Электростатическая покраска. Оборудование и особенности

Электростатическая покраска как особая технология нанесения защитных покрытий была разработана в США в 40-х годах прошлого века. После того, как на это изобретение был получен патент – этот метод широко распространился по всему миру. Его суть заключается в использовании электростатических сил взаимодействия между мельчайшими частичками красителя и обрабатываемой поверхностью.

Как реализуется электростатическая покраска на практике

Для реализации методики перед нанесением красителя он распыляется на мелкие частицы, которые посредством специального электрода получают мощный отрицательный заряд (порядка 60-10 кВ). После этого они попадают в поле притяжения предварительно заземленного металлического изделия. Поскольку окрашиваемый предмет имеет нулевой заряд – между ним и отрицательными частичками действуют электростатические силы, разгоняющие их до высоких скоростей.

За счет отталкивания одноименно заряженных капель красителя при распылении образуется так называемый «окрасочный факел», равномерно распределяющий их по всей обрабатываемой поверхности. Благодаря этому скорость покраски существенно увеличивается с одновременным повышением ее качества.

Исходные лакокрасочные составы подают в распылитель различными методами, основные из которых – это пневматическое разбрызгивание и подача материала путем создания разряжения.

Преимущества метода электростатического окрашивания и его недостатки

Помимо уже отмеченных плюсов к достоинствам такой технологии относят следующие положительные результаты:

Перемещение частиц по строго фиксированным направлениям (вдоль линий э/с поля) исключает возможность образования «красочного тумана», являющегося причиной неравномерной окраски.
Качество переноса красителя на обрабатываемые поверхности существенно повышается.
Заметно снижается расход лакокрасочного материала.

Повышение скорости покраски объясняется тем, что в данном случае нет необходимости окрашивать сложные по форме изделия (трубы, например) в несколько проходов. Способность заряженных капель краски двигаться по изогнутой траектории силовых линий экономит до 75-ти процентов рабочего времени.

Существенным недостатком считается ограниченность его применения для окрашивания различных поверхностей. По технологии процесса этим способом допускается наносить краситель определенного состава, удельное сопротивление которого должно превышать 30 кОм. При более низком показателе качество окрашивания ухудшается из-за неравномерности распределения заряда.

При добавлении в краситель металлической пудры или мелкой стружки сопротивление наносимой массы резко снижается с одновременным ухудшением качества обработки. В связи с этим выбор материалов для окрашивания поверхностей ограничен, что вынудило разработчиков постоянно совершенствовать технологию нанесения защитного слоя. К минусам этой технологии следует добавить сложности, возникающие при подборе изделий и заготовок, на которые наносится защитный или декоративный слой.

Какие поверхности подходят для данного способа окраски

Из описания метода понятно, что электростатическая покраска годится только для изделий, поверхность которых может накапливать заряд (она должна обладать электрической проводимостью). Диэлектрики, в частности, не подходят для этого способа декоративно-защитной обработки.

Вместе с тем возможны варианты, например, когда на пластиковые детали наносится проводящая ток грунтовка. Еще один случай – обработка древесных изделий, которые после тщательной просушки также могут принимать небольшие порции заряда.

Рельеф и форма обрабатываемых заготовок

Согласно теории электростатического поля, заряженные частицы двигаются вдоль силовых линий по изогнутым траекториям. При этом особо отмечается ситуация, когда они образуют замкнутый контур (в нем, как известно, суммарная напряженность равна нулю). Если форма изделия очень сложная (в нем много «карманов» и ниш, например) – его окрашивание будет мало эффективным.

В процессе работы с заготовкой мелкие частицы краски в основном будут оседать на сравнительно плоских участках и кромках, почти не попадая в другие зоны. Такая покраска не может считаться нормальной и требует повторного проведения процедуры.

При окрашивании изделий сложной конфигурации генератор электростатического поля чаще всего отключают. В этом случае проводится обычная процедура с использованием сжатого воздуха. Такому подходу к окрашиванию «сложных» изделий способствует то, что современные э/с распылители оборудуются компактной турбиной. При необходимости она способна работать и от сжатого воздуха. В оригинальном исполнении в таком изделии предусмотрена возможность ручного включения или отключения режима «электростатическая покраска».

