RU2457044C1 - Method for application of polymer coating by air spraying - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to application of lacquer, greasy and other polymer coatings by air spraying. Proposed method consists in affecting coating polymer material by compressed air flow. Said compressed air includes volatile solvent. Compressed air flow is forced through the same solvent prior to feed onto polymer material. Said solvent is kept heated at temperature 10-30°C lower than its boiling point during application.

EFFECT: higher quality of application.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии нанесения лакокрасочных, твердых смазочных и других полимерных покрытий путем пневматического распыления и направлено на повышение качества наносимых покрытий.The invention relates to the field of technology for applying coatings, solid lubricants and other polymer coatings by pneumatic spraying and is aimed at improving the quality of the applied coatings.

Известен способ нанесения лаков и красок методом распыления (см. Ремонт речных судов: Справочник / Ю.К.Аристов, Ф.Ф.Бенуа, А.А.Вышеславцев и др., под ред. А.Ф.Видецкого. - М.: Транспорт, 1988. - С.231-237; Лакокрасочные покрытия. Технология и оборудование: Справочное изд. / А.М.Елисаветинский, В.Н.Ратников, В.Г.Дорошенко и др., под ред. А.М.Елисаветинского. - М.: Химия, 1992. - С.150-151, С.256-270), осуществляемый за счет высокого гидравлического давления, оказываемого на жидкий лакокрасочный материал (ЛКМ), и вытеснения последнего через отверстие специального сопла. При выходе ЛКМ из сопла в атмосферу возникают завихрения, приводящие к образованию облака аэрозоля, капли которого движутся в направлении окрашиваемой поверхности и, сталкиваясь с ней, формируют покрытие.A known method of applying varnishes and paints by spraying (see Repair of river vessels: Reference / Yu.K. Aristov, F.F. Benois, A.A. Vysheslavtsev and others, under the editorship of A.F. Videtsky. - M. : Transport, 1988. - P.231-237; Varnish-and-paint coatings. Technology and equipment: Reference book / A.M. Elisavetinsky, V.N. Ratnikov, V.G. Doroshenko, etc., under the editorship of A.M. Elisavetinsky. - M .: Chemistry, 1992. - S.150-151, S.256-270), carried out due to the high hydraulic pressure exerted on the liquid paint material (LKM), and displacement of the latter through the opening of a special nozzle. When the paintwork is released from the nozzle into the atmosphere, vortices arise, leading to the formation of an aerosol cloud, the droplets of which move in the direction of the surface to be painted and, colliding with it, form a coating.

К недостаткам известного способа относится невысокое качество получаемых покрытий, так как из-за перемешивания с атмосферным воздухом и интенсивного испарения растворителя капли аэрозоля имеют различные вязкость и размер, в результате чего на окрашиваемой поверхности образуются подтеки. В свою очередь из-за возможности засорения сопла способ не может быть использован для нанесения материалов, содержащих сравнительно грубые, выпадающие в осадок частицы пигментов и наполнителей, например, графита или дисульфида молибдена в твердых смазочных покрытиях.The disadvantages of this method include the low quality of the resulting coatings, since due to mixing with atmospheric air and intense evaporation of the solvent, aerosol droplets have different viscosity and size, as a result of which smudges form on the surface to be painted. In turn, due to the possibility of clogging of the nozzle, the method cannot be used for applying materials containing relatively coarse, precipitated particles of pigments and fillers, for example, graphite or molybdenum disulfide in solid lubricating coatings.

Известен способ (см. патент SU 1769971, МПК B05D 1/02, опубл. 23.10.1992), в котором концентрично факелу распыления краски подается кольцевой газовый поток из охлажденного диоксида углерода с образованием защитного газового колокола. Для предотвращения отрицательного влияния переохлаждения свеженанесенного слоя ЛКМ на качество покрытия защитный газовый колокол в нижней части вдоль окрашиваемой поверхности обдувается подогретым воздухом. Формирование газового колокола из охлажденного диоксида углерода позволяет существенно снизить турбулентные завихрения и испарение растворителя.A known method (see patent SU 1769971, IPC B05D 1/02, publ. 23.10.1992), in which the annular gas stream from the cooled carbon dioxide is formed concentrically to the spray spray with the formation of a protective gas bell. To prevent the negative effect of the supercooling of a freshly applied coat of paint and varnish on the coating quality, the protective gas bell in the lower part is blown with heated air along the surface to be painted. The formation of a gas bell from chilled carbon dioxide can significantly reduce turbulent turbulence and evaporation of the solvent.

Недостатком известного способа является то, что при обдуве подогретым воздухом нижней части колокола охлажденные частицы ЛКМ попадают в зону повышенной температуры, и на них происходит конденсация влаги.The disadvantage of this method is that when blowing with heated air the lower part of the bell, the cooled particles of paint and varnish fall into the zone of elevated temperature, and moisture condensation occurs on them.

