Powłoka z tworzywa sztucznego do metalu

Powłoka z tworzywa sztucznego do obróbki metalu polega na nałożeniu warstwy tworzywa sztucznego na powierzchnię części metalowych, co pozwala im zachować oryginalne właściwości metalu, zapewniając jednocześnie pewne właściwości tworzywa sztucznego, takie jak odporność na korozję, odporność na zużycie, izolacja elektryczna i samodzielność -smarowanie. Proces ten ma ogromne znaczenie w poszerzaniu zakresu zastosowań wyrobów i podnoszeniu ich wartości ekonomicznej.

Metody powlekania plastycznego metali

Istnieje wiele metod powlekania tworzyw sztucznych, w tym natryskiwanie płomieniowe, łóżko wodne natryskiwanie, elektrostatyczne natryskiwanie proszkowe, powlekanie topliwe i powlekanie zawiesinowe. Istnieje również wiele rodzajów tworzyw sztucznych, które można zastosować do powlekania, np PVC, PE i PA są najczęściej używane. Tworzywo sztuczne stosowane do powlekania musi mieć postać proszku o uziarnieniu 80–120 mesh.

Po malowaniu najlepiej szybko schłodzić detal poprzez zanurzenie go w zimnej wodzie. Szybkie chłodzenie może zmniejszyć krystaliczność powłoki z tworzywa sztucznego, zwiększyć zawartość wody, poprawić wytrzymałość i jasność powierzchni powłoki, zwiększyć przyczepność i przezwyciężyć odwarstwienie powłoki spowodowane naprężeniami wewnętrznymi.

Aby poprawić przyczepność powłoki do metalu rodzimego, powierzchnia przedmiotu obrabianego powinna przed malowaniem być odpylona i sucha, pozbawiona rdzy i tłuszczu. W większości przypadków przedmiot obrabiany musi zostać poddany obróbce powierzchniowej. Metody obróbki obejmują piaskowanie, obróbkę chemiczną i inne metody mechaniczne. Wśród nich lepsze efekty daje piaskowanie, które szorstkuje powierzchnię przedmiotu obrabianego, zwiększając powierzchnię i tworząc haczyki, poprawiając w ten sposób przyczepność. Po piaskowaniu powierzchnię przedmiotu obrabianego należy przedmuchać czystym sprężonym powietrzem w celu usunięcia kurzu, a tworzywo należy w ciągu 6 godzin pokryć powłoką, w przeciwnym razie powierzchnia ulegnie utlenieniu, co wpłynie na przyczepność powłoki.

Korzyść

Bezpośrednie powlekanie proszkowym tworzywem sztucznym ma następujące zalety:

• Można go stosować z żywicami dostępnymi wyłącznie w postaci proszku.
• Grubą powłokę można uzyskać już po jednej aplikacji.
• Można dobrze powlekać produkty o skomplikowanych kształtach lub ostrych krawędziach.
• Większość sproszkowanych tworzyw sztucznych ma doskonałą stabilność podczas przechowywania. 
• Nie są wymagane żadne rozpuszczalniki, dzięki czemu proces przygotowania materiału jest prosty. Jednakże malowanie proszkowe ma również pewne wady lub ograniczenia. Na przykład, jeśli przedmiot obrabiany wymaga wstępnego podgrzania, jego rozmiar będzie ograniczony. Ponieważ proces powlekania jest czasochłonny, w przypadku detali o dużych rozmiarach, podczas gdy natryskiwanie nie zostało jeszcze zakończone, niektóre obszary zostały już schłodzone poniżej wymaganej temperatury. Podczas procesu powlekania proszkowego tworzyw sztucznych utrata proszku może sięgać nawet 60%, dlatego należy go zebrać i ponownie wykorzystać, aby spełnić wymagania ekonomiczne.

