Разработка технологии для окраски деталей троллейбуса порошковыми полимерными материалами

использовать для напыления различные материалы: металлы, сплавы, оксиды, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные комбинации; наносить их в несколько слоев, что позволяет получать покрытия со специальными характеристиками;

улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными, стабильными и с хорошим сцеплением с поверхностью детали, при этом основа, на которую производится напыление, мало деформируется, тогда как при других методах нанесения покрытий необходимо нагревать до высокой температуры всю деталь, что часто приводит к ее деформации;

обеспечить высокую производительность технологического процесса нанесения покрытия. Сам процесс характеризуется относительно небольшой трудоемкостью, легко механизируется и автоматизируется;

К основным недостаткам метода нанесения покрытий плазменным напылением можно отнести высокий шум, ультра-фиалетововое излучение, образование вредных для здоровья работающих соединений напыляемого материала с воздухом.

Для получения плазмы используются различные генераторы низкотемпературной плазмы, выбор которых для проведения данного технологического процесса определяется термодинамическими и кинетическими особенностями последнего [11].



2. Объекты и методы исследования

2.1 Исследуемые материалы и образцы

В исследованиях использовались порошковая эпоксидно-полиэфирная краска (ЭПК-202) и эмаль алкидная (COLOMIX 1025).

ЭПК-202 - порошковая эпоксидно-полиэфирная краска марки ЭПК-202 предназначена для получения защитно-декоративных покрытий на различных металлоизделиях, особенно для товаров народного потребления (холодильников, стиральных машин, торгового оборудования и т. д.). Белые покрытия на основе красок ЭПК-202 устойчивы к пожелтению при отверждении в условиях повышенных температур (200-220 °С). Краска ЭПК-202 предназначена для электро- и трибостатического напыления. Срок службы покрытий на основе краски ЭПК-202, эксплуатируемых внутри помещений не менее -10 лет, в атмосферных условиях-не менее 3 лет. Производитель Россия.

Colomix 1025 - органорастворимая алкидная однокомпонентная краска применяется для окончательной защиты легковых автомобилей других металлических и пластмассовых деталей. Состав: среднемасленная алкидная смола, светостойкие и атмосферостойкие пигменты. В настоящее время ей окрашивают детали троллейбусов. Производитель Словакия.

Основные характеристики красок приведены в таблице 15.

Таблица 8 - Характеристики красок

Показатели Показатели	Эпоксидно-полиэфирная ЭПК - 202	Эмаль алкидная COLOMIX 1025
Эластичность при изгибе, мм	3	2
Прочность при ударе, Н•м	4	3
Адгезионная прочность, балл	1	1



2.2 Оборудование для нанесения покрытий

Покрытия наносили с помощью лабораторного универсального оборудования для получения покрытий, техническая характеристика которого приведена в таблице 9.

Таблица 9 - Техническая характеристика ППУО

Показатели	ППУО
Давление сжатого газа, МПа	до 0, 15
Расход сжатого газа (воздух), м3/мин	до 0, 8
Электропитание: напряжение, В частота, Гц потребляемая мощность, Вт	220±10 50±5 80
Значение высокого напряжения, кВ	до 50
Полярность высоковольтного потенциала	отрицательная
Максимальный ток нагрузки, мкА	до 40
Габаритные размеры, мм	250Ч320Ч480
Масса, кг	12

При нанесении использовали электростатический распылитель порошка РПЭ. Работа распылителя основана на дозированной подаче порошка из аппарата псевдоожижения в канал ствола. Частицы диэлектрического материала, проходя через коронатор, пронизывают электростатическое поле, возникающее между его острыми кромками и заземленным изделием, и приобретают электрический заряд, что позволяет им осаждаться тонким плотным слоем на покрываемой поверхности. Технические характеристики РПЭ представлены в таблице 16.

Таблица 10 - Технические характеристики электростатического распылителя порошка

Показатели	РПЭ
Расход порошкового материала, кг/час	до 3, 5
Расход сжатого газа (воздуха), м3/мин	до 0, 8
Показатели	РПЭ
Электропитание: напряжение, В частота, Гц	220±10 50±5
Масса распылителя, кг	0, 35
Габаритные размеры распылителя, мм	320Ч170Ч40

Распылитель электростатический для нанесения порошковых полимерных покрытий представлен на рисунке 5.

1 - коронатор-рассекатель; 2 - насадка головная; 3 - ствол; 4 - винты крепежные; 5 - корпус; 6 - держатель; 7 - винты крепления рукоятки; 8 - винты декоративных накладок; 9 - рукоятка; 10 - накладка декоративная; 11 - штуцер; 12 - кембрик; 13 - провод высоковольтный; 14 - гайка накидная; 15 - штекер; 16 - провод управления;17 - разъем провода управления; 18 - курок.

Рисунок 5 - Общий вид и основные функциональные элементы РПЭ



2.3 Методы исследования физико-механических, триботехнических и защитных свойств покрытий

Физико-механические свойства

Прочность адгезионных соединений определяли методом нормального отрыва "грибков". Метод заключается в равномерном отрыве покрытия, нанесенного на торец образца с контробразцом. Испытания проводили на образцах, имеющих цилиндрическую форму диаметром 20 мм и высотой 60 мм. Давление на образец при формировании адгезионного соединения равнялось массе контробразца (образцы находились в вертикальном положении) (рисунок 6). За счет специального центрирующего приспособления обеспечивалось совмещение осей испытываемого образца и контробразца.

