8.5. Окунание и облив

Окунание и облив – наиболее простые и издавна применяемые способы окрашивания. Они позволяют наносить различные лакокрасочные материалы и получать покрытия достаточно хорошего качества при использовании простого оборудования. Окуная изделие в лакокрасочный материал, или обливая им изделие, удается прокрашивать практически все участки поверхности, в том числе и скрытые от глаза человека, что не достигается с помощью других способов.

Окунание и облив применяют главным образом для получения грунтовочных и однослойных покрытий на изделиях разной сложности небольших и средних размеров. Они используются во многих отраслях промышленности (автомобильной, приборостроительной, сельскохозяйственном машиностроении и др.), поскольку позволяют механизировать и автоматизировать процессы окрашивания.

Недостатки способов: неравномерность толщины покрытий по высоте изделий, невозможность окрашивания изделий, имеющих карманы и внутренние полости, относительно большие потери лакокрасочных материалов, нередко доходящие до 20% и более. Многие из этих недостатков, однако, исключаются, если объектом окрашивания служат плоские изделия (деревянные щиты, металлические листы, рулонный материал), уложенные горизонтально. Лакокрасочный материал при этом наносят с помощью лаконаливных (лакообливочных) машин. Именно при окраске таких изделий, особенно щитовой мебели, нашел применение способ облива.

Уменьшение потерь лакокрасочных материалов и разнотолщинности покрытий при одновременном улучшении их декоративного вида достигается при выдержке свежеокрашенных изделий в парах растворителей. Этот способ, как разновидность способа облива, под названием струйный облив получил широкое распространение в промышленности. Аналогичным образом можно улучшить покрытия, нанесенные способом окунания. Другие разновидности способа окунания  окрашивание длинномерных изделий протягиванием и покрытием мелких изделий во вращающихся барабанах.

Окунание и облив в любых вариантах исполнения представляют особый интерес при нанесении водоразбавляемых лакокрасочных материалов в связи с возможностью организации поточных пожаробезопасных технологических процессов.

Основы способов. Принцип нанесения окунанием и обливом основан на смачивании окрашиваемой поверхности жидким лакокрасочным материалом удерживании его на ней в тонком слое за счет адгезии и вязкости материала. Качество и толщина покрытий при окрашивании окунанием и обливом определяются свойствами поверхности, а также структурно-механическими характеристиками наносимого материала.

Рассмотрим процесс нанесения жидкой краски путем окунания в нее изделия, например, плоской пластинки (рис. 8.13). Первоначальный акт – погружение изделия в жидкий материал, т.е. установление адгезионного контакта. В зависимости от вязкости материала и характера поверхности длительность этого процесса может составлять секунды или минуты. Одновременно с установлением контакта происходит адсорбционное взаимодействие жидкости с твердой поверхностью.

Рис. 8.13. Схема сил, действующих на жидкость при извлечении из нее изделия

Рис. 8.14. Распределение скоростей в слое жидкости при извлечении из нее изделия

При извлечении изделия, например со скоростью w₀, будет увлекаться не только слой адсорбированной жидкости; вследствие адгезии и внутреннего трения F движение будет передаваться параллельным слоям жидкости, но со скоростью w_п. Кроме силы F эти слои будут испытывать силы тяжести P, вызывающей опускание (стекание) жидкого материала со скоростью w_р . суммарная скорость движения каждого элементарного слоя w_х , находящегося на расстоянии х от поверхности изделий, т.о. будет равна:

w_х = w_п w_р. (8.10)

При условии ламинарного движения и исключении силы тяжести скорость отдельных слоев изменяется равномерно по мере удаления от изделия на расстояние, и становится равной нулю. При этом зависимость w_п =f(x) прямолинейна (рис. 8.14), а градиент скорости dw_n /dx = const.

В реальных условиях, когда воздействует сила тяжести Р, характер зависимости изменяется, объем жидкости, извлеченной изделием, всегда меньше (на рис. 8.14 он показан в виде заштрихованной области).

