9. Окраска кузовов

9.4.2. Сушка лакокрасочного покрытия

После нанесения на окрашиваемую поверхность слоя лакокрасочного материала и специального покрытия необходимо просушить ее, чтобы получить пленку. Процесс высыхания разных лакокрасочных материалов протекает неодинаково и зависит от природы последних.

Высыхание ряда материалов сводится в основном к испарению растворителей, в результате чего образуется пленка покрытия. К таким материалам относятся нитроцеллюлозные, перхлорвиниловые и некоторые другие лаки и эмали. Высыхание других материалов представляет собой более сложный процесс, в котором различают две фазы: испарение растворителей, а затем сложные химические процессы окисления, конденсации, полимеризации, занимающие 80...90 % продолжительности сушки. К данной категории относятся материалы на основе масел и ряда синтетических смол: лаки и эмали алкид-ные, фенольно-формальдегидные, меламиноалкидные и др.

Режим сушки оказывает большое влияние на качество покрытий, особенно тех, образование которых происходит в результате удаления растворителей и сложных химических процессов (алкидные, эпоксидные, полиуретановые и др.). С повышением температуры и подвижности воздуха, ускоряющего отвод паров растворителей, эти процессы протекают значительно быстрее и полнее, что способствует увеличению адгезии, твердости, прочности, уменьшению водопоглощаемости и улучшению других свойств покрытий.

Сушка может быть естественной и искусственной. Естественную сушку применяют в основном для быстросохнущих покрытий.

В зависимости от способа передачи теплоты к окрашенной поверхности различают следующие разновидности искусственной сушки: горячим воздухом (конвекционная сушка), инфракрасным излучением (терморадиационная сушка), индукционными токами высокой и промышленной частот, УФ-из-лучением и др.

Наиболее широкое распространение при сушке окрашенных кузовов получила конвекционная и терморадиационная сушка.

При конвекционной сушке (рис. 9.38) теплота циркулирующего воздуха передается на покрытие, и процесс высыхания начинается с его поверхности. Образующаяся на поверхности тонкая пленка затрудняет дальнейшее испарение растворителей из нижних слоев покрытия.

Рис. 9.38. Схема конвекционной сушки:
1 — отвод паров растворителей; 2 — подвод теплоты; 3 — твердая пленка; 4 — слой краски; 5 — изделие

При терморадиационной сушке (рис. 9.39) сначала нагревается металлическая поверхность кузова, а затем — нанесенное на него покрытие.

Рис. 9.39. Схема терморадиационной сушки:
1 — подвод теплоты; 2 — твердая пленка; 3 — слой краски; 4 — отвод паров растворителя; 5— изделие

Пары растворителей, выходя из нижних слоев, прогревают верхние; при этом покрытие нагревается не только энергией инфракрасного излучения, но и за счет теплоты улетучивающихся растворителей. Вследствие более интенсивной передачи теплоты от источников нагрева к окрашенной поверхности и лучших условий пленкообразования за счет передачи теплоты от нижних слоев лакокрасочного покрытия к верхним терморадиационная сушка проходит в несколько раз быстрее, чем конвекционная.

В качестве источников инфракрасного излучения используют лампы накаливания, панельно-плиточные нагреватели (рис. 9.40), трубчатые электронагреватели (ТЭН) с алюминиевыми рефлекторами и без них. Ламповыми излучателями служат специальные зеркальные лампы накаливания мощностью 250 и 500 Вт, наполненные смесью аргона и азота.

Рис. 9.40. Инфракрасный нагреватель

Существуют инфракрасные сушильные установки двух видов: установки коротковолнового излучения и средневолнового.

В коротковолновых установках излучение осуществляется посредством кварцевых трубок. Они излучают волны в видимом спектре и создают красный или оранжевый свет.

В средневолновых установках излучение осуществляется посредством керамических пластин. Они излучают волны в невидимом спектре и работают, когда излучают теплоту. Рабочая температура достигается лишь по истечении нескольких минут, охлаждение тоже требует некоторого времени. Поэтому продолжительность сушки больше, чем при использовании коротковолновых установок.

Автомобиль сушат в специальной окрасочно-сушильной камере (рис. 9.41). В зависимости от вида теплоносителя камеры могут быть водяными, паровыми, электрическими и газовыми. Обогрев производится непрерывно циркулирующим подогретым воздухом.

Рис. 9.41. Схема окрасочно-сушильной камеры:
1 — угольные фильтры; 2 — вытяжной вентилятор; 3 — выход воздуха; 4 — регулирующие заслонки давления; 5 — забор воздуха; 6 — вентилятор; 7 — нагреватель; 8 — термометр; 9 — фильтр для удерживания краски; 10 — фильтровальная потолочная крышка; 11 — клапан избыточного давления

Для поддержания определенной концентрации растворителя сушильную камеру оборудуют вытяжной и рециркуляционной вентиляционными установками.