		1 образец; 2 покрытие; 3 контробразец

Рисунок 6 Схема испытания образцов на отрыв

Для определения адгезионной прочности использовалась разрывная машина ZDM-2.5/91 при скорости нагружения 5 мм/мин.

Адгезионную прочность, МПа при нормальном отрыве вычисляли по формуле 3



, (3)

где F разрывное усилие, Н;

S площадь поперечного сечения образцов, мм².

Адгезионную прочность испытуемого покрытия определяют как среднее арифметическое результатов трех испытанных образцов.

Адгезионную прочность так же определяют методом решетчатых надрезов.

Метод решетчатых надрезов заключается в нанесении на готовое лакокрасочное покрытие решетчатых надрезов и визуальной оценке состояния покрытия по четырех балльной системе.

На каждом испытуемом участке поверхности образца на расстоянии от края не менее 10 мм делали режущим инструментом по линейке или шаблону или с помощью устройства АД-3 не менее шести параллельных надрезов до металла длиной не менее 20 мм на расстоянии 1, 2 или 3 мм друг от друга. Режущий инструмент держали перпендикулярно поверхности образца. Скорость резания должна быть от 20 до 40 мм/с. Аналогичным образом делают надрезы в перпендикулярном направлении. В результате на покрытии образуется решетка из квадратов одинакового размера.

Определение адгезии методом решетчатых надрезов выполнялось согласно ГОСТ 15140-78.

Приборы:

лезвия бритвенные толщиной (0, 10 - 0, 13) мм или скальпель;

линейка длиной 300 мм;

щетка.

Перед каждым испытанием нового образца ЛКП бритвенное лезвие,

заменяли на новое, а скальпель затачивали. Для покрытий толщиной менее 60 мкм наносили решетку размером 1Ч1мм, для покрытий толщиной более 60 мкм - размером 2Ч2 мм.

На каждом испытуемом участке поверхности образца делали не менее пяти параллельных надрезов бритвенным лезвием или скальпелем по линейке на расстоянии 1 или 2 мм (в зависимости от толщины ЛКП) друг от друга и столько же аналогичных надрезов, перпендикулярных первым.

В результате на покрытии образуются решетки из квадратов одинакового размера (рисунок 7).

Рисунок 7 - Образец с решетчатым надрезом

Поверхность покрытия после нанесения решетки очищали от отслоившихся кусочков пленки щеткой вдоль обоих диагональных направлений, при этом в каждом из этих направлений щеткой проводить один раз с небольшим давлением.

Адгезию оценивали по четырех бальной системе (таблица 2.2). За результат испытания принимали величину адгезии в баллах, соответствующую большинству совпадающих значений, определенных на всех испытуемых участках поверхности двух образцов; при этом расхождение между отдельными значениями не должно превышать 1 балла.

Если расхождение значений адгезии превышает 1 балл, то испытание повторяют на том же количестве образцов и принимают полученный результат за окончательный. При равном числе отличающихся баллов на испытуемых участках адгезию оценивают по большей величине.



Таблица 17 - Определение адгезии покрытия методом решетчатых надрезов

Балл	Поверхность лакокрасочного покрытия после нанесения надрезов в виде решетки
1	Края надрезов должны быть гладкими и не должно быть отслоившихся кусочков покрытия
2	Незначительное отслаивание покрытия в виде точек вдоль линии надрезов или в местах их пересечения
3	Отслаивание покрытия вдоль линии надрезов или полос
4	Полное или частичное отслаивание покрытия полосами или квадратами вдоль линии надрезов

Твердость определяли на специальном разработанном устройстве (см. п. 2.3.2).

Триботехнические свойства

Триботехнические испытания заключались в определении потери толщины лакокрасочного покрытия в результате истирания поверхности его вращающейся наждачной бумаги при заданной нагрузке на образец.

Для определения прочности покрытия к истиранию использовалась разработанная торцевая машина трения.

Испытание образца проводили истиранием одной и той же площади покрытия при нагрузке 400 гр, каждый раз новой шлифовальной шкуркой.

Толщину покрытия контролировали микрометром.

Схема устройства для определения прочности покрытия представлена на рисунке 8.



1 - основание; 2 - электродвигатель; 3 - стойка; 4 - плита; 5 - груз; 6 - образец с лакокрасочным покрытием; 7 - наждачная бумага; 8 - столик; 9 - болт М6

Рисунок 8 - Торцевая машина трения

За результат испытания применяют среднее арифметическое результатов не менее трёх параллельных определений.

Определение защитно-декоративных свойств

1 Защитные свойства покрытий определяли по стойкости пленки к статическому воздействию жидкости согласно ГОСТ 9.403-80.

Сущность метода заключается в определении декоративных и защитных свойств покрытий после воздействия жидкости в течение заданного времени.

Образцами для испытаний являлись пластинки шириной 50 мм и длиной 55 мм. Испытания покрытий производили в стеклянных стаканах, емкостью 150 мл. В качестве жидкостей для испытаний использовалась 10 %-ый раствор NaCl.

Пластинки под покрытия очищали от ржавчины и обезжиривали.

Для проведения испытаний готовили по одной и той же технологии шесть образцов, один из которых является контрольным.

