Отверждение, ускоренное на 75%, заставит любого покрытчика задуматься над приобретением инфракрасных печей.
Отверждение ИК-излучением хорошо подходит для порошковых покрытий, а также однокомпонентных, двух- или трехкомпонентных жидких красок на основе воды/растворителей и других видов покрытий.
Фрэнк Виллелла, руководитель лаборатории BGK Infrared Lab и один из самых знающих специалистов в области инфракрасного излучения, считает, что причина, по которой ИК-излучение так часто используется для порошковых покрытий, заключается в том, что это менее рискованный и легко проверяемый метод.
«Когда речь идет о жидких покрытиях, нужно учитывать толщину влажной пленки и тип растворителя или водной основы, используемых в покрытиях», – говорит он.
«ИК-излучение отлично подходит для большинства жидких покрытий. Испытания ИК-излучения на жидких покрытиях достаточно сложные, они необходимы для того, чтобы понять, что именно нужно. С порошками все гораздо проще».
Инфракрасные печи обеспечивают более быстрое и полное отверждение большинства продуктов и покрытий. И жидкие покрытия не исключение. Регулировка скорости позволяет клиентам экономить время и энергию, при этом получая повышенное качество.
Инфракрасное излучение применяется уже много лет, но современные электронные средства регулировки, программируемые логические контроллеры (ПЛК), оптические пирометры и простое программирование для зонирования и интенсивности теплового излучения в инфракрасной области спектра ставят инфракрасные печи значительно выше других печей в определенных сферах применения.
Ускоренное отверждение или сушка – это типичные причины, по которым покрытчики интересуются инфракрасными печами. Иногда им требуется повышенная производительность, что зачастую означает повышенную скорость линий.
Их интерес также может быть обусловлен тем, что клиент выбрал новое покрытие с более продолжительным временем отверждения, что может стать проблемой при производстве, но для долговечности покрытия это обязательное требование. Либо они просто работают с покрытием на водной основе, которое медленно испаряется и отверждается.
Покрытчики должны дать изделию с покрытием время охладиться, поскольку охлаждение почти так же важно, как и отверждение.
Инфракрасные печи работают в два, а то и в 3-4 раза быстрее (время отверждения сокращается на 60-90%), к тому же их просто устанавливать. Дополнительное преимущество заключается в крайне точной регулировке температуры благодаря тому, что ИК-печи позволяют направлять тепло в определенную точку, что очень важно.
В процессе окончательной отделки, как правило, используются два стандартных типа отверждения – конвекция и инфракрасное излучение. Также применяются ультрафиолетовое и индукционное отверждение, но в рамках данной статьи мы будем сравнивать только конвекцию и ИК-излучение.
ОТВЕРЖДЕНИЕ ЖИДКИХ ИЛИ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕРЕВЯННЫХ ПОДЛОЖКАХ
Конвекционные печи: Почему чаще всего используются конвекционные печи? Ответ заключается в том, что они безопасные и универсальные. Они недешевы, но это неплохое начальное капиталовложение. Однако они очень медленные в сравнении с ИК-печами. Хорошая конвекционная печь может работать гораздо быстрее, если в ее конструкцию заложены требуемые параметры воздушного потока и распределения воздуха.
Конвекционная печь с непродуманным воздушным потоком может вызывать проблемы, приводящие к неполному отверждению (горячие/холодные участки) и слишком продолжительному времени отверждения. Когда мы говорим о безопасности при отверждении, мы имеем в виду, что продукт не должен перегреваться. Конвекционная печь передает тепло внутрь детали. Эту проблему можно решить, но это стоит больших денег. Конвекция безопасна, поскольку сложно сжечь покрытие, если температура правильно регулируется.
Изделия из толстой или конструкционной стали и тонких металлов отверждаются за разное время в зависимости от длины и высоты изделия. При использовании конвективного нагрева температура воздуха в печи устанавливается так, чтобы подложка достигла температуры отверждения. Поэтому, если температура детали должна составлять 200°F, печь устанавливают на 225°F на 15 минут. Невзирая ни на что (например, если остановится конвейер), изделие никогда не будет горячее 225°F. Однако при инфракрасном излучении все иначе. Пока более толстая часть изделия не достигнет нужной температуры, оно остается в печи.
