Procesul de acoperire cu pulberi

Acoperire cu pulberi

Acoperirea cu pulbere este un proces de finisare în care materialul praf uscat, cu curgere liberă, termoplastic sau termorezistent este aplicat pe o suprafață, topit și întărit într-un strat uniform. Procesul de finisare este potrivit pentru diverse materiale, inclusiv metale, materiale plastice, sticlă și plăci din fibră de densitate medie (MDF) și poate oferi atât acoperiri de suprafață funcționale, cât și decorative într-o gamă largă de culori, finisaje și texturi care nu sunt ușor de realizat de către metode convenționale de acoperire lichidă.

Există două metode principale de acoperire cu pulbere – depunerea prin pulverizare electrostatică (ESD) și aplicarea în pat fluidizat. Oricare dintre procese poate produce un finisaj uniform, dur, care este în general mai durabil, mai rentabil și mai ecologic decât un strat de vopsea lichidă. Cu toate acestea, în timp ce acoperirile cu pulbere demonstrează unele avantaje față de acoperirile lichide, în special în aplicațiile de acoperire cu trafic gros sau mare, acestea nu sunt potrivite pentru toate aplicațiile de fabricație. Cerințele și specificațiile cerute de o anumită aplicație de acoperire cu pulberi, de exemplu, mediul de aplicare, materialele de substrat, dimensionarea, costurile, timpii de execuție, ajută la determinarea tipului de proces de acoperire cel mai potrivit pentru utilizare.

Deși fiecare proces de acoperire are avantajele și dezavantajele sale, acest articol se concentrează pe acoperirea cu pulbere, prezentând elementele de bază ale procesului de acoperire cu pulberi, componentele și mecanica necesară a sistemului. În plus, articolul explorează avantajele și limitările procesului de acoperire cu pulberi și oferă câteva dintre considerațiile pe care clieții trebuie să le aibă în vedere atunci când aleg un furnizor de servicii de acoperire cu pulberi.

Procesul de acoperire cu pulberi

Acoperirea cu pulbere este un proces de finisare a suprafeței în mai multe etape adecvat pentru substraturi metalice și nemetalice. Metoda include o preparare, aplicare și etapa de întărire, și, cel puțin, utilizează un pistol de pulverizare, pulverizarea se face în cabină și întărirea în cuptor de uscare. 

Pentru ca procesul de acoperire să funcționeze fără probleme și la o capacitate optimă, producătorii și furnizorii de servicii de finisare ar trebui să ia în considerare mai mulți factori, cum ar fi materialul de substrat care este acoperit și proprietățile acestuia, precum și tipul de material de acoperire cu pulberi utilizat. 

Prezentare generală a proceselor și echipamentelor

Spre deosebire de procesul de acoperire lichidă care utilizează o suspensie de acoperire lichidă, acoperirea cu pulbere este un proces de finisare uscată care folosește material de acoperire pulverulent. În timpul procesului de acoperire cu pulberi, pulberea este aplicată pe suprafața pretratată a unui substrat, topită și apoi uscată și întărită într-un strat protector sau decorativ. Acest proces are trei etape: pregătirea suprafeței, aplicarea acoperirii și întărirea la căldură. Fiecare etapă folosește un set de materiale și echipamente care indică particularitățile sale (de exemplu, etapa de întărire folosește un cuptor de întărire) și, atunci când este finalizată corect, contribuie la producerea unui finisaj durabil și uniform al suprafeței.

Etapa de pregătire: Înainte de aplicarea oricărui material de acoperire cu pulbere, suprafața substratului trebuie curățată și tratată pentru a se asigura că piesa nu conține praf, murdărie și resturi. Dacă o suprafață nu este suficient de pregătită, orice reziduri rămase ar putea afecta aderența pulberii și calitatea finisajului final. Un tratament complet de preparare depinde în principal de materialul acoperit. Cu toate acestea, unii dintre pașii care sunt folosiți în mod obișnuit în această etapă includ curățarea, clătirea, gravarea, sablarea și uscarea, iar echipamentele cele mai utilizate includ stații de spălare, camere de sablare, cabină vopsire și cuptoare de uscare.