Полимерный материал наносили на всю поверхность пластинки. Края торцевой поверхности на расстоянии 3-5 мм дополнительно защищали двумя слоями краски.

Окрашенные пластинки сушили в вертикальном положении.

Перед испытаниями покрытие выдерживали в течение 7 суток при температуре (202)С и относительной влажности воздуха (655) %.

В емкости с жидкостью помещали образцы (рисунок 9).

1 - стакан; 2 - жидкость; 3 - образец с покрытием

Рисунок 9 - Схема испытания образцов с покрытием на стойкость к статическому воздействию жидкости

В каждом стакане испытывали только по одному образцу.

Уровень жидкости в процессе испытаний поддерживали постоянным и равным во всех стаканах.

Испытания проводили до заметных изменений свойств.

После испытаний образцы извлекали из жидкости и готовили к осмотру.

После испытаний образцы промывали проточной водой и сушили фильтровальной бумагой.

Определяли защитные свойства покрытий.

Изменение защитных свойств покрытий определяли сравнением с контрольным образцом невооруженным глазом.

Изменения, происшедшие с образцами (изменение блеска, изменение оттенка, побеление пленки, появление пузырей, отслаивание, сморщивание пленки, коррозия), фиксировали.

Изменение свойств покрытия, находящиеся на расстоянии менее 10 мм от края образца, не учитывали.

В качестве агрессивной среды использовали 10%-ый раствор NaCl.

2 Определение коррозии по прозрачности раствора определяли с помощью схемы представленной на рисунке 10.

1 - колба; 2 - раствор; 3 - крышка; 4 - миллиамперметр; 5 - фотодиод;

6 - щель; 7 - лампа; 8 - корпус

Рисунок 10 Схема определения коррозии по прозрачности раствора

Суть метода заключается в следующем: в колбу наливается раствор, в котором образцы подвергались коррозии, и устанавливается во второй отсек.

Затем установка накрывалось крышкой, чтобы создать полную темноту.

В первом отсеке располагается лампа, которая зажигается при подачи напряжения 4, 5 В. Свет проходит через щель и попадает на раствор, а затемпройдя раствор, попадоет на фотодиод, который преобразовывает этот свет в фототок. Значение фототока измеряется милиамперметром. Значение силы тока будет зависеть от наличии продуктов коррозии в растворе.

Существующие методы и приборы для определения твердости материалов

Рисунок 11 Методы по Бринеллю, Роквелло, Виккерсу.

Метод по Бринеллю

Определение твердости вдавливанием стального шарика(метод Бринелля рисунок 11 а)

Стальной шарик, изготовленный из закаленной шарикоподшипниковой стали, под действием усилия вдавливается в поверхность металла.

С помощью специальной лупы измеряется диаметр лунки. По таблицам, приложенным к прибору, определяется значение твердости Н_Е.



Рисунок 12 Пресс типа Бринелля

Для испытания применяют специальный пресс типа Бринелля, внешний вид которого показан на рисунке 12

Стальной шарик крепится в оправке2.

Исследуемый образец ставится на предметный столик 1 и поднимается к шарику штурвалом 4.

При включении мотора 5 грузы пресса 3 опускаются и вдавливают стальной шарик в образец.

Для стали значение твердости, определенное этим методом, связано с пределом прочности соотношением, которым на практике иногда пользуются:

у_b=0, 33-0, 36H_B (4)

Метод по Роквелла

Определение твердости по глубине вдавливания алмазного конуса (метод Роквелла рисунок 11 б)

Алмазный конус с углом при вершине 120° вдавливается в металл предварительной постоянной нагрузкой 10 кг, а затем полкой нагрузкой 60 или 150 кг.

Для испытания используют специальный пресс, внешний вид которого показан на рис. 25.

Алмазный конус крепится в оправке 4.

Образец устанавливается «на столик 3 и поднимается с помощью штурвала 2 до нагрузки 10 кг.

Ручка 1 освобождает грузы6, которые создают усилие для вдавливания конуса в металл. Глубину вдавливания, т.е. значение твердости, отмечает индикатор 5.

Значения твердости этим методом определяются по разности глубины вдавливания алмазного конуса под действием полной и предварительной нагрузок.

Чем тверже металл, тем на меньшую глубину проникает алмаз при вдавливании, тем больше будет число твёрдости

Стандартной нагрузкой при этом методе является 150 кг.

Обозначается твердость Н_RC. В некоторых случаях, например при измерении твердости на тонком образце или при измерении твердости поверхностного слоя металла, нагрузку применяют до 60 кг.

Измерение твердости мягких материалов

На этом же приборе можно производить измерение твердости мягких материалов (цветные металлы, отожженная сталь).

Рисунок 13 Прибор типа Роквелло



В этом случае используют стальной закаленный шарик диаметром 1, 59 мм (1/16»). Стандартной нагрузкой является 100 кг, и величина твердости обозначается индексом Н_RB.

Метод по Виккерсу

Твердость определяется по величине отпечатка (рис.10 в).

В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида.с углом при вершине 136^o.

Твердость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F:

(5)

Нагрузка Р составляет 5…100 кгс. Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе.

Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.

Способ микротвердости - для определения твердости отдельных структурных составляющих и фаз сплава, очень тонких поверхностных слоев (сотые доли миллиметра).