Известен способ (патент RU 2177839, МПК B05D 1/02, опубл. 10.01.2002), в котором предлагается концентрично факелу распыления краски подавать кольцевой газовый поток из охлажденного диоксида углерода с образованием защитного колокола, а вредное влияние образования конденсата влаги на частицах ЛКМ и покрываемой поверхности - компенсировать пассивирующим действием летучего ингибитора атмосферной коррозии, вводимого или в поток диоксида углерода, или в поток подогретого воздуха, обдувающего защитный колокол.The known method (patent RU 2177839, IPC B05D 1/02, publ. 10.01.2002), which proposes concentrically to the spray spray paint to apply an annular gas stream of chilled carbon dioxide with the formation of a protective bell, and the harmful effect of moisture condensation on the particles of coatings and the surface to be covered - to compensate for the passivating effect of the volatile atmospheric corrosion inhibitor introduced either into the stream of carbon dioxide or into the stream of heated air blowing through the protective bell.

Недостатки известного способа состоят в сложности установки для его реализации и в том, что введение ингибиторов коррозии не снижает количество конденсата влаги в покрытии, а лишь предотвращает коррозию покрываемой поверхности.The disadvantages of this method are the complexity of the installation for its implementation and the fact that the introduction of corrosion inhibitors does not reduce the amount of moisture condensate in the coating, but only prevents corrosion of the coated surface.

Из известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом, выбранным за прототип предлагаемого решения, является способ с пневматическим распылением, описанный в книге авторов А.М.Елисаветинского, В.Н.Ратникова, В.Г.Дорошенко и др. Лакокрасочные покрытия. Технология и оборудование. - М.: Химия, 1992. - С.145-149, 223-256.Of the known solutions, the closest in technical essence and the achieved result analogue, selected for the prototype of the proposed solution, is a method with pneumatic spraying described in the book of the authors A.M. Elisavetinsky, V.N. Ratnikov, V.G. Doroshenko and others. Paintwork coverings. Technology and equipment. - M .: Chemistry, 1992. - S.145-149, 223-256.

Указанный способ заключается в нанесении покрытия путем воздействия потока сжатого воздуха, вытекающего с большой скоростью из кольцевого зазора воздушной головки распылителя, на струю распыляемого материала, поступающего из отверстия, размещенного внутри головки материального сопла и имеющего незначительную скорость. При этом ЛКМ измельчается сжатым воздухом, в результате чего образуется окрасочный факел, состоящий из движущихся по направлению к окрашиваемому изделию частиц размером 5-100 мкм, которые, осаждаясь на изделии, формируют на его поверхности покрытие.The specified method consists in applying a coating by applying a stream of compressed air flowing out at a high speed from the annular gap of the atomizer head to a spray of material coming from a hole located inside the head of the material nozzle and having a low speed. In this case, the paintwork is crushed with compressed air, resulting in the formation of a spray torch, consisting of particles moving in the direction of the painted product with a size of 5-100 μm, which, deposited on the product, form a coating on its surface.

Недостатком указанного способа является то, что при переносе распыляемого материала происходит испарение растворителя, входящего в его состав, и соответственно увеличение вязкости последнего. При этом на поверхности изделия вдоль траектории движения капель аэрозоля образуются «нити» из наносимого материала, заметно снижающие качество покрытия.The disadvantage of this method is that during the transfer of the sprayed material, evaporation of the solvent included in its composition, and accordingly an increase in the viscosity of the latter, occurs. Moreover, on the surface of the product along the trajectory of aerosol droplets, "threads" are formed from the applied material, which noticeably reduce the quality of the coating.

Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в повышении качества покрытия.The inventive method allows to obtain a new technical result compared to the prototype, which consists in improving the quality of the coating.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе нанесения полимерных покрытий пневматическим распылением (основанном, так же как и прототип, на воздействии потока сжатого воздуха на полимерный материал, формирующий покрытие и включающий в свой состав легкоиспаряющийся растворитель), в отличие от прототипа поток сжатого воздуха перед воздействием на полимерный материал пропускают через растворитель того же типа, что и входящий в состав материала, при этом в течение процесса нанесения покрытия растворитель поддерживают в нагретом состоянии при температуре на 10-30°С ниже температуры его кипения.To achieve the technical result, the following set of essential features is used: in the method of applying polymer coatings by pneumatic spraying (based, like the prototype, on the effect of a stream of compressed air on a polymer material that forms a coating and incorporates an easily evaporating solvent), in contrast to prior to exposure to the polymeric material, a stream of compressed air is passed through a solvent of the same type as that contained in the material, while During the coating process, the solvent is maintained in a heated state at a temperature of 10-30 ° C below its boiling point.

