Производство листа с полимерным покрытием

 

Приведенные выше характеристики покрытий касаются в первую очередь жидких материалов для окрашивания металла  валковым методом, который является наиболее распространенным и востребованным как в России, так и в других странах. В то же время полимерные материалы также получили широкое распространение в порошковой окраске рулонного металлопроката (powder coil coating). В производстве порошковых покрытий наиболее часто используются гидроксил-функциональные насыщенные полиэфиры в сочетании со свободными полиизоцианатными смолами. Также часто используются порошковые материалы на основе смеси кислых полиэфирных и эпоксидных смол.

Порошковое  полимерное покрытие.

Металл, окрашенный на линии используется как в производстве кровельных и фасадных материалов, так и в производстве медицинского оборудования, радиоэлектронной аппаратуры и других изделий. Возможности линии позволяют окрашивать оцинкованную сталь толщиной от 0,5 до 1,5 мм и алюминий толщиной от 0,8 до 2,0 мм.

Повышенная устойчивость к механическим повреждениям гарантирует сохранность внешнего вида на протяжении всего срока службы окрашенного металла. Нанесение на окрашенный металл защитной пленки гарантирует сохранность порошкового полимерного покрытия до момента его монтажа на объекте.

Результаты испытаний на долговечность  показали отсутствие коррозионных разрушений (АЗ1 по ГОСТ 9.407-84) после 90 циклов испытаний по методу 6 ГОСТ 9.401-91, что гарантирует сохранность свойств покрытий (АЗ1 по ГОСТ 9.407-84) в течение 10 лет в условиях умеренного и холодного климата.

RAL9016 белый	RAL1013 белый жемчуг	RAL 1015 светло-бежевый	RAL 1019 серо-бежевый
RAL 4005 сиреневый	RAL 3020 ярко-красный	RAL 3012 бежево-розовый	RAL 2009 оранжевый
RAL 5012 светло-голубой	RAL 5023 серо-голубой	RAL 6003 зеленая олива	RAL 6019 пастельно-зеленый
RAL 9007серый алюминий	RAL 9006 белый алюминий	RAL 8023 жемчужно-медный	RAL 7016 серый антрацит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1. Структура листа с порошковым полимерным покрытием:

1 - Защитная пленка 
2 - Полимерное покрытие 
3 - Пассивирующий слой 
4 - Цинковое покрытие 
5 - Стальной лист

Основные характеристики порошкового покрытия "ИНСИ":

• толщина покрытия 60...80мкм;
• высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению;
• повышенная устойчивость к механическим повреждениям;
• минимальный радиус изгиба - 1T;
• высокие антикоррозийные свойства;
• защитная пленка на окрашенной поверхности;
• 16 стандартных цветов + возможность окраски в любой цвет.

Лакокрасочное полимерное покрытие.

 

RAL9002 серо-белый
RAL9003 ярко-белый	RAL9006 серебристый (металлик)	RAL 1014 бежевый	RAL 1018 желтый
RAL 5002 ультрамарин	RAL 3009 коррида	RAL 3005 темное вино	RAL 3003 рубин
RAL 5005 синий	RAL 5021 морская волна	RAL 5024 пастельно-синий	RAL 6002 зеленая листва
RAL 8017 шоколад	RAL 7005 темно-серый	RAL 7004 светло-серый	RAL 6005 зеленый мох

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 2. Структура листа с лакокрасочным  полимерным покрытием:

1 - Полимерное покрытие 
2 - Грунт 
3 - Пассивирующий слой 
4 - Цинковое покрытие 
5 - Стальной лист  
6 - Лакокрасочное покрытие

Основные характеристики покрытия "Полиэстр":

• толщина покрытия 25мкм;
• высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению;
• высокая коррозийная стойкость;
• минимальный радиус изгиба - 3T;
• недостаточно высокая стойкость к механическим повреждениям;
• ограниченный набор цветов;
• отсутствует защитная пленка.