Uleiul, grăsimea, solventul și rezidurile pot fi îndepărtate de pe suprafața piesei cu detergenți alcalini slabi și neutri în rezervoarele de baie sau cu stații de spălare. Stațiile de spălare sunt capabile să stropească părțile cu apă fierbinte, abur, detergent și alte soluții de pretratare pentru a curăța, pregăti chimic și clăti suprafața înainte de acoperire.

Părțile care au resturi pe suprafață, de exemplu, rugină, vopsea sau finisări existente vor necesita în general utilizarea unei camere de sablare. O cameră de sablare este o incintă care folosește fluid sub presiune, de obicei aer comprimat, pentru a propulsa material abraziv, cum ar fi nisip pe o suprafață metalică. Materialul abraziv propulsat îndepărtează resturile de pe suprafață, creând o textură și o suprafață mai curată și mai netedă pe care să se aplice materialul de acoperire.

Unele aplicații de acoperire cu pulbere utilizează un cuptor uscat. Similar cuptorului utilizat în etapa de întărire, cuptorul de uscare evaporă apa rămasă sau soluțiile din piesele spălate sau clătite, încălzește piesele la o temperatură optimă pentru etapa de aplicare a acoperirii.

Dacă proiectarea componentelor necesită ca anumite secțiuni să rămână neacoperite, produsele de mascare se aplică pe suport înainte de etapa de aplicare. Aceste produse sunt disponibile într-o varietate de forme standardizate și personalizate. Cu toate acestea, în general, acestea sunt construite din hârtie sau folie de plastic acoperită cu un adeziv sensibil la presiune, care le permite să adere la substrat și să protejeze zona acoperită de contactul cu materialul pulbere în timpul operațiunilor de acoperire cu pulbere.

Etapa de aplicare: Există două tipuri de materiale de acoperire cu pulbere care pot fi aplicate. Tipul de material de acoperire utilizat într-o aplicație de acoperire, în parte, determină metoda de aplicare. Există două metode principale de acoperire cu pulbere utilizate de producători și furnizorii de servicii de finisare, depunerea electrostatică (ESD) și acoperirea cu pulbere în pat fluidizat.

• Depunerea electrostatică (ESD): Pentru majoritatea părților metalice acoperite cu pulbere, materialul de acoperire este aplicat prin pulverizare electrostatică. Această metodă de aplicare folosește o cabină de pulverizare cu pulbere, un alimentator de pulbere, pistol de pulverizare electrostatic și, în funcție de tipul de pistol utilizat, o unitate de alimentare.

  Cabina de pulverizare servește ca zonă de lucru pentru aplicarea materialului sub formă de pulbere pe o piesă și poate acționa, de asemenea, cu un filtru de aer și un sistem de reținere și recuperare a suprapulverizării pulberii. Materialul praf fluidizat este distribuit de la unitatea de alimentare la pistolul de pulverizare, care este utilizat atât pentru a transmite o încărcare electrică asupra pulberii, cât și pentru a o aplica pe substrat. Există trei tipuri de pistoale electrostatice utilizate în mod obișnuit Corona, Tribo și Bell. Atunci când utilizați un pistol de pulverizare Corona pentru a aplica acoperiri cu pulbere, materialul de pulbere trece prin partea din față a pistolului, un electrod de încărcare alimentat de o unitate de alimentare conferă o sarcină de câmp electrostatic particulelor pulberii. Cu pistolul Tribo, sarcina este generată de pulberea care trece printr-un material diferit, cum ar fi țeava pistolului, iar cu pistolul Bell, materialul pulbere este încărcat atât prin conducție, cât și prin descărcarea coroanei, deoarece este aruncat din clopotul pistolului. În orice caz, particulele încărcate electric pot apoi să adere la suprafața împământată electric a piesei și vor rămâne aderente atâta timp cât își mențin o parte din sarcină. Orice material de pulverizare excesivă poate fi colectat de către sisteme de rcuperare și reutilizate în aplicații de acoperire viitoare.

