Первые этапы производства порошковых покрытий

Кевин Биллер
21.01.2020 647

Производство порошковых покрытий — это многоступенчатый процесс. Его можно назвать полунепрерывным, поскольку сначала идет периодический процесс (взвешивание и предварительное смешивание), который затем превращается в непрерывный (экструзия и измельчение). Самое интересное в производственном процессе заключается в том, чтобы взять абстрактное понятие разработки порошковых составов и сделать его реальным и материальным. Весь творческий потенциал и технологии, которые были вложены в разработанный состав, становятся реальностью. В данной статье описывается первый этап производства порошковых покрытий, а именно взвешивание, предварительное смешивание, экструзия.

ВЗВЕШИВАНИЕ

Первый процесс включает в себя взвешивание сырья в пропорциях, предписанных основной рецептурой. Вес должен соответствовать требуемому количеству согласно заказу клиента, а также емкости сосуда для предварительного смешивания. Типичные производственные партии требуют указать в заказе количество процессов предварительного смешивания.

Также указывается кратное количество взвешиваний. При расчете общего количества начальной партии порошкового покрытия необходимо учитывать производительность технологических процессов.

Рисунок 1. Сырьевые материалы для порошковых покрытий можно смешивать в высокоэффективном смесителе со стационарной чашей менее чем за 5 минут. Фото предоставлено компанией Matrix Powder Technology.

Мелкие партии заведомо менее продуктивны, главным образом, из-за “заполнения трубопровода” каждого процесса. Некоторое количество материала теряется при установлении стабильного состояния процесса, особенно при экструзии и измельчении.

Относительно небольшие партии (меньше 227 кг) дают меньший выход продукции, чем крупные партии. Эффективность хорошо организованного крупносерийного процесса составляет 95 — 99%.

Эффективность более мелких партий составляет 90 — 95%. На основе опыта определяются производственные возможности процессов и дополнительное количество сырья, необходимое для каждой партии.

Весы должны обладать достаточной чувствительностью, чтобы обеспечить однородность готового порошкового покрытия. Как правило, крупные компоненты требуют меньшей точности, чем критически важные добавки, такие как тонирующие пигменты и катализаторы. Если говорить о точности взвешивания, применимо общее правило: плюс-минус 1%. Имейте в виду, что плюс-минус 1% небольшого объема добавки может быть крайне мал.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ СМЕШИВАНИЕ

На этапе предварительного смешивания происходит гомогенизация смеси сырьевых материалов для последующей подачи в экструдер.

Кроме того, крупные хлопья смолы дробятся, что облегчает подачу смеси. Высокоэффективный смеситель может обеспечить требуемый уровень смешивания за относительно короткое время (2 — 5 минут). Приемлемое перемешивание также можно выполнить с помощью менее интенсивного, медленного процесса, который обычно занимает от 10 до 25 минут.

Рисунок 2. В некоторых смесителях используются съемные чаши с перемешивающей головкой, которая вращается вертикально. Фото предоставлено компанией Matrix Powder Technology LLC.

Однородность смеси можно повысить путем добавления сырьевых материалов в емкость для предварительного смешивания. “Прослаивание” второстепенными компонентами (пигменты, добавки и так далее) крупных элементов (смола, наполнитель и другие) помогает свести к минимуму разбрызгивание этих второстепенных добавок по стенкам смесителя и избежать неправильного распределения.

В некоторых смесителях используются съемные чаши, что обеспечивает универсальность в работе с несколькими смесями и одной перемешивающей головкой. Преимуществом этой конструкции также можно считать легкость в очистке. Оборудование для предварительного смешивания разрабатывается с учетом оптимального диапазона наполнения сосуда.

Слишком маленькие партии загрузки будут плохо перемешаны из-за недостаточного покрытия лопастей смесителя. Чрезмерно большие партии — из-за отсутствия свободного пространства для перемещения содержимого внутри сосуда. Слишком большие партии также могут вызвать перегрузку приводного механизма смесителя вплоть до срабатывания автоматических выключателей и повреждения двигателей и электрических приводов.

ЭКСТРУЗИЯ

Когда однородная сухая смесь материалов получена, можно начинать процесс экструзии. Этап экструзии можно описать как процесс «создания краски», в ходе которого составляется смесь порошкового покрытия. На этом этапе рецептура не подлежит изменениям и может быть лишь немного изменена (за исключением измельчения частиц) после этого процесса.

Для эффективной экструзии выполняется два типа смешивания. Смолы, добавки и пигменты тщательно перемешиваются для создания однородной смеси.

Рисунок 3. Горячий экструдат подается в охлаждающие вальцы и транспортируется на охлаждающую конвейерную ленту. Фото предоставлено компанией Matrix Powder Technology LLC.