 

 

 

 

Сравнительные характеристики полимерных покрытий:

Свойства покрытий	Полиэстер	Матовый Полиэстер	Пластизоль	Пурал	PVDF (PVF 2)
Толщина мкм	25	35	200	50	27
Коррозионная стойкость	хорошая	хорошая	низкая	хорошая	отличная
Стойкость к атмосферным воздействиям	хорошая	хорошая	отличная	отличная	хорошая
Устойчивость к ультрафиолетовому  излучению	удовл.	хорошая	удовл.	хорошая	отличная
Устойчивость к механическим повреждениям	средняя	удовл.	отличная	хорошая	хорошая
Сохранность внешнего вида	средняя	удовл.	удовл.	хорошая	отличная
Коррозионная стойкость   - Соляной тест, часов   - Водяной тест, не менее, часов	500   1000	500   1000	1000   1000	1000 1000	1000   1000
Макс. допускаемая температура  °С	120	120	60	120	120
Мин. допускаемая темп. обработки °С	-10	-10	+10	-15	-10
Мин. радиус изгиба (формуемость) *	3 х t (низкая)	4 х t (низкая)	0 x t (хорошая)	1 x t (хорошая)	1 x t (хорошая)

Технология.

Схема технологии производства листа с полимерными покрытиями.

На рисунке 3 показана схема непрерывной линии изготовленной фирмой Саймон-Уолдрен для покрытия полимерными материалами полосовой стали в рулонах диаметром до 1850мм и весом до 10 тонн. Широко использовалась в США начиная с 1964 г. В городе Магнитогорске агрегат был запущен в 2004, выпущен фирмой Voest- Alphine (Австрия), производственной мощностью 200тыс. тонн в год.

 

Рис 3. Линия фирмы Саймон-Уолдрон для непрерывного покрытия полосы в рулонах:

1 – загрузочная площадка; 2 – поворотное размоточное устройства коромыслового типа; 3- подающие ролики; 4 ножницы для обрезки концов; 5 – сварочная или сшивная машина для присоединения концов рулонов; 6 – устройство для обработки кромок полосы; 7 тянущие барабаны; 8 - входное петлевое устройство; 9 – агрегат для подготовки поверхности металла к покрытию; 10 -  комплект щеток; 11 – стационарные отжимные ролики ; 12 – откидывающиеся отжимные ролик; 13 – сушильное устройство; 14 – натяжные барабаны для нанесения грунтового слоя; 15 – устройство для нанесения покрытия; 16 – площадка обслуживания; 17 – печи для сушки покрытого металла; 18 – устройство для воздушного охлаждения; 19 – устройство водяного охлаждения; 20 – устройство для накатывания пленки;  21 – выходное плетевое устройство; 22 – правильная машина; 23 – ножницы для резки полосы на заданные длины; 24 – центрирующее и направляющее устройство; 25 - намоточное устройство.

 

 

 

Технология производства листа с полимерными покрытиями.

Технология нанесения полимерного покрытия заключается в химической подготовке полосы, нанесении краски на полосу, термообработке полосы для полимеризации (закрепления) краски. Задача заключается в равномерном нанесении покрытия в течение короткого процесса, получении однородной поверхности и требуемой толщины покрытия.

Окраска рулонной стали производится на автоматизированных линиях валковым методом. Для окрашивания проката применяются эмали различных фирм. С помощью метода горячего каширования возможно нанесение защитной пленки в целях сохранения декоративного покрытия.

Выбор подката напрямую влияет на свойства при обработке и коррозионную устойчивость продукции с полимерным покрытием. Для хорошей коррозионной устойчивости лучшим выбором является более толстый слой цинкового покрытия. С другой стороны, если основным требованием к металлу является возможность глубокой профилировки без появления ломкости, лучше использовать тонкое и эластичное цинковое покрытие, устойчивое к появлению трещин.

Обработка поверхности, производимая в начале технологического цикла  перед нанесением слоя полимерного покрытия, обеспечивает хорошую адгезию между слоем грунта и металлическим основанием.

Грунт наносится в основном для  увеличения сцепления полимерного  покрытия и основания, а также  для улучшения эластичности и  коррозионную устойчивость. Полимерное покрытие лицевой стороны и самоклеящаяся пленка, в случае ее использования, обеспечивают необходимые характеристики поверхности, такие как вид поверхности (цвет, текстура, блеск, внешний вид), прочность и устойчивость к истиранию и ультрафиолетовому излучению. В зависимости от предъявляемых требований возможно нанесение только грунта или грунта с полимерным покрытием на одну или обе стороны листа.

Есть два основных непрерывных  способа нанесения покрытий: валковый (жидкие покрытия) и электростатический (порошковые краски). В следующих частях главы эти технологии будут рассмотрены более подробно.

Валковый способ нанесения покрытий.