• Acoperire cu pulbere de pat fluidizat: Spre deosebire de ESD, unde materialul de acoperire cu pulbere este pulverizat electrostatic și aderat pe o suprafață, în acoperirea cu pulbere de pat fluidizat, piesele preîncălzite sunt în schimb scufundate în materialul de pulbere într-un pat fluidizat. Există o opțiune alternativă numită acoperire cu pulbere de pat fluidizat electrostatic care generează un nor de particule de pulbere încărcate electric deasupra patului fluidizat prin care o parte este trecută pentru a fi acoperită.

Acoperire cu pulberi – Etapa de întărire: Particularitățile și caracteristicile etapei de întărire a procesului de acoperire cu pulbere sunt determinate în principal de metoda în care se aplică acoperirea cu pulbere, precum și de tipul de material de acoperire cu pulbere utilizat.

• Părțile care sunt acoperite cu pulbere prin depunere electrostatică trebuie să fie întărite într-un cuptor de întărire cu pulbere. În timp ce programul de întărire, temperatura și timpul pe care trebuie să le suporte o acoperire cu pulbere într-un cuptor de întărire pentru a obține o întărire completă, pentru o piesă acoperită cu pulbere depinde în mare parte de dimensiunea, forma și grosimea acesteia, în general, un cuptor de uscare funcționează între 160 – 230° Celsius și va avea ca rezultat timpi de uscare care variază între zece minute și peste o oră. În consecință, piesele mai mici acoperite cu pulbere necesită mai puțin timp de întărire și volume mai mici de aer încălzit pentru a se usca complet, iar piesele mai mari necesită mai mult. Pe măsură ce piesa acoperită cu depunere electrostatică atinge temperatura optimă de întărire în cuptor, particulele de pulbere se topesc și curg împreună pentru a forma o peliculă continuă pe suprafața piesei.
• Pentru piesele acoperite cu pulbere într-un pat fluidizat, piesele sunt încălzite înainte de etapa de aplicare a acoperirii în cuptoare similare celor utilizate pentru uscarea pieselor acoperite cu ESD. Pe măsură ce partea preîncălzită este scufundată în materialul de acoperire, particulele de pulbere se topesc și curg împreună la contactul cu suprafața încălzită a piesei. Părțile care sunt acoperite prin acoperire cu pulbere de pat fluidizat electrostatic pot fi fie preîncălzite înainte de a fi trecute prin pulverizarea de acoperire cu pulbere, caz în care acoperirea cu pulbere formată ar fi la cele produse prin metoda obișnuită cu pat fluidizat, fie piesa poate fi încălzită și uscată într-un cuptor de întărire după ce a fost acoperit, ca și cu acoperiri produse prin metoda de acoperire ESD.
• Când este aplicat pentru prima dată pe un substrat, materialul de acoperire termoizolant cu pulbere are molecule scurte de polimer. Cu toate acestea, în timpul procesului de întărire, pulberea suferă o reacție de reticulare chimică ireversibilă, care leagă lanțuri lungi de molecule de polimer. Această reacție schimbă proprietățile fizice și chimia materialului și îi permite să se întărească într-un finisaj subțire, uniform și dur, dacă se respectă programul de uscare adecvat.
• Acoperirile cu pulbere termoplastică nu necesită un ciclu de uscare. În schimb, materialul termoplastic necesită doar timpul și temperatura necesare pentru a se topi, a curge și a crea un strat final. Spre deosebire de materialele termorezistente care suferă o reacție chimică în timpul etapei de întărire, materialele termoplastice nu își schimbă proprietățile fizice sau chimice atunci când se aplică căldură. Prin urmare, pot fi retopite, reformate și reciclate pentru aplicații de acoperire viitoare.
• Câteva aspecte care trebuie luate în considerare atunci când alegeți între termorezistent și termoplastic materialul de acoperire este metoda de aplicare și aplicația prevăzută pentru acoperire. În general, pulberile termorezistente se aplică numai prin metoda ESD. Această limitare există deoarece scufundarea pieselor preîncălzite în pulbere termorezistentă poate provoca legarea încrucișată a excesului de pulbere datorită căldurii acumulate și reziduale în patul fluid. Deoarece reacția de reticulare determină modificări permanente ale materialului sub formă de pulbere, astfel de evenimente ar duce la deșeuri excesive de material de acoperire. Procesul de întărire permite termorezistențelor să obțină acoperiri mai dure decât termoplastice, permițându-le astfel să reziste la temperaturi mai ridicate și să demonstreze o rezistență mai mare la zgârieturi și rezistență. Cu toate acestea, finisajul mai dur poate limita rezistența la impact a acoperirilor termorezistente, iar supraîntărirea poate face ca acoperirea să devină fragilă, în special în acoperirile mai groase. Pulberea termoplastică poate fi aplicată atât prin metoda ESD, cât și prin metoda de acoperire cu pat fluidizat și, în general, poate produce acoperiri mai groase, mai flexibile și mai rezistente la impact decât pulberea termorezistentă. Deși capacitatea de a fi retopită oferă un anumit avantaj în ceea ce privește costurile materialului, face acoperirile cu pulbere termoplastică mai puțin potrivite pentru aplicații cu căldură ridicată și intensă, deoarece materialul de acoperire se poate înmuia sau topi.  

