Полимерные порошковые композиции и покрытия на их основе
Среди большого разнообразия покрытий особое место по эффективности и перспективности применения занимают покрытия на основе полимерных порошковых композиций. В последние десятилетия во всех промышленно развитых странах наблюдается стремительный рост объемов производства и применения порошковых материалов и покрытий на их основе. На долю порошковых технологий к настоящему времени в мире приходится порядка 15 – 20 % всех окрашиваемых изделий.
В исходном состоянии ППК представляют собой дисперсные порошки, содержащие в качестве пленкообразующих компонентов термопластичные или термореактивные связующие, а также функциональные добавки в виде наполнителей, отвердителей, стабилизаторов, пигментов и др., придающих покрытиям необходимые технологические и эксплуатационные свойства.
По сравнению с традиционными технологиями нанесения покрытий, порошковая технология характеризуется целым рядом преимуществ:
– коэффициент использования материала при получении покрытий из ППК составляет 97 – 98 %, так как возможно их улавливание и вторичное использование;
– отсутствие органических растворителей в ППК приводит к улучшению санитарно-гигиенических условий труда в окрасочных производствах, резкому уменьшению загрязнения окружающей среды и снижению пожаро - взрывоопасности производств;
– повышенные скорости формирования порошковых покрытий позволяют в десятки раз увеличить производительность труда;
– возможность получения покрытий с толщиной от 40 до 500 мкм при однократном их нанесении;
– лучшее выравнивание шероховатости поверхности позволяет снизить требования к чистоте обработки поверхностей изделия на 1 - 2 класса;
– возможность получения покрытий с высокими свойствами широкой цветовой гаммы: «металлики» различных цветов, структурированные поверхности (мелкая и крупная структура «эффект кожи», «антики», «муар»), покрытия различной степени блеска (глянцевые, полуглянцевые, матовые, полуматовые) и др.;
– сокращение производственных площадей окрасочных цехов в 2 - 3 раза;
– удобное хранение и транспортировка ППК.
Технико – экономическая эффективность применения полимерных порошковых покрытий на 30 – 40 % выше покрытий на основе жидких лакокрасочных и гальванических в 2 - 4 раза.
Полимерные порошковые композиции используют для получения коррозионно-эрозионных, защитно-декоративных, световозвращающих, электроизоляционных и других функциональных покрытий.
Порошковая технология применима не только для окраски металлов и сплавов на их основе, но и для отделки древесины, МДФ, керамик, пластмасс, стекол и т.п. Порошковыми красками окрашивают бамперы, шасси, диски колес, корпуса и отражатели фар.
Наиболее широкое применение порошковая технология получила при окраске дисков колес из алюминиевых сплавов. Конструкция дисков из алюминиевых сплавов позволяет исключить труднодоступные для окраски поверхности сопряжения обода с диском, имеющиеся в сварных стальных конструкциях.
Наряду с мелкими изделиями, возможна окраска изделий средних и больших габаритных размеров: кузова и кабины автомобилей.
Процесс формирования полимерного порошкового покрытия предполагает последовательное проведение следующих операций: подготовка поверхности изделия, нанесение ППК на поверхность изделия, термическая обработка с целью достижения необходимой адгезионной прочности с поверхностью и формирование покрытия.
Основными достоинствами ППК на основе термопластичных пленкообразователей являются стабильность получаемых на их основе композиций, быстрое (в течение нескольких минут) формирование покрытий, доступность, связанная с большими масштабами их производства. Однако покрытия из термопластичных композиций имеют сравнительно низкую адгезионную прочность. Широкое применение получили полиолефиновые, поливинилбутиральные, фторопластовые, полиамидные и поливинилхлоридные порошковые композиции
ППК на основе термореактивных пленкообразователей образуют необратимые покрытия с повышенной адгезионной прочностью. Вследствие низкой вязкости их расплавов создаются условия для получения тонких покрытий, время формирования которых и стабильность исходных составов при хранении определяются реакционной способностью. Широкое применение получили эпоксидные, эпоксиполиэфирные, полиэфирные, акриловые порошковые композиции.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите требования к лакокрасочным материалам, применяемым при производстве и ремонте автомобилей.
