способ нанесения полимерных покрытий пневматическим распылением

Формула изобретения

Способ нанесения полимерных покрытий пневматическим распылением, основанный на воздействии потока сжатого воздуха на полимерный материал, формирующий покрытие и включающий в свой состав легкоиспаряющийся растворитель, отличающийся тем, что поток сжатого воздуха перед воздействием на полимерный материал пропускают через растворитель того же типа, что и входящий в состав материала, при этом растворитель в течение процесса нанесения покрытия поддерживают в нагретом состоянии при температуре на 10-30°С ниже температуры его кипения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии нанесения лакокрасочных, твердых смазочных и других полимерных покрытий путем пневматического распыления и направлено на повышение качества наносимых покрытий.

Известен способ нанесения лаков и красок методом распыления (см. Ремонт речных судов: Справочник / Ю.К.Аристов, Ф.Ф.Бенуа, А.А.Вышеславцев и др., под ред. А.Ф.Видецкого. - М.: Транспорт, 1988. - С.231-237; Лакокрасочные покрытия. Технология и оборудование: Справочное изд. / А.М.Елисаветинский, В.Н.Ратников, В.Г.Дорошенко и др., под ред. А.М.Елисаветинского. - М.: Химия, 1992. - С.150-151, С.256-270), осуществляемый за счет высокого гидравлического давления, оказываемого на жидкий лакокрасочный материал (ЛКМ), и вытеснения последнего через отверстие специального сопла. При выходе ЛКМ из сопла в атмосферу возникают завихрения, приводящие к образованию облака аэрозоля, капли которого движутся в направлении окрашиваемой поверхности и, сталкиваясь с ней, формируют покрытие.

К недостаткам известного способа относится невысокое качество получаемых покрытий, так как из-за перемешивания с атмосферным воздухом и интенсивного испарения растворителя капли аэрозоля имеют различные вязкость и размер, в результате чего на окрашиваемой поверхности образуются подтеки. В свою очередь из-за возможности засорения сопла способ не может быть использован для нанесения материалов, содержащих сравнительно грубые, выпадающие в осадок частицы пигментов и наполнителей, например, графита или дисульфида молибдена в твердых смазочных покрытиях.

Известен способ (см. патент SU 1769971, МПК B05D 1/02, опубл. 23.10.1992), в котором концентрично факелу распыления краски подается кольцевой газовый поток из охлажденного диоксида углерода с образованием защитного газового колокола. Для предотвращения отрицательного влияния переохлаждения свеженанесенного слоя ЛКМ на качество покрытия защитный газовый колокол в нижней части вдоль окрашиваемой поверхности обдувается подогретым воздухом. Формирование газового колокола из охлажденного диоксида углерода позволяет существенно снизить турбулентные завихрения и испарение растворителя.

Недостатком известного способа является то, что при обдуве подогретым воздухом нижней части колокола охлажденные частицы ЛКМ попадают в зону повышенной температуры, и на них происходит конденсация влаги.

Известен способ (патент RU 2177839, МПК B05D 1/02, опубл. 10.01.2002), в котором предлагается концентрично факелу распыления краски подавать кольцевой газовый поток из охлажденного диоксида углерода с образованием защитного колокола, а вредное влияние образования конденсата влаги на частицах ЛКМ и покрываемой поверхности - компенсировать пассивирующим действием летучего ингибитора атмосферной коррозии, вводимого или в поток диоксида углерода, или в поток подогретого воздуха, обдувающего защитный колокол.

Недостатки известного способа состоят в сложности установки для его реализации и в том, что введение ингибиторов коррозии не снижает количество конденсата влаги в покрытии, а лишь предотвращает коррозию покрываемой поверхности.

Из известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом, выбранным за прототип предлагаемого решения, является способ с пневматическим распылением, описанный в книге авторов А.М.Елисаветинского, В.Н.Ратникова, В.Г.Дорошенко и др. Лакокрасочные покрытия. Технология и оборудование. - М.: Химия, 1992. - С.145-149, 223-256.

Указанный способ заключается в нанесении покрытия путем воздействия потока сжатого воздуха, вытекающего с большой скоростью из кольцевого зазора воздушной головки распылителя, на струю распыляемого материала, поступающего из отверстия, размещенного внутри головки материального сопла и имеющего незначительную скорость. При этом ЛКМ измельчается сжатым воздухом, в результате чего образуется окрасочный факел, состоящий из движущихся по направлению к окрашиваемому изделию частиц размером 5-100 мкм, которые, осаждаясь на изделии, формируют на его поверхности покрытие.

Недостатком указанного способа является то, что при переносе распыляемого материала происходит испарение растворителя, входящего в его состав, и соответственно увеличение вязкости последнего. При этом на поверхности изделия вдоль траектории движения капель аэрозоля образуются «нити» из наносимого материала, заметно снижающие качество покрытия.

Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в повышении качества покрытия.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе нанесения полимерных покрытий пневматическим распылением (основанном, так же как и прототип, на воздействии потока сжатого воздуха на полимерный материал, формирующий покрытие и включающий в свой состав легкоиспаряющийся растворитель), в отличие от прототипа поток сжатого воздуха перед воздействием на полимерный материал пропускают через растворитель того же типа, что и входящий в состав материала, при этом в течение процесса нанесения покрытия растворитель поддерживают в нагретом состоянии при температуре на 10-30°С ниже температуры его кипения.

Сущность способа заключается в том, что в заявляемом решении в отличие от прототипа при осаждении материала на покрываемую поверхность в нем сохраняется исходная концентрация входящего в его состав растворителя, что в конечном результате препятствует увеличению вязкости материала и образованию на поверхности «нитей». Это достигается за счет того, что в распыляемый материал при воздействии на него сжатого воздуха поступает дополнительная порция растворителя в парообразном состоянии, компенсирующая потери растворителя при распылении и переносе материала.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - повышение качества покрытия, наносимого пневматическим распылением, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь проведенный информационный поиск в области технологии нанесения материалов на поверхности изделий не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Сущность указанного способа поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлено устройство, реализующее указанный способ.

Изображенное на чертеже устройство представляет собой распылитель 1, содержащий съемную емкость 2 с распыляемой суспензией. Распылитель также снабжен резервуаром 3, выполненным, например, в виде цилиндра, установленного вертикально на опорах 4 и герметично закрытого сверху резьбовой крышкой 5. Резервуар 3 заполняется растворителем, подогрев которого осуществляется нагревателем 6, размещенным в нижней части цилиндра. К резервуару 3 через входной патрубок 7 подсоединена гибкая трубка 8, снабженная запорным краном 9, по которой поступает сжатый воздух от компрессора или магистрали сжатого воздуха. Резервуар 3 соединен с распылителем 1 через патрубок 10 с помощью гибкого шланга 11.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Нанесение покрытия происходит путем воздействия потока сжатого воздуха, вытекающего с большой скоростью из кольцевого зазора воздушной головки распылителя, на струю распыляемого материала, поступающего из отверстия размещенного внутри головки материального сопла. В состав материала покрытия входит легкоиспаряющийся растворитель, для сохранения исходного содержания которого при осаждении материала на поверхность поток сжатого воздуха до подачи его в распылитель пропускают через резервуар с подогретым растворителем того же типа, что и входящий в состав полимера. При этом температура нагрева растворителя не доходит до точки его кипения на 10-30°С. Как показали лабораторные испытания, в указанном диапазоне температур происходит только поверхностное парообразование растворителя со скоростью испарения, обеспечивающей необходимый процент его содержания в смеси со сжатым воздухом. Последнее обстоятельство, в свою очередь, позволяет сохранить при осаждении материала на поверхность исходное оптимальное соотношение растворителя и полимера, выбранное с учетом формирования высококачественного покрытия.

Пример реализации способа.

Нанесение полимерного покрытия на поверхность изделия проводилось специалистами ООО «ВМПАВТО» в лабораторных условиях. Покрытие наносилось на поверхность поршня ДВС, юбку которого предварительно подвергли пескоструйной обработке. В качестве полимерного материала использовался состав для нанесения твердого смазочного материала, состоящий из раствора полимерного связующего (фенолформальдегидной смолы) в этиловом спирте и высокодисперсного порошка антифрикционного материала.

Перед нанесением покрытия полимерное связующее растворили в этиловом спирте и добавили порошок антифрикционного вещества. Полученную смесь тщательно перемешали и залили в емкость 2 распылителя 1. Резервуар 3 заполнили растворителем - этиловым спиртом. До начала технологического процесса трубку 8 подсоединили к компрессору, предварительно перекрыв кран 9, затем подсоединили шланг 11 к распылителю 1. Электронагревателем 6 довели температуру нагрева этилового спирта до 60°С, что на 18°С ниже температуры его кипения. После достижения заданной температуры растворителя открыли кран 9. Сопло 14 распылителя направили на юбку поршня 12, установленного на вращающейся площадке 13, и нажали пусковой крючок 15, при этом сжатый воздух, пройдя через нагретый растворитель и образуя смесь с его парами, через патрубок 10 по гибкому шлангу 11 поступил к распылителю. В результате образовался поток, состоящий из движущихся по направлению к окрашиваемому изделию частиц, которые, осаждаясь на изделии, сформировали на его поверхности покрытие. После нанесения покрытия кран 9 закрыли, отключили электронагреватель 6, с помощью распылителя стравили избыточное давление в резервуаре 3. Отсоединили трубку 8 от компрессора.

Как показал осмотр юбки поршня, нанесенное полимерное покрытие имело ровный блестящий цвет, на поверхности отсутствовали видимые сгустки, подтеки полимерного связующего и конгломераты частиц твердой фазы, толщина покрытия составила 15 мкм по всей поверхности, что вместе свидетельствовало о высоком качестве покрытия. После термостабилизации в печи полученное покрытие приобрело высокую адгезию к поверхности поршня.

Изложенное выше позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «промышленная применимость».