Однородность этой смеси обеспечивает единообразный внешний вид и практические свойства готового покрытия. Некачественное смешивание обычно приводит к неравномерному глянцу, снижает гладкость и может повлиять на качества пленки.

Распределительный компонент в экструзионном процессе выполняет плавление смоляных компонентов и перемешивание неплавящихся составляющих в расплавленной массе. Это достигается путем добавления в экструдер сухих гомогенизированных компонентов. Смесь необходимо перемещать на твердой поверхности, пока она не расплавится.

К смеси прикладывается механическое усилие. В ходе этой работы повышается внешняя температура смеси и механизма экструдера (то есть цилиндра и шнека). Под воздействием повышенной температуры в сочетании со сдвиговым усилием, прилагаемым шнеком экструдера, плавятся смоляные компоненты, распределяются неплавящиеся компоненты и диспергируются пигменты. Все это выполняется по мере того, как материал быстро перемещается по экструдеру.

Приготовление смеси для порошкового покрытия требует диспергирования пигментных агломератов. Большинство пигментов поставляется в их естественном агломерированном виде.

Процесс экструзии направлен на то, чтобы диспергировать эти агломераты. Благодаря диспергированию достигается более равномерный и насыщенный цвет.

Недостаточное диспергирование пигмента приводит к неконтролируемой насыщенности цвета.

Экструзионный процесс, по сути, включает в себя механизм подачи, секцию смешивания и охлаждение. Материал подается в механизм вращения, как правило, шнековое устройство, заключенное в цилиндр. Шнек снабжен витками или узлами, которые прикладывают основное усилие на расплавленную массу по мере ее перемещения через экструдер.

Рисунок 4. В двухшнековых экструдерах используются совместно вращающиеся сцепленные шнеки для компаундирования смеси порошкового покрытия.

Экструдеры, предназначенные для производства порошковых покрытий, бывают одношнековыми или двухшнековыми. Одношнековые механизмы снабжены витками вдоль окружности шнека. Эти витки перемещают смесь на штифты, расположенные внутри цилиндра.

Благодаря этому происходит сдвиг материала, который, в свою очередь, способствует плавлению массы, а также распределению и диспергированию компонентов.

Расплавленная масса выводится из цилиндра, затем охлаждается и разбивается на хлопья.

Двухшнековые экструдеры работают по весьма схожему принципу, однако в них используется сдвигающее действие двух однонаправленно вращающихся сцепленных шнеков, заключенных в гладкий цилиндр. Основное действие на смесь происходит в секции смешивания. В ходе совместного вращения шнеков материал проталкивается от одного шнека к другому, перемещаясь таким образом по всей длине цилиндра.

Тепло, выделяемое при этом процессе, позволяет плавиться смоляным компонентам. Сдвигающее действие обеспечивает плавление сырьевых материалов смеси и диспергирование пигментов.

Экструдеры с регулировкой температуры. Регулировка температуры обычно обеспечивается использованием либо резистивных электронагревателей, либо блоков нагрева/охлаждения, в которых жидкая среда циркулирует по полостям в цилиндр экструдера и шнек(и). В качестве среды применяют масло или водогликолевую смесь. Устройства резистивного нагрева используются совместно с охладителями, в которых циркулирует среда.

Начальная температура в экструдере должна соответствовать точке плавления основных смоляных компонентов. Как правило, температура задается чуть выше точки плавления смолы. В начале экструзионного процесса смесь быстро плавится, а температура помещаемого в нее компонента становится довольно постоянной.

На этом этапе роль устройства нагревания/охлаждения сводится скорее к процессу охлаждения.

Оптимальная экструзия достигается путем обработки относительно вязкой массы материала. Из-за низкой вязкости возможно неполное заполнение свободного объема между шнеком и цилиндром, что приводит к некачественному смешиванию. Поэтому важно избегать слишком высокой температуры. Кроме того, чрезмерный нагрев иногда вызывает предварительное гелеобразование термоотверждаемой смеси. Это может привести к образованию высокомолекулярных гранул химически реагирующего материала. Эти гранулы неизменно вызывают дефекты пленки в готовом покрытии.

Скорость шнека можно регулировать. Большинство производителей порошков эксплуатируют экструдеры на полной скорости, чтобы обеспечить максимальную производительность. Это целесообразно практически во всех случаях. Иногда состав может включать в себя сложные для диспергирования компоненты, такие как сажевый наполнитель.

В таких случаях может потребоваться снизить скорость шнека, чтобы обеспечить приемлемое диспергирование.

