Порошковая краска
Что такое порошковая краска
Порошковая краска – это метод нанесения защитно-декоративных покрытий на металлические поверхности. В отличие от жидких лакокрасочных материалов (ЛКМ), порошковые применяются в сухом состоянии – в виде порошка. По этой причине материалы также называют порошковыми лакокрасочными материалами (ПЛКМ).
Технология не применима для бытового ремонта жилых помещений, так как для нанесения покрытий требуется специальное оборудование. Однако в промышленном производстве она стала прогрессивным и эффективным решением для создания высококачественных покрытий.
Особенности технологии
- Термореактивные порошковые краски подвергаются химической “сшивке” - отверждению в процессе термообработки, в результате формируется стабильное, термостойкое покрытие.
- Термопластичные порошковые краски при нагреве плавятся и растекаются, но не претерпевают химических изменений. Результатом становится покрытие, устойчивое к царапинам, истиранию и выцветанию.
Преимущества технологии
- Отсутствие растворителей в составе означает, что при их применении не выделяются летучие органические соединения (ЛОС), что делает порошковое окрашивание экологически безопасной технологией.
- Избыточный порошок, не осевший на изделии в процессе напыления, может быть собран и повторно использован, что значительно повышает коэффициент использования материала и эффективность производства.
- Технология позволяет кастомизировать текстуру, цвет и функциональные свойства покрытий в соответствии с конкретными требованиями заказчика.
Преимущества порошковых красок
Рассмотрим, почему порошковые краски выбирают для различных отраслей промышленности и строительства.
Срок службы от 12 месяцев до 30 лет
- Защита поверхности. При термоотверждении порошковый материал формирует прочную полимерную пленку с повышенной стойкостью к механическим воздействиям по сравнению с жидкими ЛКМ. Покрытие обладает высокой устойчивостью к сколам и царапинам.
- Длительный срок службы. Долговечность зависит от химического состава порошковой композиции. Устойчивые полиэфирные и полиуретановые покрытия сохраняют свои свойства до 5 лет, в то время как сверхстойкие полиэфирные, акриловые и фторполимерные системы могут эксплуатироваться более 30 лет без существенной деградации.
- Антикоррозионная защита: Полимерная пленка создает барьерный слой, препятствующий коррозии металлических поверхностей в агрессивных средах.
Экологическая безопасность
- Отсутствие эмиссии ЛОС. Порошковые ЛКМ не содержат растворителей, поэтому при их применении не выделяются летучие органические соединения. ЛОС могут оказывать негативное воздействие на здоровье человека, вызывая респираторные заболевания и потенциально приводя к онкологическим заболеваниям. Использование порошковых материалов способствует созданию более безопасной рабочей среды и сохранению экологического баланса.
- Минимизация отходов. В процессе нанесения около 60% порошка осаждается на поверхности изделия, а избыточный материал остается в окрасочной камере. Излишки могут быть собраны и повторно использованы в процессе рекуперации (восстановления порошка). В результате, производители используют до 98% материала, что существенно снижает объем производственных отходов.
- Энергоэффективность. Процесс полимеризации происходит при температурах 160-200°C в течение примерно 10 минут, что обеспечивает минимальное энергопотребление в производственном цикле.
Экономическая эффективность
- Снижение операционных затрат. Процесс нанесения порошковых покрытий может быть полностью автоматизирован, что снижает затраты на оплату труда и сокращает время производственного цикла.
- Уменьшение расходов на утилизацию отходов. Благодаря системам рекуперации до 98% порошка может быть повторно использовано, что значительно сокращает объемы отходов и затраты на их утилизацию.
- Долгосрочная экономия. Долговечность порошковых покрытий снижает частоту повторных окрашиваний и затраты на техническое обслуживание. Высокопрочные покрытия могут эксплуатироваться до 10 лет без необходимости ремонта, что снижает эксплуатационные расходы для промышленных и инфраструктурных объектов.
Спектр декоративных решений
- Выбор декоративных эффектов. Включает глянцевые, матовые и текстурированные покрытия для удовлетворения разнообразных дизайнерских требований. На рынке доступно более 5000 цветов и текстур, включая специальные эффекты, такие как металлик, хамелеон антик. Производители также могут разрабатывать индивидуальные цвета и текстуры для конкретных проектов.