Сущность способа заключается в том, что в заявляемом решении в отличие от прототипа при осаждении материала на покрываемую поверхность в нем сохраняется исходная концентрация входящего в его состав растворителя, что в конечном результате препятствует увеличению вязкости материала и образованию на поверхности «нитей». Это достигается за счет того, что в распыляемый материал при воздействии на него сжатого воздуха поступает дополнительная порция растворителя в парообразном состоянии, компенсирующая потери растворителя при распылении и переносе материала.The essence of the method lies in the fact that in the claimed solution, in contrast to the prototype, when the material is deposited on the surface to be coated, it retains the initial concentration of the solvent contained in it, which ultimately prevents the increase in the viscosity of the material and the formation of "threads" on the surface. This is achieved due to the fact that an additional portion of the solvent in the vapor state enters the sprayed material when it is exposed to compressed air, which compensates for the loss of solvent during spraying and transfer of the material.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - повышение качества покрытия, наносимого пневматическим распылением, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed method and the prototype showed that the task is to improve the quality of the coating applied by pneumatic spraying, is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the invention with the patentability criterion of "novelty".

В свою очередь проведенный информационный поиск в области технологии нанесения материалов на поверхности изделий не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».In turn, the information search carried out in the field of technology for applying materials on the surface of products did not reveal solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "inventive step".

Сущность указанного способа поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлено устройство, реализующее указанный способ.The essence of this method is illustrated by the drawing (figure 1), which shows a device that implements the specified method.

Изображенное на чертеже устройство представляет собой распылитель 1, содержащий съемную емкость 2 с распыляемой суспензией. Распылитель также снабжен резервуаром 3, выполненным, например, в виде цилиндра, установленного вертикально на опорах 4 и герметично закрытого сверху резьбовой крышкой 5. Резервуар 3 заполняется растворителем, подогрев которого осуществляется нагревателем 6, размещенным в нижней части цилиндра. К резервуару 3 через входной патрубок 7 подсоединена гибкая трубка 8, снабженная запорным краном 9, по которой поступает сжатый воздух от компрессора или магистрали сжатого воздуха. Резервуар 3 соединен с распылителем 1 через патрубок 10 с помощью гибкого шланга 11.The device shown in the drawing is a spray gun 1 comprising a removable container 2 with a spray suspension. The sprayer is also equipped with a tank 3, made, for example, in the form of a cylinder mounted vertically on the supports 4 and hermetically sealed on top with a threaded cap 5. The tank 3 is filled with a solvent, the heating of which is carried out by a heater 6 located in the lower part of the cylinder. A flexible tube 8 is connected to the tank 3 through the inlet pipe 7, equipped with a shut-off valve 9, through which compressed air is supplied from the compressor or compressed air line. The tank 3 is connected to the sprayer 1 through the pipe 10 using a flexible hose 11.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Нанесение покрытия происходит путем воздействия потока сжатого воздуха, вытекающего с большой скоростью из кольцевого зазора воздушной головки распылителя, на струю распыляемого материала, поступающего из отверстия размещенного внутри головки материального сопла. В состав материала покрытия входит легкоиспаряющийся растворитель, для сохранения исходного содержания которого при осаждении материала на поверхность поток сжатого воздуха до подачи его в распылитель пропускают через резервуар с подогретым растворителем того же типа, что и входящий в состав полимера. При этом температура нагрева растворителя не доходит до точки его кипения на 10-30°С. Как показали лабораторные испытания, в указанном диапазоне температур происходит только поверхностное парообразование растворителя со скоростью испарения, обеспечивающей необходимый процент его содержания в смеси со сжатым воздухом. Последнее обстоятельство, в свою очередь, позволяет сохранить при осаждении материала на поверхность исходное оптимальное соотношение растворителя и полимера, выбранное с учетом формирования высококачественного покрытия.The proposed method is as follows. Coating occurs by the action of a stream of compressed air flowing out at a high speed from the annular gap of the atomizer’s air head onto the stream of sprayed material coming from an opening located inside the head of the material nozzle. The composition of the coating material includes a volatile solvent, to preserve the initial content of which, when the material is deposited on the surface, a stream of compressed air is passed through a reservoir with a heated solvent of the same type as the polymer component before it is fed to the sprayer. In this case, the heating temperature of the solvent does not reach the boiling point of 10-30 ° C. As laboratory tests have shown, in the indicated temperature range only surface evaporation of the solvent occurs with an evaporation rate that provides the necessary percentage of its content in the mixture with compressed air. The latter circumstance, in turn, makes it possible to preserve the initial optimal solvent-polymer ratio, selected taking into account the formation of a high-quality coating, when the material is deposited on the surface.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