2. На какие группы подразделяются лакокрасочные материалы?
3. Опишите назначения слоев в многослойных (комплексных) лакокрасочных покрытиях
4. Дайте классификацию лакокрасочных материалов по эксплуатационным свойствам и внешнему виду.
5. Какие способы подготовки поверхности применяют для нанесения лакокрасочных материалов?
6. Опишите назначение и состав грунтовок и шпаклевок, используемых в автомобилестроении.
7. Что представляют собой краски?
8. Как маркируются лакокрасочные материалы?
9. Что составляет основу грунтов, шпаклевок и красок?
10. Назовите состав жидких лакокрасочных материалов и опишите назначение компонентов.
11. Что представляет собой эмали?
12. Опишите основные типы эмалей, применяемых в автомобилестроении.
13. Что представляют собой лаки?
14. Опишите назначение состава битумных масляных и спиртовых лаков.
15. Опишите назначение добавок в лакокрасочных материалах.
16. Опишите состав и назначение смывок.
17. Опишите основные материалы для противокорозионой защиты (составы, мастики, пасты).
18. Назовите составы полимерных порошковых композиций.
19. Опишите преимущества технологии нанесения полимерных порошковых покрытий.
20. Назовите основные достоинство полимерных порошковых композиций на основе термопластичных пленкообразователей.
21. Основные особенности полимерных порошковых композиций на основе термореактивных связующих.
Неорганические материалы
Высокомолекулярные неорганические соединения охватывают чрезвычайно разнообразный класс веществ: полисульфаны, полифосфаты, полисиликаты и др. с линейной формой макромолекул, а также соединения с плоско или пространственно связанными атомами (красный и черный фосфор, аморфная сера, алмаз, модификации SiO2 и многие другие вещества). Отличительной особенностью большинства высокомолекулярных неорганических соединений является отсутствие склонности к кристаллизации, т.е. для них характерна, как правило, аморфная структура.
К неорганическим материалам относятся керамические, стеклянные, стеклокристаллические, углеграфитовые, слюдяные, асбестовые и некоторые другие материалы, для большинства которых характерны преимущественно гетероцепные пространственно-сетчатые структуры.
Особенностями свойств материалов данной группы являются высокая прочность при сжатии, твердость, жесткость, низкая ползучесть, химическая и радиационная стойкость, огнеупорность и т.п., а к основным недостаткам следует отнести высокую хрупкость, т.е. низкие значения прочности при растяжении и изгибе, и особенно при ударном изгибе.
Технические керамики
Керамики представляет собой материалы, полученные спеканием массы заданного состава из различных минералов и окислов металлов. Технические керамики имеют сложную поликристаллическую структуру с ионным, ковалентным или смешанным ионно-ковалентным типом химических связей. Например, для керамики на основе карбида кремния характерны ковалентные связи, на основе окиси магния – ионные, а на основе окиси алюминия – ионно-ковалентные. На рис. 15.1 показана кристаллическая структура α – формы окиси алюминия.
Прочность связей между атомами в керамических материалах определяет их высокую температуру плавления, твердость, жесткость и химическую стойкость. Характер разрушения керамических материалов в зависимости от их фазового состава различен. Разрушение происходит либо по стекловидной фазе, либо по кристаллам. Прочностные свойства керамик снижаются с повышением температуры и пористости. Мелкозернистые материалы обладают, как правило, большей прочностью при одном и том же фазовом и химическом составе. Повышенная склонность керамик к хрупкому разрушению связана исключительно наличием большого количества дефектов в виде микротрещин и дислокаций, приводящих к концентрации напряжений. Низкая подвижность дислокаций обусловлена специфическим ионно-ковалентным типом связи в керамических структурах. Для устранения микроскопических дефектов, являющихся центрами зарождения трещин, используются различные способы. Например, проводят очень тонкий помол исходной порошковой композиции для плотной ее упаковки перед спеканием.
Рис. 4 Кристаллическая структура α - формы окиси алюминия (гексагональная плотноупакованная структура). Решетка содержит большое количество вакансий атомов алюминия (около трети) в слоях С1, С2 и С3, расположенных между