Rozpylanie płomieniowe 

Powlekanie metalu metodą natryskiwania płomieniowego polega na stopieniu lub częściowym stopieniu sproszkowanego lub pastowatego tworzywa sztucznego za pomocą płomienia emitowanego z pistoletu natryskowego, a następnie natryskiwaniu stopionego tworzywa sztucznego na powierzchnię przedmiotu w celu utworzenia powłoki z tworzywa sztucznego. Grubość powłoki wynosi zwykle od 0.1 do 0.7 mm. W przypadku stosowania sproszkowanego tworzywa sztucznego do natryskiwania płomieniowego, przedmiot obrabiany należy wstępnie podgrzać. Podgrzewanie można przeprowadzić w piekarniku, a temperatura podgrzewania jest różnaepezależności od rodzaju natryskiwanego tworzywa sztucznego.

Temperatura płomienia podczas natryskiwania musi być ściśle kontrolowana, gdyż zbyt wysoka może spalić lub uszkodzić tworzywo sztuczne, natomiast zbyt niska może wpłynąć na przyczepność. Generalnie temperatura jest najwyższa podczas natryskiwania pierwszej warstwy tworzywa sztucznego, co może poprawić przyczepność pomiędzy metalem i tworzywem sztucznym. W miarę natryskiwania kolejnych warstw temperaturę można nieznacznie obniżyć. Odległość pistoletu natryskowego od obrabianego przedmiotu powinna wynosić od 100 do 200 cm. W przypadku płaskich detali należy je ułożyć poziomo i przesuwać pistolet natryskowy tam i z powrotem; w przypadku detali o średnicy cylindrycznej lub z otworem wewnętrznym należy je montować na tokarce w celu natryskiwania rotacyjnego. Prędkość liniowa obracającego się przedmiotu obrabianego powinna wynosić od 20 do 60 m/min. Po uzyskaniu wymaganej grubości powłoki należy przerwać natryskiwanie i kontynuować obrót przedmiotu obrabianego do czasu zestalenia się stopionego tworzywa, a następnie szybko je schłodzić.

Chociaż natryskiwanie płomieniowe ma stosunkowo niską wydajność produkcyjną i wymaga użycia drażniących gazów, nadal jest ważną metodą przetwarzania w przemyśle ze względu na niskie inwestycje w sprzęt i skuteczność w powlekaniu wnętrz zbiorników, kontenerów i dużych detali w porównaniu z innymi metodami .

Powłoka z tworzywa sztucznego zanurzana w złożu fluidalnym

Zasada działania powłoki plastycznej do metalu w złożu fluidalnym jest następująca: proszek do powlekania tworzywem sztucznym umieszcza się w cylindrycznym pojemniku z porowatą przegrodą na górze, która przepuszcza tylko powietrze, a nie proszek. Kiedy sprężone powietrze dostaje się od dna pojemnika, wydmuchuje proszek i zawiesza go w pojemniku. Jeśli zanurzy się w nim wstępnie podgrzany przedmiot obrabiany, proszek żywicy stopi się i przylgnie do przedmiotu obrabianego, tworząc powłokę.

Grubość powłoki otrzymanej w złożu fluidalnym depezależy od temperatury, ciepła właściwego, współczynnika powierzchni, czasu natryskiwania i rodzaju tworzywa sztucznego użytego, gdy przedmiot obrabiany wchodzi do komory fluidalnej. Jednakże w procesie można kontrolować jedynie temperaturę i czas natryskiwania przedmiotu obrabianego i należy je określić na podstawie eksperymentów produkcyjnych.

