Povlaky z práškových plastů bezchybně
Povlaky jsou levné, ekologické, technologicky nenáročné, kvalitní, nenáročné na energii, na předúpravu, na kvalifikaci. Ale je tomu tak vždy a ve všech těchto tvrzeních? Využíváme všech jejich vlastností, pracujeme s nimi optimálně a umíme je bezchybně aplikovat? Cílem tohoto textu je shrnout současné poznatky vedoucí k bezproblémovému využívání této technologie povrchových úprav.
Práškové plasty se v 70. letech začaly používat jako náhrada za klasické rozpouštědlové nátěrové hmoty z důvodu dalšího neúnosného růstu používání rozpouštědel v souladu s celosvětovým ekologickým uvědomováním a z důvodu udržitelného rozvoje. V ČR jsme je uměli vyrábět i nanášet mezi prvními díky vyspělosti a úrovni našeho průmyslu a výzkumu. Svůj význam dnes tyto povlaky celosvětově dokazují svými aplikacemi i kvalitou.
Nejde již jen o ochranu povrchu proti korozi. Požadována je celá řada dalších vlastností. Otěruvzdornost, odolnost vyšším teplotám, barevná stálost, antibakteriálnost, nesmáčivost povrchu, definovaný elektrický odpor či vodivost, fasádní kvalita, neměnnost vlastností i v extrémních podmínkách atmosféry a řada dalších požadavků strojírenství, elektrotechniky i stavebnictví.
Chceme-li bezchybně rozvíjet tyto technologie, je potřebné znát zásadní podmínky a požadavky pro úspěšné aplikace práškových plastů, a to i v souvislostech především s vhodnými předúpravami povrchů a tepelným zpracováním povlaků.
Nanášení práškových plastů
Dnes se prakticky veškeré práškové plasty, resp. práškové nátěrové hmoty nanášejí stříkáním. Společnými vlastnostmi všech těchto procesů je, že částice prášku se elektricky nabíjejí, zatímco lakovaný předmět je uzemněn. Výsledná přitažlivá síla je potřebná k vytvoření dostatečné vrstvy prášku na předmětu i k jeho udržení na povrchu, než se prášek tepelným zpracováním následně zakotví na upravovaném předmětu.
Elektrostatické nabíjení...podtitulek
Vysoké napětí (30-90 kV) soustředěné na trysce stříkací pistole způsobuje ionizaci vzduchu procházejícího pistolí. Při průchodu prášku tímto ionizovaným vzduchem se volné ionty přichytí na určitém počtu částic prášku, čímž se na částicích vytvoří záporný náboj. Cílem je dosáhnout co největšího počtu nabitých částic prášku (viz obr. 1).
Volné ionty jsou malé a mnohem pohyblivější než částice prášku. Přebytečné volné ionty se rychle pohybují směrem k předmětu a současně na něj přenášejí velké množství záporných nábojů. Množství volných iontů zcela závisí na regulování napětí. Příliš vysoké napětí způsobuje nadbytečný přísun volných iontů, což ztěžuje získání dobré povrchové úpravy a v neposlední řadě zhoršuje rozliv (tzv. zpětná ionizace).
Vlivem vysokých hodnot napětí vznikají mezi tryskou stříkací pistole a předmětem elektrostatická pole. Tento jev se zpravidla označuje jako efekt Faradayovy klece a jeho důsledkem je obtížnost nanesení prášku na místech nejnižší hustoty pole (vnitřní plochy, dutiny).
Tribostatické nabíjení
Částice prášku se tribostatickým efektem (frikčně, elektrokineticky) nabíjejí díky tomu, že při rychlém pohybu se otírají o speciální druh izolantu (obvykle PTFE), kterým je vyložen válec stříkací pistole (viz obr. 2).
U tribostatického nabíjení není přítomno vysoké napětí, které by mohlo generovat volné ionty nebo vytvářet elektrická pole. Optimálního výkonu lze zpravidla dosáhnout regulací průtoku vzduchu pistolí, resp. poměru množství prášku a vzduchu.
Podmínky pro úspěšné nanášení a vytváření povlaků
Kvalita stlačeného vzduchu
Do stříkacího zařízení se smí přivádět jen čistý a suchý stlačený vzduch. Kvalita stlačeného vzduchu může změnit proces nabíjení a transportní vlastnosti prášku. Nečistý stlačený vzduch může také způsobovat vzhledové vady na povlaku.