Аналогичен способу Виккерса. Индентор - пирамида меньших размеров, нагрузки при вдавливании Р составляют 5…500 гс

(6)

Микротвёрдомер ПМТ-3

Микротвердомер ПМТ-3 представляет собой прибор, предназначенный для измерения микротвердости металлов, сплавов, стекла, абразивов, керамики и минералов вдавливанием алмазных наконечников.

Оптическая схема. Принцип действия микротвердомера основан на вдавливании алмазного наконечника (пирамиды) в исследуемый материал под определенной нагрузкой и измерении линейной величины диагонали полученного отпечатка. Число микротвердости определяется делением нормальной нагрузки, приложенной к алмазному наконечнику, на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка:

. (7)

Оптическая схема микроскопа показана на рис. 14.

Осветительное устройство позволяет рассматривать исследуемый предмет как в светлом, так и в темном поле.

При исследовании предметов в светлом поле луч от источника света через конденсор 2, светофильтр3, коллективную линзу4 и ирисовую диафрагму5падает на отражательную пластинку6. Далее луч проходит в объектив7, попадает на исследуемый предмет8, отражается от него, снова попадает в объектив7и, пройдя отражательную пластинку6, ахроматическую линзу9и призму10, образует изображение предмета в фокальной плоскости окулярного микрометра.

Освещенность предмета при наблюдении в светлом поле регулируется изменением диаметра диафрагмы 5.

Призма 10 отклоняет луч на 45°, что создает удобство при работе на приборе.

Переход к работе в темном поле осуществляется поворотом держателя 12 отражательной пластинки и зеркала при помощи рукоятки 13. При работе в темном поле луч проходит светофильтр3, кольцевую диафрагму 11 и попадает на отражательное зеркало 15. Далее, пройдя кольцевую диафрагму 16, луч отражается от параболического зеркала 17, попадает на исследуемый предмет8, отражается от него и проходит тот же путь, что и при наблюдении и светлом поле.

Рисунок 14 Оптическая схема микроскопа

Конструкция микротвердомера ПМТ-3М. Основными частями микротвердомера являются штатив с предметным столиком и головка с механизмом нагружения.

Штатив состоит из основания 18 (рисунок 15 а) и колонки 19, имеющей снаружи ленточную резьбу для перемещения в вертикальном направлении кронштейна 20 с тубусом при помощи гайки 21. Кронштейн закрепляется на колонке при помощи разрезной втулки винтом 22, который при работе должен быть зажат.

В кронштейне размещены механизмы грубого и микрометрического движения тубуса микротвердомера. Вращая барашки 23 грубого движения и барашек 24 микрометрического движения, можно перемещать тубус вверх и вниз.

Ход механизма грубого движения можно регулировать. Если один барашек грубого движения немного развернуть относительно другого, ход движения тубуса будет тяжелее или легче в зависимости от того, в какую сторону развернуты барашки. Кроме того, механизм грубого движения можно застопорить при помощи рукоятки25. На барашке 24 с обратной стороны прибора имеется шкала, одно деление которой соответствует 0, 002 мм подъема при опускания тубуса.

а)

б)

Рисунок 15 Микротвердомер ПМТ-3: а) общий вид, б) комплект вспомогательного оборудования.



Предметный столик 27 укреплен на основании штатива тремя винтами. Верхняя часть столика, на которую устанавливается предмет, может перемещаться в двух взаимноперпендикулярных направлениях с помощью винтов28и29. Отпустив стопорный винт30, можно за рукоятку поворачивать столик от упора до упора.

Призма 31 (см. рис.15 б) применяется при исследовании поверхностей цилиндрических предметов. На пластинку32 с помощью пластилина35 можно поместить предмет любой конфигурации.

Механизм нагружения состоит из штока 33, укрепленного на двух пружинах, расположенных внутри корпуса механизма. В держатель34 (см. рис. 19 а) вставляется алмазный наконечник, а на утолщенную часть штока кладется гиря из разновеса. Для получения отпечатка шток опускают плавным вращением рукоятки36 арретира против часовой стрелки.

Осветитель 37укреплен па тубусе микроскопа и служит для освещения исследуемого предмета. При повороте рукоятки13 от упора-до упора осветитель позволяет рассматривать предмет как в светлом, так и в темном поле. Равномерное освещение достигается перемещением и разворотом патрона с лампой38.

При установке патрона с лампой необходимо соблюдать осторожность, так как сдвиг осветителя вызовет нарушение юстировки прибора.

Светофильтры осветителя предназначены для повышения контрастности исследуемого предмета.

Лампа осветителя питается от сети через блок питания 39 (рис. 19 б).

Винтовой окулярный микрометр 11 закрепляется на трубке насадки винтом40.

2.3.2 Проектирование устройств для определения твердых эластичных материалов

Существуют различные методы определения твердости материалов. Наиболее распространено определение статической твердости на твердомерах Бринелля, Роквелла, Виккерса путем вдавливания и испытуемый материал соответственно шарика, конуса, пирамиды[1, 2].

Однако эти методы позволяют установить твердость только пластичных материалов и плохо применимы для измерения твердости полимеров, древесины, резины, тонких покрытий, обладающих высокой эластичностью и низкой твердостью[3].

Предлагаем использовать специально разработанное устройство для определения твердости вышеуказанных материалов.