- Точное соответствие цвета. Порошковые покрытия позволяют соблюдать строгие требования к брендингу и дизайну. Эксперты по цвету используют спектрофотометры и компьютерные системы подбора цвета для создания точных цветовых формуляций. Точность цветового соответствия может достигать значения ΔE<1, что является отклонением от эталона, неразличимым для глаза человека.
- Универсальность применения: Технология подходит для промышленного оборудования, автомобильных деталей, бытовой техники и архитектурных элементов. Использование порошковых покрытий ежегодно растет на 4,5-7% в автомобильной промышленности для окраски колесных дисков и элементов подвески, в строительстве для защиты металлоконструкций, в производстве бытовой техники для покрытия корпусов стиральных машин и холодильников.
Типы порошковых красок
Порошковые краски содержат пигменты для создания цвета, аддитивы для светостабилизации и защиты от фотодеструкции (разрушения на солнце). Основой порошковой композиции является полимерное связующее (смола). Тип смолы определяет возможности применения и долговечность покрытия. В зависимости от типа смолы выделяют следующие виды порошковых красок.
- Стандартные сохраняют цвет и блеск в течение одного-двух лет в умеренном климате при воздействии солнечного излучения. Они применяются для изделий, не находящихся постоянно на открытом воздухе, таких как велосипедные рамы, сезонная уличная мебель. Преимущество стандартных полиэфирных покрытий - неограниченная цветовая гамма. Покупатель может выбрать абсолютно любой оттенок из любой цветовой палитры, и производитель сможет реализовать этот запрос.
- Устойчивые полиэфирные краски могут использоваться до 10 лет в жестких климатических условиях. Они применяются для архитектурных элементов и фасадов. Их цветовые решения ограничены из-за того, что выбор светостойких пигментов меньше, чем нестойких.
Области применения:
- Автомобильные диски, бамперы и декоративные элементы
- Алюминиевые профили, оконные рамы и фасадные конструкции
- Уличная мебель
- Оборудование для детских площадок
- Сельскохозяйственная техника
- Осветительные приборы
- Садовый инвентарь
Области применения:
- Бытовая техника (стиральные машины, сушилки, холодильники)
- Офисная мебель
- Стеллажи и торговое оборудование
- Электрические щиты
- Осветительные приборы
- Общепромышленное применение
Области применения:
- Трубопроводы и запорная арматура
- Компоненты нефтегазовой промышленности
- Арматура и стальные конструкции
- Электрические шкафы
- Автомобильные детали днища
- Металлическая мебель
Области применения:
- Автомобильные диски и декоративные элементы
- Уличная мебель
- Промышленное оборудование и техника
- Бытовая техника
- Архитектурные элементы
- Спортивный инвентарь и оборудование для детских площадок
Типы поверхностей
Порошковые покрытия предлагают разнообразные варианты финишной отделки. Текстура покрытия столь же важна, как и его цвет, а в некоторых случаях более значима.
Гладкие покрытия
В состав включают мелкодисперсные компоненты, размер гранул не превышает 20-50 мкм. Также вводят специальные добавки для выравнивания в период отверждения: акрилаты или силиконы. Во время плавления они позволяют покрытию равномерно растекаться.
При нанесении гладких покрытий температура отверждения варьируется до 160°С для глянцевых и до 190°С для матовых порошковых красок.
Преимущества:
- Однородная поверхность
- Простота очищения, легкость в обслуживании
- Подходят для поверхностей, не испытывающих трения
Гладкие покрытия могут подчеркивать дефекты основания и склонны к проявлению царапин в большей мере, чем текстурированные.
Текстурированные покрытия
В состав вводят текстурирующие агенты, такие как диоксид кремния, политетрафторэтилен (ПТФЭ) или специализированные полимеры, которые формируют неровности на поверхности. Они могут быть более выражены, например, в текстурах антик и шагрень, или менее выражены в песчаной текстуре.
При отверждении текстурированных покрытий выдерживают температуру от 190 до 200°С.
Преимущества:
- Маскировка мелких дефектов подложки
- Улучшенное сцепление, стойкость к скольжению
- Стойкость к царапинам и износу
Текстурированные порошковые покрытия сложнее очищать, чем гладкие, так как загрязнения могут задерживаться в элементах рельефа поверхности.