Валковый способ применяют в промышленности для непрерывного нанесения лакокрасочных материалов на листовую сталь, металлическую ленту, фанеру, картон и бумагу. Сущность валкового способа нанесения заключается в распределении материала между валками и переносе определенной части материала на движущееся изделие.

Для этих целей применяют двух- и трехвалковые машины прямой и обратной ротации, которые различаются лишь направлением вращения наносящего материал валка относительно перемещения изделия. Преимуществом трехвалковой машины перед двухвалковой является возможность контроля величины зазора между валками или скорости валков и изделия, что позволяет регулировать толщину получаемого покрытия.

Настройка трехвалковой машины производится быстро и точно за счет обособленного расположения регулирующего валка.

Нанесение материала валковым способом обеспечивается вращением валка, нижняя часть которого погружена в ванну с материалом, последний захватывается поверхностью валка и через систему других валков переносится на изделие (рис. 4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Схема трехвалковой машины для нанесения лакокрасочного материала:

1 — регулирующий валок; 2 — питающий валок; 3 — рабочий валок; 4 — изделие; 5 — опорный валок; 6 — ванна с материалом.

 

Вначале материал проходит через первый зазор и делится между валками 2 и 1. Затем оставшийся слой материала на валке 2 соединяется с материалом, находящимся на валке 4, и проходит второй зазор, разделяясь между валками 2 и 3. После этого валок 3 передает материал к зазору между движущимся изделием и валком 5, и материал вновь делится, оставаясь на изделии и частично на валке 5.

Толщина слоя лакокрасочного материала на изделии определяется количеством материала, прошедшего через первый зазор, соотношением скоростей валков и изделия и характером деления слоя материала после прохождения зазоров.

Если толщину слоя в конце зазора питающего и регулирующего валке обозначить h_o, то количество лакокрасочного материала Q, прошедшего в единицу времени через зазор и приходящегося на единицу ширины валка, будет равно:

Q = h_o V_ср

где V_ср — полусумма окружных скоростей питающего V_n и регулирующего V_р

валков, здесь V_ср= (V_n+V_р)l2.

Поскольку h_o является функцией высоты зазора между питающим и регулирующим валками, то наиболее простым случаем регулирования толщины слоя является изменение расстояния между ними.

 

Для нанесения валковым способом используются материалы, легко передаваемые валками: грунтовки и эмали на основе алкидных, акриловых и эпоксидных олигомеров.

Основным дефектом покрытий при нанесении материала валковым способом является неравномерность слоя по толщине, что обусловлено большими давлениями, возникающими в слое материала, проходящего через зазор валка и изделия.

Нанесение жидких покрытий методом coil coating.

Coil Coating является современным методом проведения окрасочных работ, когда  нанесение лакокрасочных покрытий происходит в поточных автоматизированных линиях. В этом процессе металлические листы (ленты) рулонного проката подвергаются специальной обработке и последующему нанесению лакокрасочных материалов (ЛКМ) с помощью валковых машин.

Предварительная окраска листового металла позволяет снизить общую стоимость продукции на 20-30 %.

Процесс является экономичным за счет:

1. Исключения операции смазки и расконсервирования металлических рулонов;  
2. Исключение потерь ЛКМ и органических растворителей;  
3. Высокой производительности установки койл-коутинга.

Технология окраски рулонного  металла непрерывным способом («койл-коатинг») появилась почти 60 лет назад в  США. За последние 30 лет эта технология получила широкую популярность. Порошковое окрашивание, несомненно, занимает основную нишу в окраске разнообразных материалов, но для профилированных изделий из металла конкуренцию с койл-коутингом этот метод не выдерживает.

 

Технологический процесс окраски  рулонного металлопроката представлен  следующими этапами:

1. Подготовка поверхности перед окраской  
- двойное обезжиривание поверхности листа в специальных ваннах с применением вращающихся щеток, с последующей двойной промывкой чистой водой распылением форсунками; 
- пассивация поверхности листа специальным хроматирующим раствором с последующей сушкой горячим воздухом

2. Окраска листа 
- нанесение грунтовки валковым методом (цель: достижение адгезии); 
- сушка грунтовочного слоя в сушильных печах по зонам при заданных температурах; 
- нанесение эмали, метод нанесения - валковый (окрасочными валами); 
- сушка эмали в сушильных печах по зонам при заданных температурах; 
- намотка окрашенного листа в рулоны.