Последние инновации в технологии электроосаждения покрытий позволяют использовать более широкий диапазон отверждения различных подложек различной толщины.
Электроосажденные покрытия используются в автомобилестроении и промышленности уже более 50 лет и являются одной из основных причин, по которой автомобили больше не ржавеют, как раньше. Применение обычных электрпокрытий ограничено использованием оловянных катализаторов и повышенных температур отверждения (выше 160°C). Это приводит к тому, что электропокрытие на более тонких подложках чаще подвергается чрезмерному отверждению, что приводит к получению неоднородного внешнего вида и изменению основного цвета.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из компании PPG разработали платформу расширенного диапазона отверждения катодного эпоксидного электропокрытия, которая будет использоваться для нескольких продуктов, включая Enviro-Prime Epic 300, для обеспечения защиты от коррозии изделий с различными типами подложек и толщиной.
Благодаря сочетанию инновационной полимерной структуры и компонентов сшивающего агента теперь мы можем добиться отверждения при более низких температурах, тем самым обеспечивая хорошее отверждение пленок на более толстых подложках при температуре 140 °C и снижая вероятность чрезмерного отверждения на тонких подложках. Эти достижения в области разработки сшивающих агентов и смол в системах элетропокрытий действительно меняют правила игры.
Почему именно электропокрытия?
Электропокрытие — это электроосаждаемое покрытие, которое обеспечивает превосходную защиту от коррозии и улучшает адгезию к поверхностям автомобилей, бытовой техники, самолетов и любых других электропроводящих объектов, которые можно погружать в воду и отверждать в печи. Эти покрытия безвредны для окружающей среды, поскольку изготовлены на основе воды (≥75% воды) и производят минимальное количество отходов при нанесении благодаря высокой эффективности ≥95% (без чрезмерного распыления) (рисунок 1).
From Pretreatment — Со стадии предварительной обработки
Conveyor – Конвейер
To Bake — На отверждение
Power Supply Process Control Center — Центр управления технологическим процессом электроснабжения
Electrocoat Dip Tank — Ванна для нанесения электропокрытия методом погружения
Rinse Tank — Промывочная ванна
Paint Supply — Подача краски
Ultrafiltration Heat Exchanger — Ультрафильтрационный теплообменник
Рисунок 1. Процесс электроосаждения. В результате замкнутого цикла образуется очень мало отходов. Все изображения предоставлены компанией PPG.
Кроме того, электропокрытие обладает превосходной коррозионной стойкостью, поскольку наносится с использованием электрического поля таким образом, что противокоррозионное покрытие герметизирует весь открытый металл, даже на деталях очень сложной формы, до тех пор, пока поверхность металлической детали не будет равномерно изолирована и защищена краской.
Рисунок 2. Электропокрытие подходит для деталей сложных форм.
Как и для многих покрытий, в основе технологической платформы Enviro-Prime Epic используется эпоксидная смола. Эпоксидные смолы при отверждении с помощью сшивающего агента образуют превосходный барьер для влаги, кислорода и химических веществ, что делает их идеальным выбором для предотвращения коррозии при пониженных температурах и при использовании стали различной толщины.
Расширенный диапазон отверждения
Система Enviro-Prime Epic 300 на различных подложках различной толщины обеспечивает превосходные результаты благодаря расширенному диапазону отверждения. Расширенный диапазон отверждения при температуре минимум 140 °C был разработан для клиентов, желающих производить электромобили с аккумуляторными батареями. Данная концепция проиллюстрирована на рисунке 3.
Поскольку аккумуляторные батареи электромобилей имеют большой вес и для их поддержки требуются более массивные опоры, такие тяжелые и толстые металлические детали не достигают температуры, необходимой для отверждения стандартного электропокрытия. EnviroPrime Epic 300 предоставляет автомобильным компаниям возможность для производства электромобилей без необходимости расширения печи или снижения скорости линии. В дополнение к этим преимуществам Enviro-Prime Epic 300 обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, повышение адгезии и улучшенный внешний вид.
Высокая эффективность отверждения
Поскольку автомобильная промышленность переходит к электрификации, использованию подложек из разных материалов и различной толщины для удовлетворения конструктивных требований, основанных на весе, возникает необходимость упростить производство и сохранить все аспекты нанесения электроосаждаемых покрытий на одной производственной линии, чтобы увеличить скорость производства.
Это создает новую проблему, связанную с повышением температуры в печи и увеличением времени, необходимого для отверждения обычных покрытий на более толстых подложках. При обработке толстого металла стандартного автомобильного кузова более тонкие поверхности кузова нагреваются намного быстрее, что приводит к чрезмерному отверждению. Это вызывает проблемы с внешним видом, коррозией и адгезионными характеристиками, что может привести к увеличению количества гарантийных претензий.
В некоторых ситуациях снижение температуры печи может сократить выбросы CO2 на 10%.
Расширение диапазона отверждения покрытия с помощью таких решений, как Enviro-Prime Epic 300, устраняет эту проблему и обеспечивает более простое решение для производителя. Кроме того, можно обойтись без дорогостоящей обработки этих деталей на отдельных линиях и последующей сборки, что позволяет упростить производственный процесс, тем самым снизив риски и объем работ по обработке материалов.
Temperature — Температура
Time, min — Время, мин
Standard bake window — Стандартный диапазон отверждения
Expanded bake window — Расширенный диапазон отверждения
Expanded bake 140 °C cure enables vehicle electrification — Расширенный диапазон отверждения при температуре 140 °C для производства электромобилей
No CapEx for ovens — Отсутствие капитальных затрат на печи
No reduction in line speed — Не требуется снижение скорости линии
Рисунок 3. Расширенный диапазон отверждения электропокрытий для производства электромобилей.
Экономия энергии / увеличение пропускной способности
Расширенный диапазон отверждения электропокрытий открывает новые возможности для производителей. При использовании подложек одной толщины у операторов теперь есть возможность либо снизить температуру в печи, либо увеличить скорость, с которой покрытые детали проходят через печь. В первом сценарии можно получить несколько существенных преимуществ, в первую очередь связанных с сокращением затрат на электроэнергию и сокращением выбросов углекислого газа в газовых печах благодаря установке более низких температур, и все это без ущерба для эксплуатационных характеристик.
Анализ жизненного цикла при обработке электропокрытия в расширенном диапазоне отверждения показал, что в некоторых случаях снижение температуры печи может сократить выбросы CO2 на 10%. Во втором сценарии производитель может поддерживать текущую температуру в печи, но увеличить скорость прохождения деталей через печь. Это, в свою очередь, позволит увеличить пропускную способность.
Прекращение использования оловянного катализатора
В связи с ужесточением нормативных требований во многих регионах не одобряется использование продуктов, катализируемых оловом. Благодаря новым сшивающим агентам PPG в технологии Enviro-Prime Epic не используется олово, но при этом обеспечиваются такие же характеристики, как и для стандартных электропокрытий, катализируемых оловом, или лучше.
Влияние на будущее автомобильных и промышленных деталей
Способность удовлетворять высоким требованиям в расширенном диапазоне отверждения обеспечивает реальные и критически важные преимущества для производителей как автомобильных запчастей, так и промышленных деталей. Используя эти решения для нанесения электропокрытий, предприятия могут не только одновременно обрабатывать различные типы подложек, но и предоставлять производителям более устойчивое решение для поддержания или повышения производительности.
Вивек Бадаринараяна — технический руководитель SPS в компании PPG.