Создаются с применением смол с высокими характеристиками текучести. Обычно применяются эпоксидные и полиэфирные смолы, с добавлением модификаторов текучести для ускорения выравнивания поверхности.
Преимущества:
- Эстетичность, гладкая и блестящая поверхность
- Отличная очищаемость, химическая стойкость
- Подходят для поверхностей, требующих быть заметными
Поверхность может создавать блики на солнце и при искусственном освещении.
Производят путем введения матирующих агентов, таких как диоксид кремния, или использования смол с изначально низкими характеристиками глянца. Шероховатость поверхности контролируется на микроскопическом уровне для рассеивания отражения света.
Преимущества:
- Снижение бликов и отражений
- Маскировка мелких поверхностных дефектов и царапин
- Обеспечение современного, утонченного внешнего вида
Со временем в зонах высокого износа может наблюдаться эффект полировки или локального повышения глянца.
Цветовые решения
Порошковые краски предлагают два подхода к достижению желаемого цвета: использование стандартных цветовых палитр и индивидуальный подбор.
Стандартные цветовые палитры представляют собой готовые наборы цветов, которые производители предлагают в качестве шаблонных решений. Палитры включают популярные цвета, подходящие для большей части проектов и отвечающие предпочтениям 90% заказчиков.
Стандартные цветовые решения подходят для:
- Крупносерийного производства, когда требуются регулярное производство больших объемов окрашенной продукции со стабильным цветом.
- Проектов с быстрым сроком выполнения, где временные ограничения исключают разработку индивидуального цвета.
- Экономически эффективных решений, порошковые краски в стандартных цветах стоят дешевле изготовленных на заказ.
- Технического обслуживания и ремонта: для восстановления покрытия или замены, где критически важно соответствие существующим цветам.
Преимущества стандартных цветовых решений
- Доступны здесь и сейчас. Порошковые краски стандартных цветов часто можно заказать и отгрузить день в день.
- Стабильное качество. Цвета протестированы в производстве и использовании, проверены в применении в разных условиях эксплуатации.
- Малые объемы заказа. Клиенты могут приобрести меньший объем порошковой краски по сравнению с индивидуальными цветами, например, от одного килограмма или от одной коробки.
- Упрощенная спецификация. Стандартные цвета упрощают процесс спецификации покрытий в рамках нескольких проектов или поставщиков.
Отраслевые системы цветов
В секторе порошковых покрытий мы опираемся на несколько стандартных цветовых систем для обеспечения согласованности и простоты спецификации. Вот три системы, применяемые в нашей отрасли.
Система RAL
Самый популярный цветовой стандарт в индустрии порошковых покрытий, особенно в Европе. Она включает несколько коллекций:
- RAL Classic. Содержит 216 цветов, каждый обозначен четырехзначным кодом. Например, RAL 9010 - это чисто-белый, а RAL 3020 - транспортный красный.
- RAL Design. Расширенная система с 1625 цветами, использующая семизначный код, основанный на оттенке и его насыщенности.
- RAL Effect. Включает 420 сплошных цветов и 70 металлических, фокусируется на современных оттенках.
При разработке рецептур порошковых покрытий стандарты RAL используются в качестве точных цветовых эталонов. Измерение цвета покрытий проводится с использованием спектрофотометров для обеспечения значения Delta E (цветового различия) менее 1,0 от стандарта RAL.
Система Pantone
Хотя система Pantone Matching System (PMS) была изначально разработана для полиграфической промышленности, она нашла применение и в области порошковых красок, особенно для соответствия фирменным цветам брендов. Обычно производители используют каталог Pantone Solid Coated, так как в этой палитре цвета представлены на глянцевой поверхности.
Коды Pantone применяются и в спецификациях клиентов. И если производитель работает с этой цветовой системой, он создает формулу в точном соответствии с ней.
Система NCS
Natural Color System (NCS) реже используется в порошковых покрытиях, но набирает популярность, особенно в сфере архитектуры. Ее главные особенности:
- Перцепционная основа. Система основана на том, как люди воспринимают цвет, и использует шесть элементарных цветов (белый, черный, желтый, красный, синий, зеленый).
- Система нотации. Описывает цвета по их визуальным свойствам, а не по смесям пигментов.