Инфракрасные печи: ИК-печи выполняют отверждения, используя короткие, средние и длинные волны. Каждая длина волны будет действовать на любое покрытие, но необходимо определить время воздействия, чтобы обеспечить полное отверждение. Подбор наиболее подходящей длины волны ИК-излучения для определенного типа или цвета покрытия способствует повышению скорости и полноты отверждения. ИК-излучение обладает рядом преимуществ, включая возможность подбора формы и размера для лучшего нагрева.
Если детали сгруппированы по размеру, ИК-печи можно расширить или сузить автоматически, чтобы излучатели располагались ближе к поверхности детали. Почему это важно? Если излучатели находятся близко к детали, экономится энергия, поскольку их температуру не нужно повышать, когда узкие детали проходят через широкую печь. ИК-печи также проще зонировать на верхнюю, среднюю и нижнюю секции, при этом требуется минимальный поток воздуха или не требуется вообще.
Инфракрасные излучатели отверждают покрытия, воздействуя на них электромагнитной энергией.
Тепловая энергия, необходимая для отверждения, обеспечивается при воздействии на поверхность детали ИК-излучателей в течение определенного времени с определенного расстояния.
ИК-печи также обладают дополнительным преимуществом в виде крайне точной регулировки температуры, поскольку возможность направлять тепло в определенную точку очень важна.
Это означает, что никакая грязь или примеси не попадают на детали и не требуются большие воздуходувки. Если определенное сочетание изделия и краски сложно поддается отверждению, а вы пытаетесь добиться результата быстрее, то излучатели следует установить на большую мощность и использовать рециркуляционный воздух для охлаждения поверхности изделия. Это примерно то же самое, что одновременно жать на педаль газа и тормоза. В повседневном вождении так не делают, но в гонках – да. Время — деньги, поэтому мы участвуем в гонке по отверждению краски.
ВЫБОР НУЖНОГО РАЗМЕРА ПЕЧИ
В качестве примера мы приведем конвекционную печь со скоростью конвейерной линии 10 футов в минуту и временем отверждения 15 минут, что составляет 150 футов конвейера в любой конфигурации. Если добавить 10 минут на охлаждение, то к ходу конвейера добавляется еще 100 футов. При использовании жидких покрытий, отверждение, как правило, требует более низкой температуры и меньше времени, чем для порошковых покрытий.
ИК-печь действует гораздо быстрее, но фактическую экономию времени нельзя оценить, пока покрытие не будет нанесено на изделие и проверено. Однако мне встречались случаи, когда ИК-печи не ускоряли сушку или отверждение. Время также зависит от типа покрытия, конфигурации детали и скорости перемещения изделия.
Таким образом, в приведенном выше примере скорость 10 футов в минуту умножается на две минуты воздействия ИК-излучения, плюс четыре минуты выдержки (когда деталь остается при заданной температуре), что равняется полному отверждению деталей на 60 футов конвейера. Если для завершения отверждения требуется охлаждение, то на 50 футов добавляется еще пять минут, что в сумме дает 110 футов по сравнению с 250 футами, а значит, ИК-печи сокращают время отверждения на 56%.
Основная разница между современными и более старыми ИК-печами заключается в усовершенствованных средствах контроля.
ПЛК стали эффективнее и дешевле, а пирометры обеспечивают проверку температуры на протяжении всего цикла отверждения в печи, а также регулировку температуры в замкнутом контуре. Замкнутый контур подразумевает, что пирометры могут исследовать определенную область детали в печи, а затем программа повышает или понижает температуру всей детали или отдельной ее части безо всякого вмешательства оператора.
Помните, что деталь необходимо охладить, чтобы покрытие затвердело. Она также должна быть достаточно холодной, чтобы ее можно быть брать в руки или упаковывать, чтобы детали не прилипали друг к другу при хранении.