Podczas zanurzania wymagane jest, aby proszek tworzywa płynął płynnie i równomiernie, bez aglomeracji, wirów i nadmiernego rozproszenia cząstek tworzywa. Aby spełnić te wymagania, należy podjąć odpowiednie środki. Dodanie urządzenia mieszającego może zmniejszyć aglomerację i przepływ wirowy, natomiast dodanie niewielkiej ilości talku do proszku z tworzywa sztucznego jest korzystne dla fluidyzacji, ale może mieć wpływ na jakość powłoki. Aby zapobiec dyspersji cząstek tworzywa sztucznego, należy ściśle kontrolować natężenie przepływu powietrza i jednorodność cząstek proszku tworzywa sztucznego. Jednakże pewna dyspersja jest nieunikniona, dlatego w górnej części złoża fluidalnego należy zainstalować urządzenie do odzyskiwania.

Zaletami powlekania tworzywem sztucznym metodą zanurzeniową w złożu fluidalnym jest możliwość powlekania detali o skomplikowanych kształtach, wysoka jakość powłoki, uzyskanie grubszej powłoki w jednej aplikacji, minimalna utrata żywicy i czyste środowisko pracy. Wadą jest trudność obróbki dużych przedmiotów.

Powłoka z tworzywa sztucznego natryskiwana elektrostatycznie na metal

Podczas natryskiwania elektrostatycznego proszek powłokowy z żywicy jest mocowany do powierzchni przedmiotu obrabianego za pomocą siły elektrostatycznej, a nie poprzez topienie lub spiekanie. Zasadą jest wykorzystanie pola elektrostatycznego utworzonego przez generator elektrostatyczny wysokiego napięcia do ładowania proszku żywicy natryskiwanego z pistoletu natryskowego elektrycznością statyczną, a uziemiony przedmiot staje się elektrodą dodatnią wysokiego napięcia. Dzięki temu na powierzchni przedmiotu obrabianego szybko osadza się warstwa jednolitego proszku z tworzywa sztucznego. Zanim ładunek się rozproszy, warstwa proszku mocno przylega. Po podgrzaniu i ochłodzeniu można uzyskać jednolitą powłokę z tworzywa sztucznego.

Elektrostatyczne natryskiwanie proszkowe zostało opracowane w połowie lat 1960. XX wieku i jest łatwe do zautomatyzowania. Jeśli powłoka nie musi być gruba, natrysk elektrostatyczny nie wymaga wstępnego podgrzewania detalu, dzięki czemu można go stosować do materiałów wrażliwych na ciepło lub detali, które nie nadają się do ogrzewania. Nie wymaga także dużego pojemnika do przechowywania, co jest niezbędne przy natryskiwaniu w złożu fluidalnym. Proszek omijający obrabiany przedmiot jest przyciągany do tyłu obrabianego przedmiotu, dzięki czemu ilość nadmiernego natrysku jest znacznie mniejsza niż w przypadku innych metod natryskiwania, a cały obrabiany przedmiot można pokryć metodą natrysku jednostronnego. Jednak duże elementy nadal wymagają natryskiwania z obu stron.

Przedmioty obrabiane o różnych przekrojach mogą powodować trudności w późniejszym nagrzewaniu. Jeżeli różnica w przekroju będzie zbyt duża, grubsza część powłoki może nie osiągnąć temperatury topnienia, natomiast cieńsza część może już się stopić lub ulec degradacji. W tym przypadku ważna jest stabilność termiczna żywicy.

Komponenty z schludnymi narożnikami wewnętrznymi i głębokimi otworami nie są łatwo pokrywane przez natryskiwanie elektrostatyczne, ponieważ obszary te mają ekranowanie elektrostatyczne i repel proszek, utrudniając przedostawanie się powłoki do narożników lub otworów, chyba że można w nie włożyć pistolet natryskowy. Ponadto natryskiwanie elektrostatyczne wymaga drobniejszych cząstek, ponieważ większe cząstki są bardziej podatne na oddzielenie się od przedmiotu obrabianego, a cząstki drobniejsze niż 150 mesh są bardziej skuteczne w działaniu elektrostatycznym.