Устройство состоит из корпуса, направляющей, индентора, индикатора, стойки, грузов различной массы (рисунок 1). Твердость образцов определяется в зависимости от глубины внедрения закаленного индентера конической формы непосредственно в момент приложения нагрузки.

Данное приспособление позволит определить твердость покрытий толщиной от 20 мкм при нагрузке на образец до 200 г. Точность измерения глубины отпечатка - 0, 01мм.

Твердость будет определяться в МПа по формуле:

Н = ; (8)

где, Р - общая нагрузка от индентора и грузов, Н;

- площадь поверхности отпечатка в виде конуса, мм²;

L - длинна образующей;

R - радиус основания.

L = ; R = htg (9)

= (10)



Отсюда:

h = ² (11)

Рисунок 16 Микротвердомер для элаластичных материалов

Таким образом данное приспособление позволит определить твердость эластичных материалов.



3. Исследовательский раздел

3.1 Физико-механические свойства покрытий

Для оценки физико-механических свойств покрытий были проведены исследования по определению адгезионной прочности твердости покрытий.

Для оценки адгезионной прочности покрытий применялся метод нормального отрыва "грибков". Метод заключается в равномерном отрыве покрытия, нанесенного на торец образца с контробразцом. Для определения адгезионной прочности использовалась разрывная машина при скорости нагружения 100 г/мин. В качестве покрытий использовались: ЭПК-202 - эпоксидно-полиэфирная краска, алкидная эмаль COLOMIX 1025.

Адгезионная прочность высокая у порошкового покрытия. При нормальном отрыве покрытий определен когезионный характер разрушения. Максимальная прочность адгезионного соединения достигается при температуре 160С и длительности оплавления 60 мин.

Это говорит о завершенности процесса отверждения термореактивных композиций.

Адгезионная прочность покрытий из эмали COLOMIX 1025 в десятки раз ниже, чем у порошкового покрытия (рисунок 17а).



1 - COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 17 а - Адгезионная прочность покрытий

Твердость покрытий определяли с использованием специального прибора, с помощью которого определялся размер отпечатка вдавившегося конуса, а затем по формуле рассчитывалась твердость покрытий. Результаты исследования показаны на диаграмме (рисунок 17 б).

1 - COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 17 б - Твердость покрытия



3.2 Триботехнические свойства покрытий

Для оценки триботехнических свойств были проведены исследования по определению прочности покрытия к истиранию наждачной бумагой.

В ходе проведения данного исследования определили, что стойкость к истиранию у порошковой эпоксидно-полиэфирной краски ЭПК-202 выше чем у эмали COLOMIX 1025. Это доказывает кривая зависимости толщины покрытия от количества циклов для порошкового покрытия, которая является более пологой по сравнению с аналогичной кривой полученной для покрытия из эмали COLOMIX 1025 (рисунок 18). Полученные результаты можно объяснить особенностями структурного строения покрытия и их адгезионной прочностью.

1 - Эмаль COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 18 - Зависимость потери массы покрытий от времени истирания

3.3 Защитно-декоративные свойства покрытий

Качественную оценку защитных свойств покрытий давали по стойкости покрытия к статическому воздействию жидкости согласно ГОСТ 9.403-80.

При испытании 10 %-ым раствором NaCl набухание и разрушение пленки у покрытия из эмали COLOMIX 1025 наблюдались уже через 168ч., а у порошковой эпоксидно-полиэфирной краски начали незначительно проявляться только через 600ч. (рисунок 19).

1 - Эмаль COLOMIIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 19 - Стойкость покрытий в 10% растворе NaCl

Также, для оценки защитно-декоративных свойств покрытий использовали способ определения коррозии по прозрачности раствора.

При испытании, количество света, проходящего через раствор, и попадаемого на фотодиод, зависело от наличии продуктов коррозии в растворе. Чем больше продуктов коррозии находилось в растворе, тем количество попадаемого света на фотодиод было меньше, а следовательно и сила фототока, преобразованное фотодиодом, была меньше.

Из графиков (рисунок 20) видно, что у эмали COLOMIX 1025 с течением времени продуктов коррозии становилось все больше, и соответственно, прозрачность раствора ухудшалась.

Если же посмотреть на результаты порошковой краски, то видно, что прозрачность раствора с течением времени особо не менялась. Следовательно можно сделать вывод что порошковая краска более стойкая к коррозии, чем COLOMIX 1025.



1 -COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 20 - Определение коррозии по прозрачности раствора



4. Разработка технологического процесса окраски порошковыми полимерными материалами

Высокая эффективность применения порошковых материалов достигается лишь при хорошей организации труда на участках и в цехах покрытий.

При проектировании участка по нанесению порошковых покрытий учитывается:

1) характеристика покрываемых изделий;

2) годовой объем производства покрытий;

3) схему технологического процесса изготовления покрытий;

4) режим работы цеха или участка;

5) цикл покрытия и увязку его с общим циклом обработки деталей и сборки их в готовые изделия.

Так как нанесение порошковых покрытий в разработанном технологическом процессе непрерывно, то эффективность организации производства на участке достигается за счёт частичной механизации и автоматизации процесса и вспомогательных операций.

Конвейер используется как средство транспортировки деталей от одной технологической операции к другой.

Для более рационального использования рабочего времени и оборудования предусматривалось:

1)последовательное прохождение деталей по всем операциям технологического процесса;

2) величина рабочих участков, проходы и проезды для транспорта;

3) специализация рабочих мест, организация участков для навешивания деталей на конвейер и их снятия;

4) удобство обслуживания оборудования цеха (участка) и т. д.