- Возможность конвертации. Производитель может конвертировать нотации NCS в рецептуры порошковых покрытий, используя спектрофотометрический анализ и индивидуальное смешивание.
Индивидуальный подбор цвета
Кроме стандартных систем производители порошковых красок разрабатывают собственные коллекции. Обычно они включают:
- Отраслевые палитры. Специализированные цветовые гаммы для таких секторов, как автомобилестроение, производство бытовой техники или архитектурные элементы.
- Коллекции эффектов. Специальные покрытия с эффектами металлик или хамелеон, выходящие за рамки монохромных цветов.
- Трендовые коллекции. Подборки цветов, соответствующие текущим дизайнерским тенденциям и прогнозам.
При разработке рецептур порошковых покрытий для соответствия цветовым стандартам технолог должен учитывать различные факторы, такие как тип связующего (например, полиэфирные, эпоксидные или гибридные смолы), стабильность пигментов и условия отверждения. Цель состоит не только в достижении визуального соответствия, но и в обеспечении цветостойкости при воздействии УФ-излучения и других факторов окружающей среды.
Разработка порошковой краски
- Срок разработки порошкового покрытия в стандартной палитре цветов - 2-4 дня.
- Полный цикл производства - от разработки формулы до выпуска партии продукта и серийного производства.
Области применения порошковых красок
Порошковые покрытия находят применение в разных отраслях промышленности благодаря своей долговечности, экономичности и экологическим преимуществам.
Назначение: Алюминиевые оконные рамы, металлические фасады, ограждения, осветительные опоры, заборы, гаражные ворота и оборудование HVAC.
Преимущества: Атмосферостойкость, УФ-защита, коррозионная стойкость и эстетическая привлекательность.
Перспективы: Совершенствование теплоотражающих покрытий для повышения энергоэффективности, создание самоочищающихся поверхностей и интеграция с технологиями "умных" зданий.
Назначение: Колесные диски, бамперы, детали шасси, компоненты двигателя, дверные ручки, багажники на крыше и детали днища. В общественном транспорте - полная окраска экстерьера автобусов и поездов.
Преимущества: Антикоррозионная защита, стойкость к сколам и декоративная отделка как внутренних, так и наружных компонентов.
Перспективы: Разработка ультранизкотемпературных составов для термочувствительных подложек, улучшение металлических финишей и создание покрытий, совместимых с легкими материалами, такими как углепластиковые композиты.
Назначение: Металлические офисные стулья, картотечные шкафы, стеллажи, ножки столов, каркасы кроватей, уличная садовая мебель и металлическая школьная мебель.
Преимущества: Эстетичность, долговечность и устойчивость к повседневному износу.
Перспективы: Разработка антимикробных покрытий, расширение вариантов текстур и создание покрытий с повышенной химической стойкостью для коммерческой мебели.
Назначение: Корпуса и компоненты тракторов, детали зерноуборочных комбайнов, рамы бульдозеров, стрелы экскаваторов, корпуса вилочных погрузчиков и строительные леса.
Преимущества: Коррозионная и химическая стойкость, УФ-стабильность и долговечность в суровых условиях эксплуатации.
Перспективы: Создание самовосстанавливающихся покрытий, улучшение адгезии к сложным подложкам и разработка покрытий с повышенной абразивостойкостью.
Назначение: Корпуса холодильников, барабаны стиральных машин, корпуса сушильных машин, внутренние поверхности микроволновых печей, корзины посудомоечных машин, компоненты кухонных плит и баки водонагревателей.
Преимущества: Эстетичная отделка, химическая стойкость и долговечность при частом использовании.
Перспективы: Разработка систем для термочувствительных компонентов, создание покрытий, устойчивых к отпечаткам пальцев, и улучшение антимикробных свойств.
Назначение: Трубопроводная арматура, клапаны, насосы, компрессоры, электрические шкафы, станки, конвейерные системы и промышленные вентиляторы.
Преимущества: Антикоррозионная защита, химическая стойкость и специфические эксплуатационные характеристики в зависимости от применения.
Перспективы: Создание быстроотверждаемых систем, улучшение укрывистости кромок и разработка покрытий с усиленными функциональными свойствами, такими как электроизоляция или теплорегулирование.
