье как защитить металл от коррозии.
Плюсы и минусы порошковой покраски
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| нет растворителя, летучие вещества почти не выделяются | нужна печь: изделие должно в неё войти |
| остаток порошка используют снова, расход материала ниже | изделие греют до 160–200 °C и выше |
| толстое покрытие за один проход без потёков | тонкий гладкий слой получить сложно |
| одинаковый внешний вид на вертикальных и горизонтальных поверхностях | место повреждения порошковой краской не подкрасить |
| сушка не нужна: деталь готова после остывания | смена цвета — это очистка камеры |
Главное ограничение порошковой покраски — температура. Резину, пластик и подшипники с изделия до покраски снимают. Неметаллические изделия по ГОСТ 9.410-88 должны выдерживать нагрев на 30 °C выше температуры формирования, а паяные детали греют ниже температуры пайки минимум на 30°. Поэтому порошковая покраска металла идёт последней операцией: сначала резка, сварка и гибка, потом покраска. Деталь гнут до покраски: после печи покрытие на малом радиусе может потрескаться. Если нужна гибка, её делают на листогибочном прессе, а покраску — уже по готовой детали.
Порошковая или жидкая краска
| Параметр | Порошковая | Жидкая |
|---|---|---|
| Растворитель | нет | есть, испаряется |
| Как образуется плёнка | порошок плавится в печи | краска высыхает на воздухе или в камере |
| Толщина за один проход | до 250 мкм по ГОСТ, у нас 60–120 | тоньше, слоёв обычно несколько |
| Остаток материала | собирают и пускают снова | теряется |
| Где красят | в цехе с печью | в цехе и на объекте |
| Подкраска | порошком нельзя | можно |
Жидкие эмали выигрывают там, где изделие не входит в печь или красить приходится на месте: длинную металлоконструкцию, сварной шов на монтаже, ограждение после установки. Лакокрасочные материалы на растворителях наносят кистью или краскопультом в несколько слоёв, и для нанесения краски на объекте печь не нужна. Порошковая окраска выигрывает на серии: одинаковый цвет, ровное покрытие и меньше отходов материалов. Обе технологии окраски относятся к лакокрасочным покрытиям, и обе держатся только на хорошо подготовленной поверхности.
Дефекты покрытия и их причины
В приложении 8 ГОСТ 9.410-88 собраны основные дефекты порошковой покраски. Почти все они сводятся к трём вещам: подготовке поверхности, режиму нанесения и режиму печи.
| Дефект | Причина по ГОСТ 9.410-88 |
|---|---|
| Шагрень | низкая температура или мало времени формирования, повышенное давление воздуха или напряжение |
| Поры | газ из литья, влажность материала, плохой сжатый воздух |
| Пузыри | нанесение утолщённого слоя |
| Потёки | утолщённое покрытие, повышенная температура формирования |
| Изменение цвета | перегрев, слишком долгое формирование |
| Плохая адгезия покрытия | некачественная подготовка поверхности, нарушение режима |
| Трещины | низкая температура или мало времени формирования |
| Включения | крупная фракция в порошке |
Что такое шагрень, зависит от того, где о ней пишут. В ГОСТе это дефект, мелкая волна на поверхности покрытия от недопёка. А в каталогах красок «шагрень» — это декоративная фактура, которую получают нарочно. Если вы заказывали гладкий глянец, а получили шагрень, — это брак режима порошковой покраски, а не особенность краски. Отслоение покрытия с кромки в первый же сезон почти всегда означает, что под слоем остались масло или ржавчина.
Что можно покрасить порошковой краской
Области применения порошковой покраски широкие. Из материалов чаще всего красят сталь, оцинкованную сталь, алюминий и нержавейку — листовые детали, корпуса, профиль, трубы, ограждения, металлоконструкции и декоративные элементы. Оцинкованный металл перед покраской обязательно пассивируют, иначе цинк при нагреве даёт точечные вздутия. Краска поверх цинка продлевает его службу. Порошковая покраска подходит не только для металла: ГОСТ 9.410-88 описывает окрашивание стекла и керамики, а низкотемпературные гибридные порошки, которые отверждаются при 125–130 °C, применяют даже на МДФ.
Нельзя красить изделия, которые не выдержат печь или не войдут в неё. Тип порошковой краски подбирают под среду: для помещений — гибридный, для улицы — полиэфирный. Мы красим металл порошковой краской после лазерной резки и гибки, на одной площадке, — подробнее на странице порошковой покраски.
Коротко
- Порошковая покраска металла — нанесение сухой краски без растворителя: порошок заряжают, он держится на заземлённой детали, а в печи плавится в сплошную плёнку.
- Этапы по ГОСТ 9.410-88: подготовка поверхности, окрашивание, формирование покрытия, охлаждение и контроль.
- Термореактивные порошки — эпоксидные, гибридные, полиэфирные, полиуретановые — сшиваются при нагреве, термопласты просто плавятся.
- Один слой — до 250 мкм по ГОСТ, у нас 60–120 мкм. Толще — не всегда лучше: утолщённое покрытие даёт пузыри и потёки.
- Почти все дефекты покрытия — от плохой подготовки поверхности или неверного режима печи.