Tlakový vzduch nesmí obsahovat olej, vodu a musí být co nejsušší. Vzduch opouštějící chladič (sušič) při teplotě 3 ˚C je suchý a je pak vhodný pro nanášení práškových plastů. Maximální přípustná koncentrace vody ve stlačeném vzduchu je 1,3 g/m3, oleje 0,1 g/m3.
Kvalita vzduchu v lakovně
Pro účinnost stříkání má velký význam relativní vlhkost pracovního prostředí (ideální je mezi 45 a 50 %). Regulovanou vlhkostí lze získat rychlejší a rovnoměrnější vytváření povlaků. Zvláště důležitá je vyšší hodnota vlhkosti při stříkání další vrstvy.
Kvalita práškového plastu.
Vlhkost prášku nesmí být vyšší než cca 0,4 %. Teplota skelného přechodu by neměla být nižší než cca 50 ˚C. Práškový plast má obsahovat maximální podíl částic o velikosti 35-40 µm. Podíl částic menších než 10 µm by neměl překročit 10 % a prášek nesmí obsahovat částice větších rozměrů. Rozdíl ve velikosti částic má být co nejmenší. Je proto důležité určit maximální poměr použitého prášku po jeho recyklaci, neboť ten má vlastnosti vždy odlišné od nepoužitého.
Dobré uzemnění předmětu
Při elektrostatickém nanášení prášku se na předmět přenáší velké množství záporného náboje. Nemůže-li být tento velký přebytek elektronů účinně odveden dostatečným uzemněním, vytvoří se rychle na povlékaném povrchu silný záporný náboj, který pak odpuzuje záporně nabité částice prášku.
Při tribostatickém nanášení vychází ze stříkací pistole prášek s kladným nábojem, to znamená, že má deficit elektronů. Pokud není předmět dostatečně uzemněn, vytvoří se na povlékaném povrchu silný kladný náboj, který pak odpuzuje kladně nabitý prášek opouštějící pistoli. Důsledkem je pak nedostatečná tloušťka vrstvy prášku. Pro zajištění bezpečnosti provozu je naprosto nezbytné dokonale a účinně uzemnit stříkací zařízení a stříkací kabiny. U tribostatického nanášení je dobré uzemnění stříkací pistole zásadní podmínkou pro úspěšné nanášení. Jelikož prášek získává kladný náboj, je třeba uvolněné elektrony odvádět do země. Bez účinného uzemnění stříkací pistole by se záporný náboj hromadil a prášek by procházel pistolí bez nabití. Špatné uzemnění povlakovaných předmětů je nejčastěji zapříčiněno neočištěnými závěsy a přípravky.
Tepelné zpracování práškových plastů
Teplotu a především čas tepelného zpracování je nutno volit s ohledem na tloušťku materiálu, jeho tepelnou vodivost a tvar zboží. Na kvalitním tepelném zpracování závisí přilnavost povlaků i jejich další vlastnosti. Problematické jsou povlaky na výrobcích o větších tloušťkách (např. 10-20 mm).
Velmi záleží též na průběhu nárůstu teploty vypalovaného zboží. Nedostatečná výkonnost, resp. nevhodnost pece je příčinou zhoršení kvality povlaku projevující se v rozdílnosti kvality povrchů i u jednotlivých detailů. Rozdílnost (lesku, matu, drsnosti) závisí pak i na způsobu zavěšení a množství zboží. Velmi důležité je přímé proměřování teplot zboží, neboť nelze pouze spoléhat na hodnoty odečtené na ovládání pecí.
Vzhledem k novým požadavkům na pracoviště práškových plastů (výrobky o velké hmotnosti i rozměrech) i větší náročnosti některých nových práškových plastů je nezbytné přehodnotit zaběhlé praktiky při tepelném zpracování práškových plastů.
V laboratořích povrchových úprav na pracovišti autora je možno odzkoušet jednotlivé materiály i technologie práškových plastů či získat další informace a technickou pomoc, respektive se zúčastnit certifikovaných kurzů pro pracovníky práškových lakoven.
Použitá literatura:
Centrum pro povrchové úpravy: Povlaky z práškových plastů. Praha, 2008.
Jotun Powder Coatings (CZ ), a. s.: Technické informace. Trmice, 2000.
Doc. Ing. Viktor Kreibich, CSc.
ČVUT v Praze, Fakulta strojní