Назначение: Электрические изоляторы, компоненты трансформаторов, радиаторы, антифрикционные покрытия для промышленных валов и химически стойкие покрытия для лабораторного оборудования.
Преимущества: Электроизоляция, терморегулирование, снижение трения и химическая стойкость.
Перспективы: Создание наноинженерных покрытий с улучшенными свойствами, разработка проводящих покрытий для экранирования электромагнитного излучения и покрытий с улучшенными трибологическими свойствами.
Назначение: Корпуса электродвигателей, корпуса аккумуляторов, компоненты зарядных станций, электрораспределительное оборудование.
Преимущества: Электроизоляция, терморегулирование и защита от факторов окружающей среды.
Перспективы: Создание покрытий с улучшенной диэлектрической прочностью, повышенной теплопроводностью для лучшего рассеивания тепла и разработка составов, совместимых с новыми аккумуляторными технологиями.
Назначение: Садовый инвентарь, велосипедные рамы, спортивное оборудование, основания светильников, рамки для картин, вешалки для одежды, сантехнические изделия и кухонные принадлежности.
Преимущества: Эстетическая привлекательность, долговечность и стойкость к бытовым химикатам.
Перспективы: Расширение вариантов цветов и текстур, создание покрытий с улучшенными тактильными свойствами и разработка экологически безопасных составов, привлекательных для экологически сознательных потребителей.
Как выбрать порошковую краску
Для правильного выбора следуйте этим рекомендациям.
Для промышленного применения
- Материал подложки. Учитывайте базовый материал, на который наносится покрытие. Различные подложки (например, сталь, алюминий) требуют специфических порошковых композиций для оптимальной адгезии и эксплуатационных характеристик. Для металлов обеспечьте надлежащую предварительную обработку (например, фосфатирование, хроматирование) для улучшения адгезии и коррозионной стойкости.
- Воздействие окружающей среды. Оцените среду, в которой будет эксплуатироваться покрытое изделие. Для наружного применения выбирайте стойкие полиэфирные системы с повышенной устойчивостью к ультрафиолету.
- Эстетические характеристики. Учитывайте требования к цвету, уровню глянца и текстуре. Помните, что некоторые эффектные покрытия (например, металлики) могут требовать специальных методов нанесения. Для объектов, цвет которых критически важен, всегда проводите утверждение образцов в условиях предполагаемого освещения.
- Соответствие нормативным требованиям. Убедитесь, что выбранный порошок соответствует отраслевым стандартам и нормам (например, ГОСТ, AAMA, Qualicoat) для вашего конкретного применения.
- Метод нанесения. Учитывайте ваше оборудование для нанесения и технологический процесс. Некоторые порошки оптимизированы для конкретных методов нанесения (например, трибо- или коронного заряжения). Для сложных геометрий с зонами эффекта Фарадея рассмотрите порошки с улучшенными проникающими свойствами или специальные методы нанесения.
- Режим отверждения. Согласуйте требования к отверждению порошка с возможностями вашей производственной линии. Низкотемпературные системы отверждения могут быть полезны для термочувствительных подложек или экономии энергии. Всегда проверяйте полноту отверждения с помощью тестов на растворимость или анализа методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).
Для частного использования
- Совместимость с оборудованием. Убедитесь, что порошковая краска совместима с вашим оборудованием для нанесения. Большинство мини-установок для напыления используют пистолеты с коронным зарядом. Выбирайте порошки с широким диапазоном параметров нанесения, чтобы учесть вариации в технике покрытия.
- Температура отверждения. Убедитесь, что ваша печь может достичь и поддерживать необходимую температуру отверждения. Для частного применения рассмотрите порошки с более низкими температурами отверждения (около 180°C). Например, глянцевые полиэфирные порошковые краски отверждаются при 160°C. Температура отверждения около 160-180°C также подходит для эпоксидно-полиэфирных и эпоксидных покрытий.
- Подготовка поверхности. Уделите особое внимание тщательной очистке и правильной предварительной обработке поверхности. Для использования в частных целях удобны бесфосфатные составы для подготовки металла. Всегда обезжиривайте поверхности, и используйте праймер в виде спрея для улучшения адгезии.
