Nisko- i ultraniskotemperaturowe farby proszkowe − ich zalety, ograniczenia i zastosowania
Wzrost kosztów energii i rosnąca niepewność co do jej dostaw stanowią poważne wyzwania dla całego przemysłu. Powłoki proszkowe, z zasady utwardzane chemicznie przy wyższych temperaturach, są szczególnie dotknięte tym problemem. Systemy powłok, które pozwalają na niższe temperatury i krótsze czasy utwardzania oraz umożliwiają dłuższy okres ich użytkowania, są zatem w pełni zgodne z duchem czasu.
Termoutwardzalne powłoki proszkowe utwardzane są w przedziale temperatur od 120 do 230°C, w zależności od ich rodzaju. Najczęściej są to z zakresu od 180 do 210°C, podczas gdy warunki utwardzania poza tym zakresem są głównie stosowane dla produktów specjalnych. Temperatura utwardzania odnosi się do temperatury obiektu, który ma być pokryty powłoką, podczas gdy w praktyce temperatura pieca może być nieco wyższa, aby poprawić przewodzenie ciepła. Konwencjonalne systemy powłok proszkowych utwardzają się przy opisanych temperaturach obiektu zazwyczaj w czasie od 10 do 15 minut, przy czym właściwa minimalna temperatura utwardzania musi być osiągnięta przed rozpoczęciem procesu utwardzania. Do osiągnięcia tej minimalnej temperatury utwardzania obiekt potrzebuje pewnej ilości czasu ze względu na proces transferu ciepła. Czas potrzebny zarówno komponentowi, jak i powłoce do osiągnięcia pożądanej temperatury zależy głównie od następujących trzech czynników:
- rodzaju malowanego detalu,
- specyficznej powierzchni detalu,
- konstrukcji pieca polimeryzacyjnego.
Materiał, z jakiego wykonany jest powlekany detal, determinuje ilość ciepła potrzebną do podgrzania powierzchni ze względu na jego specyficzną gęstość, pojemność i przewodność cieplną. Podłoża metalowe mają porównywalnie wysoką przewodność cieplną. W rezultacie energia cieplna jest szybko przekazywana z cienkiego filmu powłoki i równomiernie absorbowana przez całą masę podłoża. Podłoża o niskiej przewodności cieplnej (na przykład MDF) powodują natomiast, że powierzchnia szybciej się nagrzewa, podczas gdy rdzeń materiału pozostaje chłodniejszy przez dłuższy czas. Im grubszy jest detal, tym mniejsza powierzchnia na jednostkę masy dostępna jest do transferu ciepła i tym więcej czasu jest potrzebne na jego podgrzewanie. Równocześnie całkowita masa detalu często zwiększa się wraz z grubością materiału, a tym samym rośnie ilość ciepła potrzebna do jego podgrzania.
Piec do polimeryzacji
Rodzaj pieca do utwardzania determinuje, między innymi, sposób transferu ciepła. W najczęściej stosowanych piecach konwekcyjnych cała ilość ciepła jest przekazywana przez powietrze. Powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła i ma niską efektywność jego przekazywania. Jednakże ten rodzaj pieca stawia niewielkie wymagania co do geometrii malowanych elementów, jest prosty w budowie i tani w zakupie. Jeśli z powodów związanych z procesem lub ze względu na termiczną wrażliwość malowanych elementów wymagane są bardzo szybkie procesy podgrzewania lub jeśli proces utwardzania ma na celu przede wszystkim podgrzewanie tylko powierzchni, zazwyczaj stosuje się światło NIR (bliskiej podczerwieni). W zależności od mocy emitowanego promieniowania, może ono przekazać bardzo duże ilości ciepła obiektowi w bardzo krótkim czasie, ale musi być bardzo indywidualnie dopasowane do aplikacji. Jedną z wad jest to, że geometria malowanych elementów musi być taka, aby światło NIR mogło naświetlać jak najwięcej obszarów z równą intensywnością. Nawet nieco tylko bardziej złożone kształty działają tu na niekorzyść. Z powodu niższej elastyczności zastosowania oraz ze względu na wyższe koszty inwestycyjne piece do utwardzania NIR są rzadziej spotykane.
Rozważając interakcję wszystkich trzech przytoczonych zmiennych, szybko staje się jasne, że procesy utwardzania masywnych stalowych elementów w piecach konwekcyjnych mogą powodować problemy w procesie powlekania. W praktyce nie jest rzadkością, aby proces podgrzewania (i możliwie także następujący po nim proces chłodzenia!) stał się punktem krytycznym w całym łańcuchu produkcyjnym. W rezultacie, w przypadku niezwykle masywnych części, ekologiczne, jak i ekonomiczne zalety powłok proszkowych w porównaniu do powłok ciekłych schodzą na drugi plan. W zależności od przeznaczenia, powyżej pewnej grubości materiału powlekanego powinno rozważyć się mimo wszystko zastosowanie powłok ciekłych. Zazwyczaj wymagają one znacznie niższych temperatur utwardzania lub suszenia (aż do temperatury pokojowej). Z tych rozważań wynika również, że obniżenie wymaganych temperatur utwardzania ma decydujący pozytywny wpływ na zużycie energii w procesie powlekania proszkowego. Z jednej strony, można obniżyć temperaturę pieca i zmniejszyć ilość energii cieplnej potrzebnej do osiągnięcia minimalnej temperatury utwardzania, z drugiej zaś możliwe jest zwiększenie efektywności procesu utwardzania poprzez skrócenie czasu polimeryzacji. Do tej pory to wyższa wydajność produkcji była często głównym powodem stosowania niskotemperaturowych systemów proszkowych, jednakże wraz z rosnącymi cenami energii i niepewnymi jej dostawami obniżanie parametrów roboczych pieca staje się jeszcze istotniejsze ze względu na aspekt ekonomiczny. Doświadczenie pokazuje, że obniżenie temperatury o 10°C może przynieść oszczędności w zużyciu energii rzędu 5−8%. Zmniejsza się również ilość ciepła emitowanego do najbliższego otoczenia, co może mieć znaczący wpływ na komfort pracy w zakładzie.
Komentarze (0)