Нанесение полимерного покрытия на поверхность изделия проводилось специалистами ООО «ВМПАВТО» в лабораторных условиях. Покрытие наносилось на поверхность поршня ДВС, юбку которого предварительно подвергли пескоструйной обработке. В качестве полимерного материала использовался состав для нанесения твердого смазочного материала, состоящий из раствора полимерного связующего (фенолформальдегидной смолы) в этиловом спирте и высокодисперсного порошка антифрикционного материала.The polymer coating on the surface of the product was carried out by the specialists of VMPAVTO LLC in laboratory conditions. The coating was applied to the surface of the internal combustion engine piston, the skirt of which was previously sandblasted. As a polymeric material, a composition for applying a solid lubricant consisting of a solution of a polymeric binder (phenol-formaldehyde resin) in ethanol and a highly dispersed powder of antifriction material was used.

Перед нанесением покрытия полимерное связующее растворили в этиловом спирте и добавили порошок антифрикционного вещества. Полученную смесь тщательно перемешали и залили в емкость 2 распылителя 1. Резервуар 3 заполнили растворителем - этиловым спиртом. До начала технологического процесса трубку 8 подсоединили к компрессору, предварительно перекрыв кран 9, затем подсоединили шланг 11 к распылителю 1. Электронагревателем 6 довели температуру нагрева этилового спирта до 60°С, что на 18°С ниже температуры его кипения. После достижения заданной температуры растворителя открыли кран 9. Сопло 14 распылителя направили на юбку поршня 12, установленного на вращающейся площадке 13, и нажали пусковой крючок 15, при этом сжатый воздух, пройдя через нагретый растворитель и образуя смесь с его парами, через патрубок 10 по гибкому шлангу 11 поступил к распылителю. В результате образовался поток, состоящий из движущихся по направлению к окрашиваемому изделию частиц, которые, осаждаясь на изделии, сформировали на его поверхности покрытие. После нанесения покрытия кран 9 закрыли, отключили электронагреватель 6, с помощью распылителя стравили избыточное давление в резервуаре 3. Отсоединили трубку 8 от компрессора.Before coating, the polymer binder was dissolved in ethanol and an antifriction powder was added. The resulting mixture was thoroughly mixed and poured into a container 2 of the atomizer 1. The tank 3 was filled with a solvent - ethanol. Prior to the start of the technological process, the tube 8 was connected to the compressor, having previously shut off the valve 9, then the hose 11 was connected to the atomizer 1. The heating temperature of ethanol was brought to 60 ° C, which was 18 ° C lower than its boiling point. After reaching the set temperature of the solvent, the valve 9 was opened. The nozzle 14 of the atomizer was directed to the skirt of the piston 12 mounted on the rotating platform 13, and the trigger 15 was pressed, while compressed air passing through the heated solvent and forming a mixture with its vapors through the pipe 10 flexible hose 11 entered the sprayer. As a result, a flow was formed consisting of particles moving towards the product to be painted, which, deposited on the product, formed a coating on its surface. After coating, the valve 9 was closed, the heater 6 was turned off, and the overpressure in the tank 3 was vented using a spray gun. The tube 8 was disconnected from the compressor.

Как показал осмотр юбки поршня, нанесенное полимерное покрытие имело ровный блестящий цвет, на поверхности отсутствовали видимые сгустки, подтеки полимерного связующего и конгломераты частиц твердой фазы, толщина покрытия составила 15 мкм по всей поверхности, что вместе свидетельствовало о высоком качестве покрытия. После термостабилизации в печи полученное покрытие приобрело высокую адгезию к поверхности поршня.As shown by the inspection of the piston skirt, the applied polymer coating had an even shiny color, there were no visible clots, smudges of the polymer binder and conglomerates of solid particles on the surface, the coating thickness was 15 μm over the entire surface, which together testified to the high quality of the coating. After thermal stabilization in the furnace, the resulting coating acquired high adhesion to the piston surface.

Изложенное выше позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «промышленная применимость».The above allows us to conclude that the method meets the criterion of "industrial applicability".

Claims (1)

Способ нанесения полимерных покрытий пневматическим распылением, основанный на воздействии потока сжатого воздуха на полимерный материал, формирующий покрытие и включающий в свой состав легкоиспаряющийся растворитель, отличающийся тем, что поток сжатого воздуха перед воздействием на полимерный материал пропускают через растворитель того же типа, что и входящий в состав материала, при этом растворитель в течение процесса нанесения покрытия поддерживают в нагретом состоянии при температуре на 10-30°С ниже температуры его кипения. A method of applying polymer coatings by pneumatic spraying, based on the action of a stream of compressed air on a polymer material, forming a coating and comprising an easily volatile solvent, characterized in that the stream of compressed air is passed through a solvent of the same type as the input the composition of the material, while the solvent during the coating process is maintained in a heated state at a temperature of 10-30 ° C below its boiling point.