- Количество порошка. Приобретайте соответствующее количество порошковой краски. В отличие от жидких красок, порошковые не получится легко смешивать, например, из разных партий. Ищите поставщиков, предлагающих упаковки малого объема. Например, для окрашивания колесных дисков потребуется 2 кг порошка, тогда как крупные производители предлагают продукции от 1 коробки весом 20-25 кг.
- Легкость нанесения. Для начинающих рекомендуется начать с порошков, известных хорошей текучестью и выравниванием, чтобы легче достичь гладкого финиша. Идеально для этой цели подходят гладкие полиэфирные и эпоксидно-полиэфирные порошковые краски. Попрактикуйтесь на образцах, чтобы почувствовать “поведение” порошка перед нанесением на основное изделие.
Как наносить порошковую краску - пошаговое руководство
- Проверьте деталь на наличие дефектов или загрязнений.
- Очистите подложку от масел, смазок и других загрязнений.
- Используйте соответствующие растворители или щелочные очистители для металлов.
- Используйте проводящий грунт для непроводящих подложек.
- Нанесите химический состав для предварительной обработки на поверхность для улучшения адгезии и коррозионной стойкости.
- Используйте праймер на основе фосфата железа или цинка для черных металлов.
- Используйте праймер на основе хрома для алюминия.
- Промойте деталь деионизированной водой для удаления остатков химических веществ.
- Высушите деталь во избежание дефектов из-за влаги.
- Используйте принудительную подачу воздуха или печь при температуре 100-120°C.
- Убедитесь, что не осталось капель воды, особенно в углублениях.
- Нанесите термостойкие ленты или заглушки на участки, которые не должны быть окрашены.
- Убедитесь, что маски надежно закреплены, и порошок под них не проникнет.
- Заземлите деталь для создания электростатического притяжения.
- Поддерживайте расстояние 15-20 см от детали при ручном нанесении.
- Оптимизируйте настройки пистолета (напряжение, ток, давление воздуха) в зависимости от типа порошка и геометрии детали для автоматических систем.
- Наносите порошок равномерно, стремясь к толщине пленки 60-80 микрон для большинства применений.
- Используйте распылительные системы со встроенными оценщиками толщины на основе скорости подачи порошка и площади покрытия.
- Переместите окрашенную деталь в печь отверждения, действуйте быстро во избежание загрязнения.
- Установите температуру и время печи согласно техническому паспорту порошковой краски.
- Контролируйте режим: типичные параметры отверждения варьируются от 10 до 30 минут при 160-200°C.
- Используйте регистраторы данных или температурные индикаторы, чтобы убедиться, что деталь достигла полной температуры отверждения.
- Предусмотрите дополнительное время для достижения подложкой температуры отверждения для крупных или толстых деталей.
- Позвольте деталям естественным образом остыть до комнатной температуры.
- Избегайте быстрого охлаждения для предотвращения термического шока и потенциальных дефектов покрытия.
- Осмотрите покрытие на наличие дефектов, таких как эффект апельсиновой корки, отверстия или недостаточное покрытие.
- Измерьте толщину пленки, используя неразрушающие методы (например, магнитный или вихретоковый толщиномер).
- Выполните тест на растворимость для проверки полноты отверждения.
- Используйте специализированные материалы для порошковой подкраски для незначительных дефектов .
- Полностью удалите покрытие и начните процесс заново при серьезных дефектах.
- Проведите финальную проверку вида и эксплуатационных характеристик.
- Убедитесь, что цвет и уровень глянца соответствуют спецификациям.
- Выполните соответствующие тесты (например, на электрическое сопротивление) для функциональных покрытий.
- Позвольте окрашенным деталям полностью остыть перед упаковкой.
- Используйте соответствующие упаковочные материалы для предотвращения повреждений при транспортировке.
- Поддерживайте чистую среду на протяжении всего процесса во избежание загрязнений.
- Обслуживайте оборудование регулярно для обеспечения стабильных результатов.
- Контролируйте условия в цехе (температуру, влажность), так как они влияют на нанесение порошка и отверждение.
- Проводите испытания для оптимизации параметров окрашивания для новых порошков и изделий.
- Записывайте, в каких случаях удалось достичь идеальной поверхности, а когда возникли дефекты.
- Анализируйте записи и вносите корректировки в цикл окрашивания.