Окрасочная камера представляет собой закрытое помещение, в которое устанавливают автомобиль или панель кузова. В камере предусмотрена вертикальная (сверху вниз) циркуляция воздуха, благодаря которой отводится распыленная в воздухе краска. Нагретый до соответствующей температуры воздух сверху через фильтровальную потолочную крышку поступает в камеру. Он обтекает автомобиль или кузовную деталь и отсасывается в зоне размещения ног, а далее проходит через фильтр, удерживающий краску.

Во избежание попадания краски в атмосферу отсасываемый воздух пропускают через фильтры с активированным углем. Потолочный, нижний и фильтры с активированным углем следует заменять с определенной периодичностью (в зависимости от длительности работы окрасочной камеры).

Воздуха подается в камеру больше, чем отсасывается. Поэтому в камере создается повышенное давление, которое поддерживается на одном уровне вследствие утечки воздуха через неплотности и щели в дверном проеме. Если бы не было повышенного давления, то нефильтрованный наружный воздух мог поступать в камеру, что негативно отражалось бы на качестве лакокрасочного покрытия.

На скосах боковых стенок камеры, а по возможности — и по бокам ее, расположены светильники, обеспечивающие равномерное освещение по всему периметру камеры.

Чаще всего используются комбинированные окрасочно-сушильные камеры с сушильной камерой, расположенной сбоку. Чисто окрасочные или сушильные камеры менее производительны, поэтому их применяют при небольших объемах работ.

К конструкции окрасочно-сушильных камер предъявляются определенные требования:

стены камеры должны быть гладкими, моющимися и выполнены из огнестойкого материала; большинство камер изготавливают из профилированных стальных листов, защищенных красками или металлическими покрытиями и покрытых огнестойкими материалами, обладающими также изоляционными свойствами;
пол камеры должен быть выложен плиткой, быть цементным, гладким, окрашенным, иметь наклон не менее 0,1 % к сливному отверстию с сифоном для удаления промывочной воды;
выходные и запасные двери камеры должны быть выполнены из огнестойкого материала.

Влажность внутри камеры определяется количеством водяного пара, содержащегося в воздухе. Ее измеряют простым аппаратом — гигрометром и выражают в процентах. Очень сухой воздух имеет влажность, равную нулю, а сильно насыщенный — 100 %. В покрасочной камере может создаваться высокая влажность, обусловленная испарением воды после мытья и сушки кузова. Некоторые краски не выдерживают повышенной влажности (акрилполиуретановые и полиуретановые).

Освещение устраивают таким образом, чтобы перед рабочим, выполняющим окраску, не возникало тени. Предпочтительнее устанавливать лампы дневного света. Вентиляция должна обеспечивать обновление воздуха в кабине один раз в минуту подогретым воздухом, если наружная температура очень низкая. При ускоренной сушке пульсирующим воздухом большая его часть может быть использована повторно.

Некоторые производители автомобилей для изготовления наружной панели капота и дверей используют высокопрочный стальной лист. Сушка таких деталей кузова после окраски имеет свои особенности. Если высушить окрашенную поверхность высокопрочной листовой стали с помощью инфракрасного нагревателя, то на наружной поверхности появится множество маленьких вмятин (лунок), как после «бомбардировки» мелким градом. Причину этого можно пояснить на примере капота. Он состоит из жесткой рамной профилированной конструкции, к которой в нескольких точках приварена наружная панель (рис. 9.42, а). При одностороннем резком нагреве тонкого листового металла происходит его растяжение, и он стремится выгнуться наружу, однако места сварки препятствуют полному выгибанию (рис. 9.42, б).

Рис. 9.42. Принципиальная схема температурной деформации наружной панели капота:
а — исходное холодное состояние (1 — усиливающий элемент; 2 — точка сварки; 3 — панель; 4 — инфракрасный нагреватель); б — стадия нагревания; в — панель после охлаждения

Быстрый нагрев инфракрасным нагревателем с подачей большого количества теплоты за короткое время вызывает очень сильное растяжение листовой стали в краевых зонах точек сварки (пики местных напряжений). Затем происходит внезапное натяжение материала, однако небольшие углубления в местах сварки сохраняются. После охлаждения панель в целом возвращается в первоначальное положение, однако это не касается указанных краевых зон: они остаются в деформированном состоянии и выглядят как вмятины, оставленные градом (рис. 9.42, в).

Учитывая особенности поведения металла высокопрочной листовой стали, сушку его следует выполнять в указанной ниже последовательности.

Инфракрасный нагреватель мощностью 3,2 кВт надо держать на расстоянии не менее 400 мм от поверхности кузова (если мощность выше, то минимальное расстояние — 450 мм), а поверхность кузова — нагревать равномерно, медленно повышая мощность потребляемой нагревателем электроэнергии. Скорость нагрева не должна превышать 10 °С/мин.

Сушить отдельный элемент кузова из высокопрочной листовой стали, не вызывая его деформации, можно в сушильной камере при температуре около 60 °С. Возможная незначительная деформация исчезает при охлаждении.