Окраска в электростатическом поле

Пока ведущие производители краскопультов для пневмораспыления спорят, чьи пистолеты лучше и экономичнее, и придумывают все новые и новые модели, оборудование для окраски деталей в электростатическом поле в последние годы наконец-то получило и заслуженное признание, и долгожданную путевку в массы. Разумеется, мы говорим только о российском рынке лакокрасочных услуг, где данный метод для наших предпринимателей все еще достаточно нов. Так что же это за метод?

Направленное движение частиц

Изобретение метода электростатической окраски – результат многочисленных лабораторных экспериментов, которые в течение нескольких лет проводил американский ученый-практик Гаральд Рансбург. В 1941 г. он запатентовал свой первый электростатический краскопульт – установку «Номер один». Уже второй вариант Ransburg 2 – это установка под названием «Номер два», она оказалась настолько удачной и востребованной, что с незначительными модификациями используется и поныне. Фирма Ransburg (с 1990 г. входит в состав концерна ITW) в настоящее время является одним из мировых лидеров в области разработок оборудования для электростатической окраски. Главный принцип электростатической окраски заключается в том, что жидкий лакокрасочный материал (ЛКМ), соприкасаясь с электродом, которым оборудован каждый электростатический краскораспылитель, получает высоковольтный отрицательный заряд (60 – 100 кВ), и после распыления его частицы направленно движутся к заземленному окрашиваемому изделию по силовым линиям электростатического поля, возникающим между краскораспылителем и изделием.

Образование дисперсии ЛКМ происходит в зависимости от разновидности рассматриваемого метода, а именно:
• воздействия на материал потока сжатого воздуха (пневматическое электростатическое распыление);
• прохождения материала под высоким давлением через щелевидное сопло (безвоздушное и комбинированное электростатическое распыление);
• распыления материала под воздействием центробежных сил (электростатическое распыление чашечными дисковыми распылителями).

Окрасочный факел формируется за счет взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц ЛКМ. Кроме того, силы электростатического поля направляют движение заряженных частиц ЛКМ, препятствуя образованию красочного тумана, и способствуют повышению коэффициента переноса материала на окрашиваемое изделие от 80 до 98%. Помимо экономии материала, электростатическая окраска во многом облегчает и ускоряет процесс нанесения ЛКМ. Например, при окраске труб традиционным способом потребовалось бы переворачивать изделие 3 – 4 раза, чтобы равномерно прокрасить его со всех сторон. А при использовании электростатической окраски нанести ЛКМ можно в один проход, максимум в два, в зависимости от диаметра трубы, поскольку частицы будут двигаться по изогнутым линиям электростатического поля, огибая трубу со всех сторон. Преимущества электростатической окраски становятся особенно очевидны при окраске труб, решетчатых изделий, металлоконструкций, а также в тех случаях, когда экономия ЛКМ является решающим фактором в выборе оборудования.

Приятно и безопасно

Общими чертами электростатических и традиционных краскораспылителей можно считать принципы диспергирования, а главными отличиями – наличие электрода, заряжающего ЛКМ, и высоковольтной системы, обеспечивающей наличие электрического тока на этом электроде. Кроме этих принципиальных отличий в конструкции краскораспылителей, следует также отметить, что корпус традиционных краскораспылителей, как правило, изготавливается из стали или алюминия, а электростатических – обычно выполняется из сочетания изолирующих и токопроводящих пластиков, для того чтобы максимально защитить маляра от поражения током.

Очень долгое время применялся так называемый классический тип пневматических электростатических распылителей, когда высоковольтное напряжение на электрод подавалось от отдельного прибора, что вызывало массу неудобств и минусов, главными из которых являлись громоздкий высоковольтный кабель и нестабильность высокого напряжения на электроде. В каскадных (встроенных) высоковольтных системах высокое напряжение постоянного тока генерируется на специальном каскаде, встроенном в краскораспылитель. При этом напряжение постоянного тока до
12 В подается на краскораспылитель при помощи низковольтного кабеля, а затем преобразуется на каскаде в высокое напряжение постоянного тока. А последние разработки краскораспылителей, таких, например, как VECTOR SOLO, вообще полностью автономны и не зависят от посторонних источников питания. Напряжение в них генерируется при подаче воздуха на турбину, а затем преобразовывается в мощный заряд. Работать на таком оборудовании – одно удовольствие плюс абсолютно безопасно!

Есть ограничения

Однако, несмотря на очевидные достоинства электростатической окраски, этот метод имеет ряд ограничений. Ограничение первое – это свойства ЛКМ. Для того чтобы ЛКМ смог должным образом зарядиться на электроде, его сопротивление должно быть не менее 30 кОм, иначе эффективность окраски в электростатическом поле резко снизится. Примером ЛКМ с низким сопротивлением являются материалы, в состав которых входит большое количество металлических пигментов, например эмали с эффектом «металлик». До недавнего времени практически невозможно было использовать метод электростатического распыления для нанесения водоразбавляемых материалов, поскольку существовала опасность возникновения короткого замыкания вследствие высокой электропроводности воды. Однако новое поколение оборудования для подачи и нанесения ЛКМ в электростатическом поле благодаря специальному исполнению каждого компонента уже позволяет наносить как традиционные, так и водоразбавляемые материалы.

Во-вторых, существуют также определенные сложности при окраске нетокопроводящих изделий, например из пластиков или древесины. Но и в этом случае можно найти приемлемые решения: например, на токонепроводящий пластик можно нанести традиционными способами токопроводящий грунт, а древесину окрашивают с помощью электростатического метода, предварительно ее увлажнив.

Ограничение третье – форма окрашиваемого изделия. Так как заряженные частицы ЛКМ движутся по силовым линиям электростатического поля, напряженность которого в замкнутом токопроводящем контуре равна нулю, то частицы ЛКМ не попадают внутрь карманов или глубоких впадин, поскольку там электрическое поле не существует, и оседают на других частях этого изделия. Для того чтобы окрасить труднодоступные места (именуемые контуром Фарадея), рекомендуется отключить подачу электрического тока, превратив на время электростатический краскораспылитель в традиционный пневматический или безвоздушный. С другой стороны, на кромках и выступах напряженность электростатического поля будет максимальной, поэтому в этих местах возможно образование покрытий с толщиной больше средней.

Технологии нанесения ЛКМ в электростатическом поле совершенствуются на протяжении уже более полувека. В настоящее время электростатическая окраска – самый экономичный из методов распыления, обеспечивающий получение высококачественного лакокрасочного покрытия при максимальном переносе ЛКМ на окрашиваемое изделие и значительном снижении затрат на переработку отходов ЛКМ. В зависимости от типа применяемого окрасочного оборудования этот метод окраски может использоваться как в условиях массового и серийного производства, так и при мелкосерийном и единичном производстве изделий.