Metoda powlekania na gorąco

Zasada działania metody powlekania topliwego polega na natryskiwaniu proszku powlekającego z tworzywa sztucznego na wstępnie ogrzany przedmiot za pomocą pistoletu natryskowego. Tworzywo sztuczne topi się dzięki wykorzystaniu ciepła przedmiotu obrabianego, a po ochłodzeniu na obrabiany przedmiot można nałożyć powłokę z tworzywa sztucznego. Jeśli to konieczne, wymagana jest również obróbka po nagrzaniu.

Kluczem do kontrolowania procesu powlekania termotopliwego jest temperatura wstępnego podgrzewania przedmiotu obrabianego. Zbyt wysoka temperatura podgrzewania może spowodować poważne utlenianie powierzchni metalu, zmniejszenie przyczepności powłoki, a nawet może spowodować rozkład żywicy oraz spienienie lub odbarwienie powłoki. Gdy temperatura podgrzewania jest zbyt niska, żywica ma słabą płynność, co utrudnia uzyskanie jednolitej powłoki. Często pojedyncze natryskiwanie metodą powlekania topliwego nie pozwala na osiągnięcie pożądanej grubości, dlatego wymagane jest wielokrotne natryskiwanie. Po każdej aplikacji natryskowej konieczna jest obróbka cieplna w celu całkowitego stopienia i rozjaśnienia powłoki przed nałożeniem drugiej warstwy. Zapewnia to nie tylko jednolitą i gładką powłokę, ale także znacznie poprawia wytrzymałość mechaniczną. Zalecana temperatura obróbki cieplnej dla polietylenu o dużej gęstości wynosi około 170°C, a dla polieteru chlorowanego około 200°C, przy zalecanym czasie trwania 1 godziny.

Metoda powlekania topliwego pozwala uzyskać wysokiej jakości, estetyczne i silnie związane powłoki przy minimalnej utracie żywicy. Jest łatwy do kontrolowania, ma minimalny zapach, a zastosowany pistolet natryskowy tak.

Inne dostępne metody powlekania tworzywem sztucznym metalu

1. Natrysk: Zawiesinę napełnić zbiornik pistoletu i za pomocą sprężonego powietrza o ciśnieniu manometrycznym nie większym niż 0.1 MPa równomiernie natryskiwać powłokę na powierzchnię przedmiotu obrabianego. Aby zminimalizować utratę zawieszenia, ciśnienie powietrza powinno być utrzymywane na jak najniższym poziomie. Odległość obrabianego przedmiotu od dyszy powinna wynosić 10-20 cm, a powierzchnia natryskiwania powinna być utrzymywana prostopadle do kierunku przepływu materiału.

2. Zanurzenie: Zanurz przedmiot w zawiesinie na kilka sekund, a następnie wyjmij go. W tym momencie warstwa zawiesiny przylgnie do powierzchni przedmiotu obrabianego, a nadmiar płynu może w sposób naturalny spłynąć. Metoda ta jest odpowiednia dla detali o małych rozmiarach, które wymagają całkowitego pokrycia powierzchni zewnętrznej.

3. Szczotkowanie: Szczotkowanie polega na nałożeniu pędzla lub pędzla zawiesiny na powierzchnię przedmiotu obrabianego, tworząc powłokę. Szczotkowanie nadaje się do ogólnego powlekania miejscowego lub jednostronnego powlekania na wąskich powierzchniach. Jest ona jednak rzadko stosowana ze względu na otrzymaną mniej gładką i równą powierzchnię po wyschnięciu powłoki oraz ograniczenie grubości poszczególnych warstw powłoki.

4. Wylewanie: Wlać zawiesinę do obrotowego, pustego przedmiotu obrabianego, upewniając się, że wewnętrzna powierzchnia jest całkowicie pokryta zawiesiną. Następnie odlej nadmiar płynu tak, aby utworzyła się powłoka. Metoda ta jest odpowiednia do powlekania małych reaktorów, rurociągów, kolanek, zaworów, obudów pomp, trójników i innych podobnych elementów.