Для повышения производительности труда следует предусматривать применение подвесок и оснастки для группового нанесения покрытий на изделия, а также легкосъемных защитных приспособлений для изоляции мест, не подлежащих покрытию [11].

В цехе предусматриваются необходимые противопожарные и санитарно-профилактические мероприятия. В целях соблюдения противопожарных правил отделены операции подготовки поверхности, где могут быть использованы жидкие грунтовки, от операции нанесения полимера, разместив соответствующие участки в разных производственных помещениях.

Цех (участок) полимерных покрытий должен отвечать современным требованиям “комфортности”, которые включают комплекс следующих мероприятий:

1)естественное и искусственное освещение с применением светорассеивающей арматуры;

2) наличие приточно-вытяжной вентиляции; краткость обмена воздуха устанавливается в зависимости от вида применяемого полимера;

3) температура помещения не ниже 15° С и не выше 28° С; относительная влажность воздуха в пределах 50--70%; желательно применение кондиционеров для поддержания нормального климата в рабочем помещении;

4) наличие местной вентиляции в местах образования пыли (ванны, участки распыления порошков), а также испарения летучих продуктов (печи, камеры набухания, сушильные камеры), обеспечивающей допустимые концентрации вредных веществ на рабочих местах; скорость воздуха на рабочем месте не менее 0, 4 м/сек;

5) оборудование удобных бытовых помещений в цехе (на участке);

6) соблюдение чистоты рабочего места.

Снятые с подвесок и освобожденные от защитных материалов изделия подвергаются контролю на качество, главным образом на сплошность покрытия, декоративный вид, наличие микротрещин и пузырьков на поверхности покрытия. При налаженном и стабильном производстве контроль качества производится визуально или при помощи незначительно увеличивающих приборов (лупа).

Полимерное покрытие должно быть ровным, глянцевым или матовым (по требованию), не иметь шероховатости. Цвет покрытия должен соответствовать указанным данным в чертеже или же эталону. Допускается изменение цвета в соответствии с вилкой. Толщина покрытия должна соответствовать размерам, указанным в чертеже данного изделия. Электроизоляционные и химически стойкие покрытия подвергаются испытанию на сплошность [11].

Мелкие изделия, прошедшие контроль, завертывают в бумагу, укладывают в тару и отправляют на склад готовой продукции.

При контроле качества покрытий могут быть выявлены различные дефекты. Некоторые из них допустимы, другие исправимы, а третьи требуют удаления бракованного покрытия с изделия и нанесения нового. Небольшие дефекты (шероховатость поверхности, расхождение в оттенках цвета, пятнистость, местные утолщения, следы от подвесок) допускаются для нелицевых деталей и поверхностей. Для лицевых деталей эти дефекты недопустимы. Дефекты, связанные с нарушением сплошности покрытий, наблюдаются особенно в местах крепления изделий к подвеске. Их исправление производится следующим образом: засыпается порошок полимера того же цвета и расплавляется струёй горячего воздуха. Для этой цели применяется горелка, аналогичная горелке для сварки винипласта. Дефекты также можно исправить с помощью жидкой пасты или краски, приготовленной на основе порошкового состава путем растворения его в соответствующем растворителе. Так, поливинилбутиральную сухую краску СВЛ-21 растворяют в спирте, получают пасту, которая и применяется для исправления дефектов на поливинилбутиральных покрытиях. Предварительно место брака на покрытии зачищается напильником.

Схема технологического процесса представлена на рисунке 21.



Рисунок 21 - Технологический процесс нанесения порошковых полимерных покрытий



5. Расчет энергоэффективности и экономического эффекта от внедрения защитно-декоративных покрытий на основе порошковых полимерных материалов для деталей троллейбусов

5.1 Сравнительная характеристика энергозатрат при окраске

Характеристика камеры:

- длина , м……………………………………………….......0, 3

- ширина, м…………………………………………..………0, 28

- отношение длины к ширине помещения ……….…. 1, 071

- высота , м…………………………………………….……0, 3

- площадь , м²………………………………........................0, 084

- температура воздуха внутри камеры , °С.....................60, 180

- среднегодовая температура воздуха в Гомеле °С ….……7, 4

- коэффициент теплоизоляции k………………………..……. 0, 9

Рассчитаем количество тепла необходимое на сушку деталей салона транспортного средства:

P=V•(t_кам-t_нар)•k (12)

Объём окрасочной камеры V:

V=L•B•H (13)

V=0, 3•0, 28•0, 3=0, 0252 м³

Подставим численные значения для ЛКМ:

P_COLOMIX=0, 0252•(60-7, 4)•0, 9=1, 1929 кКал/ч

P_ЭПК=0, 0252•(180-7, 4)•0, 9=3, 9146 кКал/ч

Время высыхания краски COLOMIX 1025(60°С), в окрасочно-сушильной камере составляет 1 час, ЭПК-202 составляет 15-20 мин, при температуре 180°С.