Если принять ширину слоя за единицу, а толщину – за dx, то dV составит: dV= w_хdx, а объем всей жидкости, увлеченной таким изделием в единицу времени, будет равен:

V= w_хdx. (8.11)

После извлечения изделия из жидкости часть ее стекает, и, если это нелетучая жидкость, то независимо от скорости извлечения на поверхности остается слой, толщина которого определяется вязкостью, плотностью и энергетическими факторами, взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела.

При окунании в лакокрасочные материалы процесс усложняется непрерывным изменением вязкости нанесенного на изделия слоя, вследствие чего стекание его замедляется, а затем и совсем прекращается.

Нетрудно убедиться, что толщина и степень неравномерности пленки будут тем больше, чем выше скорость извлечения изделия (рис. 8.15), вязкость лакокрасочного материала и скорость ее нарастания в момент стекания. Из низковязких материалов (20с по ВЗ4 и менее) формируются относительно тонкие покрытия с небольшим разбросом толщин по высоте изделия. Тот же эффект достигается при малых скоростях извлечения изделий из лакокрасочного материала – 0,1м/мин и менее (рис. 8.16). Однако на практике это приводит к снижению эффективности окрашивания: с уменьшением вязкости материалов повышается расход растворителей и в ряде случаев появляется необходимость нанесения нескольких слоев покрытия. Уменьшение скорости извлечения изделий снижает производительность работы установок.

Рис. 8.15. Зависимость толщины покрытий из масляной краски от скорости извлечения изделий из ванны при различной вязкости краски (по ВЗ4) при 20С

Рис. 8.16. Изменение толщины покрытий из нитратцеллюлозного лака по длине изделия при различных скоростях извлечения его из ванны

При нанесении лакокрасочных материалов способом облива закономерности, свойственные окунанию сохраняются. Слой жидкости, подаваемой на единицу поверхности при обливе, в отличие от распыления, превосходит предельную толщину, при которой жидкость может удерживаться на вертикальных поверхностях за счет сил адгезии и внутреннего трения. Поэтому ее избыток обязательно стекает, оставляя на подложке неравномерный по толщине слой, а на нисходящей ее кромке – натеки в виде капель. Продолжительность стекания в основном определяется вязкостью лакокрасочного материала и скоростью испарения входящих в его состав растворителей и для разных типов лаков и красок составляет 515мин.

Испарение растворителей можно замедлить или исключить, поместив изделие с нанесенным слоем лакокрасочного материала в атмосферу, содержащую пары растворителей в относительно высокой концентрации. В результате этого замедляется или прекращается нарастание вязкости и поверхностного натяжения лакокрасочного материала и создаются условия для его растекания и удаления избытка с поверхности (рис. 8.17). Изменяя вязкость исходного материала, концентрацию паров растворителя, продолжительность выдержки в нем окрашенных изделий, можно в широких пределах регулировать толщину получаемых покрытий, одновременно улучшая их равномерность (рис. 8.18).

Рис. 8.17. Схема выравнивания слоя лакокрасочного материала при воздействии паров растворителя: 1  профиль покрытия при обычном окунании; 2  профиль покрытия при окунании с выдержкой в парах растворителя

а б

Рис. 8.18. Зависимость толщины алкидных покрытий от продолжительности выдержки в парах растворителей при вязкости лакокрасочного материала 20с по ВЗ4 и разной концентрации паров (а), концентрации паров растворителей 18г/м ³ и разной вязкости лакокрасочного материала

Как видно из рис. 8.18, толщина покрытия уменьшается тем интенсивнее, чем выше концентрация паров растворителей в паровой камере. Естественно, материалы с меньшей вязкостью формируют более тонкие покрытия. Опытным путем установлено оптимальное время выдержки покрытий в парах растворителей, при котором сохраняется достаточная толщина и одновременно обеспечивается удовлетворительная равномерность покрытий по высоте изделий.

При вязкости лакокрасочных материалов 2040с по ВЗ4 и концентрации паров растворителей 1525г/м³ это время составляет 814мин.

Нанесение лакокрасочных материалов окунанием. Варианты окрашивания окунанием весьма разнообразны по аппаратурному и технологическому оформлению.

а б в

Рис. 8.19. Схемы установок для окрашивания окунанием:

а  с ручным погружением изделий; б  с погружением изделий на пульсирующем конвейере с помощью опускного механизма; в  с погружением изделий на конвейере непрерывного действия;