• Considerații privind materialul substratului

• Acoperirile cu pulbere se aplică în principal pe substraturi metalice, cum ar fi oțelul, oțelul inoxidabil și aluminiul. Cu toate acestea, ele pot fi aplicate și pe substraturi nemetalice, cum ar fi sticlă, lemn sau plăci de fibră cu densitate medie (MDF). Gama de materiale adecvate pentru procesul de acoperire cu pulbere este limitată la materiale care pot rezista la temperaturile necesare pentru topirea și vindecarea materialului de acoperire a pulberii fără a se topi, deforma sau arde.
• Materialul ales ajută la determinarea metodei de acoperire folosită. Deoarece metalele pot fi împământate electric, materialul de acoperire se aplică în general pe substraturi metalice prin metoda de depunere prin pulverizare electrostatică, dar pot fi aplicate și prin metoda patului fluidizat. Pe de altă parte, întrucât nemetalele nu pot fi suficient împământate, acestea necesită aplicarea straturilor de pulbere prin metoda de acoperire cu pulbere în pat fluidizat.

• Finisaje și capacități de acoperire cu pulbere

• Exemple de acoperiri pulverulente colorate pe piesele arcului.
• Acoperirile cu pulbere pot fi aplicate într-o gamă largă de culori, finisaje, texturi și grosimi care nu sunt ușor de realizat prin metode convenționale de acoperire lichidă. Capabile să fie fabricate practic în orice culoare, materialele de acoperire cu pulbere pot fi formulate atât pentru aplicații de protecție, cât și pentru aplicații decorative. Finisajul final realizat de materialul sub formă de pulbere variază de la mat la lucios și clar până la sclipitor sau metalic. Sunt disponibile și diverse texturi în scopuri decorative sau pentru ascunderea imperfecțiunilor suprafeței.  
• Procesul de acoperire cu pulbere permite o gamă mai largă de grosimi de acoperire. Comparativ cu procesul de acoperire lichidă, acoperirea cu pulbere poate produce mai ușor acoperiri mai groase, uniforme, mai ales atunci când se utilizează metoda de acoperire cu pat fluidizat. Folosind metoda ESD, este posibil să se realizeze acoperiri subțiri și uniforme, deși, nu la fel de subțire ca acoperirile realizate prin procesul de acoperire lichidă.