Тепло затрачиваемое на сушку при окрашивании краской COLOMIX 1025:

P₁=1, 1929 •1=1, 1929 кКал/ч

Тепло затрачиваемое на сушку при окрашивании эмалью ЭПК-202:

P₂=3, 9146 •0, 4=1, 5658 кКал/ч

Рассчитаем необходимое количество энергии:

1 кВт=860 кКал/ч

Для COLOMIX 1025:

Для ЭПК-202:

Затраты энергии на сушку краски COLOMIX 1025 превышают в 3, 9 раза, так как COLOMIX 1025 наноситься в 3 слоя, а ЭПК-202 в один слой, при достижении такого же результата. Следовательно, ЭПК-202 энергоэффективней применять на производстве.

5.2 Сравнительная характеристика экономических затрат при окраске

Годовой экономический эффект от внедрения новой техники, технологии с учетом увеличения срока службы покрытий



, (14)

где С₁, С₂ - себестоимость еденицы техники, продукции при базовой и новой технике, технологии, руб;

Е_н нормативный коэффициент капитальных вложений; Е_н=0, 15;

Т₁, Т₂ срок службы покрытий;

З удельные затраты на внедрение новой техники, руб.;

N годовой выпуск продукции, м².;

n - количество троллейбусов в депо №1, 130 единиц;

n_д - количество деталей на окраску в одном троллейбусе, 150 единиц;

S_дет - средняя площадь одной детали под окраску, 0, 08 м².

Себестоимость единицы продукции:

, (15)

где З_м затраты на материалы, руб.;

З_з основная и дополнительная заработная плата, руб.;

О_с.н процент отчисления на социальные нужды, руб.;

З_зд затраты на обслуживание зданий и сооружений, руб.;

З_эн затраты на энергоресурсы, руб.

Затраты на материалы:

, (16)

где Р расход материала, кг;

Ц_м стоимость материалов, руб.

При окраске жидкими ЛКМ: Р=18010^-3 кг/м², Ц_м=360000руб/кг.

При окраске эпоксидными порошковыми материалами: Р=10010^-3кг/м², Ц_м=125000 руб/кг.

З_м1= 18010^-3360000=64800 руб;

З_м2= 10010^-3125000=12500 руб;

Затраты на заработную плату

, (17)

где основная заработная плата, руб.;

дополнительная заработная плата;

, (18)

где часовая тарифная ставка;

норма времени на окраску1 м² площади, час/м² [11]

Часовая тарифная ставка первого разряда , р/ч

, (19)

где t_м - среднее количество рабочих часов в месяце, ч;

? месячная тарифная ставка первого разряда, р; = 298000р. [1]

, (20)

где t_р - продолжительность полного рабочего дня, ч; t_р = 8 ч;

Д_р - число полных рабочих дней в календарном году, дней; Д_р = 253 дней;

Д_н - число неполных рабочих дней в календарном году, дней; Д_н = 2 дня;

t_н - продолжительность неполного рабочего дня, ч;t_н = 7 ч.

ч;

р/ч.

Часовая расчетная тарифная ставка Т_рi i-го разряда, р/ч

Т_рi = Т_1чk_ik_тk_k, (21)

где k_i - тарифный коэффициент i-го разряда;

Для среднего разряда k₄ = 1, 57 [5];

k_т - коэффициент повышения тарифных ставок (окладов) рабочих по технологическим видам работ, производствам, видам экономической деятельности и отраслям; для городского электрического транспорта,

k_т=1, 1, [7].

k_к- корректирующий коэффициент повышения среднего разряда, для разряда 4 k_k= 2, 321, [7].

Т_р4= 1763 • 1, 57 · 1, 1 • 2, 321 = 7066 р/ч;

Часовая тарифная ставка Т_i, р/ч, i-го разряда

Т_i= k_кТ_рi, (22)

где k_к- коэффициент доплаты по контракту; k_к=1, 5 [7].

Т₄ = 1, 5 · 7066 = 10599 р/ч;

= 105990, 36=3815 руб.;

= 105990, 42=4451 руб.

С учетом дополнительной заработной платы

З_з1= 38151, 3=4959, 5 руб.;

З_з2= 44511, 3=5786 руб.

Процент отчисления на социальные нужды составляет 35 % от основной и дополнительной заработной платы

О_с.н.1=4959, 50, 35=1735, 8 руб.;

О_с.н.2=57860, 35=2025, 1 руб.

Затраты на энергоресурсы

, (23)

где Р_эн расход электроэнергии, кВт/час, данные взяты из тех паспорта сушильных камеры ( при 60 ? и 180?) ;

Ц_эн цена электроэнергии.

При окраске жидкими ЛКМ: Рэн =1, 6 кВт/час.

При окраске порошковыми материалами: Рэн =2, 1 кВт/час

З_эн1= 1, 62519, 7=4031, 5 руб.;

З_эн2= 2, 12519, 7=5291, 37 руб.

Затраты на содержание зданий и сооружений

, (24)

где S_пл. площадь участка, м²;

С_с цена содержания 1м² площади, р.(значения взяты из средней стоимости оборудования на 1 м²)

Для участка жидкими ЛКМ: S_пл=40 м²;

Для участка порошковыми материалами: S_пл=40 м².

З_зд.1=129600040=51840000 р.,

Ззд.2=43200040=17280000 р.

Расчет годового выпуска продукции:

N = n • n_дет • S_дет

N = 130 • 150 • 0, 08 = 1560 м²

Затраты на одно изделие

, (25)

р.;

р.

Имеем:

С₁= 64800+4959, 5+1735, 8+2240+33230=106965 руб;

С₂= 12500+5786+2025, 1+2940+11076=34327 руб;

руб.