Экструдеры можно эффективно очищать путем подачи подходящей термопластичной смолы после смешивания партии. Для очистки экструдера можно использовать твердые сорта поливинилхлорида и полипропилена. Термопластичная смола подается в экструдер и может быть повторно введена в расплавленном состоянии.

Таким образом, очищается внутренняя часть цилиндра, смесители и витки шнека. Формующую головку экструдера необходимо извлечь и очистить после процесса прочистки, поскольку материал может остаться в застойных зонах.

Для очистки экструдеров разрабатываются специальные материалы. Они содержат фирменные смеси термопластичных смол, наполнителей и смачивающих добавок и считаются более эффективными, чем имеющиеся в продаже стандартные сорта ПВХ или полипропилена.

После экструзии состав не так просто изменить. Изменения можно выполнить путем повторной экструзии материала с сырьевыми компонентами, однако это весьма дорогостоящий процесс и его следует избегать.

ОХЛАЖДЕНИЕ И ДРОБЛЕНИЕ

Экструдат выходит из цилиндра при относительно высокой температуре, обычно от 100 — 140°C (212 до 284°F). Этот расплавленный материал необходимо быстро охладить, чтобы избежать несвоевременной реакции или “стадии А”.

Процесс охлаждения состоит в подаче экструдата в систему охлаждающих вальцов, которые затем транспортируют полосу материала на другую охлаждающую поверхность, например, непрерывную конвейерную ленту или вращающийся барабан. После того, как достигается достаточное охлаждение экструдата, он разбивается на хлопья, пригодные для подачи в процесс дробления или измельчения.

ВЫВОДЫ

Производство порошковых покрытий — это довольно сложный полунепрерывный процесс. Сырье вводится на ранних этапах процесса, и после экструзии рецептуру не так легко изменить.  Поэтому крайне важно контролировать качество сырья и производственный процесс. Для этого требуется квалифицированный персонал, тщательное проведение производственных процедур и технологического контроля. Соблюдение этих правил обеспечит успешное изготовление высококачественных порошковых покрытий.

Кевин Биллер, директор компании The Powder Coating Research Group

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Пригодный для вторичной переработки катализатор
Пригодный для вторичной переработки катализатор
Ученые оценили возможности применения KHSO4 в качестве перерабатываемого катализатора в алкидных смолах при производстве обезвоженного…
03.01.2022
126
Инновации в сфере умных, высокоэффективных ингибиторов коррозии
Инновации в сфере умных, высокоэффективных ингибиторов коррозии
По имеющимся оценкам, на данный момент в странах ЕС 786 000 рабочих подвергается воздействию токсичного,…
Джорджия Какасе
18.05.2021
208
Interpon Redox One Coat обеспечивает полную защиту от коррозии за одно нанесение. 
Interpon Redox One Coat обеспечивает полную защиту от коррозии за одно нанесение. 
Компания AkzoNobel еще больше расширила свой ассортимент порошковых покрытий Interpon Redox, выпустив Redox One Coat,…
20.03.2022
393
Партнерство AkzoNobel и McLaren выходит на новый уровень
Партнерство AkzoNobel и McLaren выходит на новый уровень
Автогоночная команда McLaren Racing и компания-производитель лакокрасочных материалов AkzoNobel продлили и расширили свое многолетнее сотрудничество.…
07.02.2022
425
Подбор пигментов для порошковых покрытий
Подбор пигментов для порошковых покрытий
В широком смысле, покрытия выполняют две очевидных функции: защита изделия и придание эстетически привлекательного внешнего…
Кевин Биллер
16.11.2021
156
Фарфоровая эмаль в 21 веке
Фарфоровая эмаль в 21 веке
Фарфоровая эмаль - это стекловидное покрытие, наплавленное на металлическую подложку при сверхвысоких температурах, которое обеспечивает…
Стюарт Хаклер, Каллен Хаклер
02.11.2020
267
Следующий уровень: новая эра нанесения краски
Следующий уровень: новая эра нанесения краски
Москва, 10 ноября 2021 г. – Четыре дня, различные часовые пояса и языки. На своей…
Dürr Systems RUS
15.11.2021
112
Роль сетей кузовных станций в условиях консолидации рынка
Роль сетей кузовных станций в условиях консолидации рынка
В настоящее время на индустрию авторемонта оказывает разрушительное воздействие ряд глобальных тенденций. Они ведут к…
Белла Тассоне
11.05.2021
218
Преимущества УФ-отверждаемых покрытий для автопроизводителей.
Преимущества УФ-отверждаемых покрытий для автопроизводителей.
В данной статье рассматриваются различные технологии энергоотверждаемых покрытий, которые можно использовать в салонах автомобилей для…
Стефан Смитс, Ян Ли
24.08.2020
564