• Avantajele acoperirii cu pulbere

• Procesul de acoperire cu pulbere oferă mai multe avantaje față de metodele convenționale de acoperire cu lichid, inclusiv durabilitate crescută, capacități pentru finisaje mai specializate, impact mai mic asupra mediului, timp de livrare mai rapid și costuri mai mici ale materialului.
• Pe lângă faptul că sunt disponibile cu o gamă largă de opțiuni de finisare, acoperirile cu pulbere sunt mai durabile decât acoperirile lichide. Ele demonstrează o rezistență mai mare la impact, umezeală, substanțe chimice și uzură și oferă o protecție mai mare împotriva zgârieturilor, abraziunii, coroziunii, decolorării și uzurii generale. Aceste caracteristici le fac potrivite pentru aplicații cu utilizare ridicată și trafic intens.
• Un alt avantaj al procesului de acoperire cu pulbere este lipsa emisiilor de solvenți și dioxid de carbon, a deșeurilor periculoase care necesită eliminare și a cerințelor de grund de suprafață. Aceste excluderi limitează cantitatea de substanțe toxice și cancerigene care sunt eliberate în mediu pe tot parcursul procesului și contribuie la recunoașterea acoperirii cu pulbere ca o alternativă mai ecologică la acoperirile lichide.
• Procesul de acoperire cu pulberi poate avea costuri pe termen lung mult mai mici comparativ cu procesul de acoperire lichidă, datorită faptului că are o schimbare în general mai rapidă și o utilizare mai mare a materialului de acoperire. Deoarece etapa de întărire a acoperirii cu pulbere permite asamblarea, ambalarea și livrarea pieselor acoperite cu pulbere imediat după răcirea piesei, piesele petrec mai puțin timp în inventar, ceea ce permite producătorilor și furnizorilor de servicii de finisare să aibă o livrare către client mai rapidă și mai puțin spațiu de stocare. Procesul de acoperire cu pulbere permite colectarea și reciclarea materialului de pulverizare excesivă în loc de risipire, ceea ce scade cantitatea de deșeuri care necesită eliminare, crește rata de utilizare a materialului de acoperire și reduce costul materialelor în timp.

• Limitări ale acoperirii cu pulbere

• Deși procesul de acoperire cu pulberi oferă mai multe avantaje importante față de acoperirea cu lichid, există și limitări ale procesului. Limitările acoperirii cu pulbere includ o gamă restrânsă de materiale de substrat adecvate, dificultăți în producerea de acoperiri uniforme, subțiri, timpi de livrare mai lungi pentru învelișurile de schimbare a culorii, timpi mai lungi de uscare și întărire pentru piese mari și costuri mai mari de pornire.
• Materialele de substrat trebuie să fie capabile să reziste la cerințele de temperatură ale etapei de întărire pentru a fi potrivite pentru aplicații de acoperire cu pulbere. Chiar dacă un material poate rezista la căldură, realizarea unei acoperiri uniforme se poate dovedi problematică, în special pentru acoperirile subțiri sau multicolore. Acoperirile subțiri sunt dificil de produs, deoarece este dificil să se controleze cantitatea de material pulbere care se aplică pe substrat în timpul etapei de aplicare, asigurând în același timp o acoperire uniformă. Învelișurile multicolore sunt dificil de produs rapid, deoarece orice pulverizare excesivă trebuie strânsă și curățată din zona de pulverizare între schimbările de culoare, în caz contrar, poate provoca contaminarea încrucișată a materialelor reciclate sau refolosite.
• În timp ce procesul de acoperire cu pulberi poate avea costuri mai mici în timp, pentru aplicații specifice de acoperire, poate fi mai rentabil să folosiți acoperiri lichide. De exemplu, în timp ce piesele acoperite cu pulbere au în mod obișnuit o uscare mai rapidă, piesele mari, groase sau grele tind să necesite temperaturi mai ridicate și timpi de întărire și uscare mai extinse.