Специальное оборудование, используемое при э/с окраске

Используемое в работе покрасочное оборудование по виду декоративно-защитного покрытия условно подразделяется на два типа. Первое предназначается для случаев, когда на обрабатываемые поверхности наносятся порошкообразные материалы, а второе подходит для работы с жидкими красящими веществами. А это оборудование по способу получения факела окраски в свою очередь делится на следующие виды:

Пневматическое распыление сжатым воздухом.
Электростатическая покраска с использованием агрегатов высокого давления.
Э/с распыление ручными пульверизаторами.

При первом способе подачи красящего состава он под действием давления сжатого воздуха рассеивается и образует окрасочный факел. Функцию оборудования, обеспечивающего подачу красителя в рабочую зону, в данном случае выполняет мембранный насос. Работает такой агрегат при сравнительно невысоком давлении.

При использовании насосов мембранного типа для поддерживания нужного уровня давления они подключаются к магистрали подачи сжатого воздуха, который по специальному шлангу поступает к распылителю.

В различных образцах э/с оборудования факел окрашивания формируется по-разному, но у всех у них есть общие конструктивные элементы – электрод и трансформатор, подающий на него «разгоняющий» потенциал. В современных портативных системах оба эти узла обычно встраиваются в ручку прибора, напоминающего по виду пистолет.

Электростатическая покраска с использованием высокого давления

Особенность такой методики заключается в том, что в этом случае лакокрасочные материалы подаются в рабочую зону под давлением до 230 Бар. При этом они проходят через специальное щелевидное сопло, образуя полноценный окрасочный факел. Рассеиванию частичек красителя способствует образование избыточного давления на выходе сужающейся части. В формировании факела также участвует воздух, что существенно улучшает рабочие характеристики э/с оборудования.

К преимуществам данной методики относят:

Улучшение условий переноса материала на обрабатываемую поверхность.
Меньший расход красителя при сохранении качества окрашивания.
Повышение эффективности работы всей системы в целом.

Электростатическая покраска под высоким давлением может производиться как на «классическом» стационарном оборудовании, так и с помощью портативных окрасочных агрегатов.

Elektrostaticheskaia pokraska 2

Использование э/с распылителей чашечного типа

В устройствах этого класса лакокрасочные материалы распыляются под действием центробежных сил, возникающих при вращении диска, внешне похожего на чашку. Высокая скорость оборотов этого элемента позволяет добиться почти стопроцентного переноса материала (98%).

Ручные варианты распылителей чашечного типа, несмотря на высокий коэффициент переноса, не нашли широкого применения. Это объясняется тем, что производительность таких устройств, как правило, не превышает 200 мл в минуту. Подобные приборы в основном востребованы при окрашивании мелкосерийных изделий.

Каскадные или встроенные системы

Распылители этого типа содержат специальные электронные устройства, располагающиеся каскадом и подающие напряжение на преобразователь от генераторной турбины небольшого размера. Блок генератора обычно встраивается в ручку распылителя, выполненного в виде пистолета. После преобразования выработанных турбиной 12 В в постоянное напряжение последнее поступает на рабочий электрод устройства.

Elektrostaticheskaia pokraska 3

Более подробно порядок работы распылителей каскадного типа описывается следующей последовательностью операций:

Сначала сжатый воздух из подающего компрессорного узла поступает на регулятор давления, после чего он перенаправляется к соплу распылителя.
Его давление на пути перемещения поддерживается на уровне 4,5 Бар.
После поступления в рабочую зону воздушная струя приводит крыльчатку турбины во вращение, передаваемое на вал генератора.
В этом узле вырабатываются переменные 12 В, которые затем поступают на преобразовательный модуль (очередной каскад).
Здесь 12 В превращаются в постоянное напряжение величиной порядка 85 кВ, которое затем поступает на рабочий электрод.

Электростатическая покраска поверхностей изделий постоянно совершенствуется с целью повышения эффективности процесса и качества формируемого покрытия. Этот метод применяется сегодня при покрытии поверхностей большинства изделий, соответствующих требованиям, предъявляемым к структуре обрабатываемого материала.