Экономический эффект от внедрения новой технологии составил:

руб.

Таблица 18 - Результаты внедрения порошковой окраски

Показатели	Жидкие лакокрасочные покрытия	Порошковые полимерные покрытия
Затраты на внедрение, р.	-	55000000
Затраты на материалы, р.	64800	12500
Затраты на заработную плату, р.	4959	5291
Затраты на содержание зданий и сооружений	51840000	17280000
Затраты на энергоресурсы, р.	4031	5291
Себестоимость 1 м2 покрытия, р.	34327	106965
Годовой экономический эффект, р.	-	271932960
Срок эксплуатации покрытия, мес.	60	120

Исходя из расчетов, можно сделать вывод о том, что применение полимерных порошковых красок при окраске деталей транспортных средств является целесообразным и экономически эффективным действием. Это связано с разницей в ценах самих красок. Главное то, что по сравнению с жидкими лакокрасочными материалами, экономический эффект для порошкового материала является довольно значительным (сокращение производственных площадей, снижение затрат на содержание зданий и сооружений, снижение затрат на получение единицы продукции). Это видно по результатам вычислений (таблица 18). Поэтому, считается целесообразным применять полимерные порошковые краски для нанесения на детали транспортных средств.



6 Требования охраны труда при проведении окрасочных работ

При выполнении работ по нанесению покрытий необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и мероприятия по охране труда.

Преобладающее число полимеров (полиэтилен, поливинилбутираль, полиамиды, фторопласты и др.), применяемых для получения покрытий, в целом безвредны и неопасны для здоровья. Токсичность может быть вызвана веществами, присутствующими в полимерных композициях: пигментами, пластификаторами, стабилизаторами и другими компонентами и особенно парами и продуктами разложения этих веществ и полимеров. В санитарном и пожарном отношениях небезопасной является и пыль полимеров и композиций, находящаяся в состоянии аэрозолей.

Нельзя не учитывать и возможность поражения током, особенно при работе на установках, связанных с высоким напряжением.

Таким образом, наиболее опасными участками при производстве покрытий являются: участок нанесения порошков, где порошок находится в состоянии аэродисперсии и возможно запыление им воздуха, и зона сплавления, где вследствие воздействия высоких температур возможно образование летучих продуктов разложения полимеров и паров сопутствующих им низкомолекулярных веществ.

Различные полимеры при разложении образуют не одинаковые по вредности низкомолекулярные вещества. Например, по данным Научно-исследовательского института гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, в продуктах разложения пентапласта, проводимого при 180° С, обнаруживается фосген, а при 200-- 220° С--окись углерода, хлорангидриды кислот, фосген, формальдегид, хлористый водород. Предельно допустимая концентрация этих летучих веществ в воздухе низка и составляет: для фосгена 0, 5, окиси углерода 20, формальдегида 1, 0, хлористого водорода 5 мг/м³. Как показали опыты на животных, при комбинированном воздействии продуктов термического распада токсичность возрастает.

Сополимеры этилена с пропиленом при 240° С способны выделять альдегиды, окись углерода. Разложение с образованием альдегидов и кислот начинается уже при 150° С, а окись углерода появляется при 180--200° С.

При нагревании эпоксидных композиций в воздух поступают хлорорганические вещества, содержащие эпоксигруппы. Пары обладают выраженным раздражающим действием на слизистые оболочки глаз, носа, а также на кожные покровы. Предельно допустимая концентрация летучих веществ в пересчете на эпихлоргидрин равна 5 мг/м³.

Поливинилхлорид при температуре выше 150° С выделяет хло- ристый водород, хлорорганические соединения и окись углерода. Эти вещества раздражают слизистые оболочки глаз и носа. Одно временно при получении поливинилхлоридных покрытий в воздух испаряется значительное количество пластификаторов и продуктов их термоокислительного распада. Предельно допустимая концентрация наиболее употребительного пластификатора--дибутилфталата в рабочих помещениях не превышает 1 мг/м³.

При сплавлении полиэтиленовых покрытий при температуре 250° С и выше выделяются непредельные углеводороды, органические кислоты, кроме того, в воздухе обнаруживаются следы ацетона и спиртов.

При деструкции полиамидов возможно образование капролактама и альдегидов, пары которых при длительном вдыхании вызывают головную боль, плохой сон и другие явления со стороны нервной системы; возможно также заболевание кожи. В рабочей зоне концентрация альдегидов не должна превышать 0, 5 мг/м³, а капролактама--10 мг/м³.

Наибольшее распространение в производстве покрытий получил поливинилбутираль, поэтому остановимся несколько подробнее на токсикологии этого полимера. Как уже указывалось, при воздействии температуры выше 160° С и при свободном доступе воздуха поливинилбутираль подвергается термоокислительному распаду с образованием масляного альдегида, масляной кислоты, окиси углерода, непредельных углеводородов и, возможно, гидроперекисей. Их содержание в воздухе находится в прямой зависимости от

температуры нагрева изделии и резко возрастает, если температура превышает 200° С. Продукты термоокислительной деструкции поливинилбутираля обладают раздражающим действием на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, а в больших концентрациях они способны вызывать нарушение дыхания и наркоз. Предельно допустимая концентрация вредных продуктов окислительного распада поливинилбутираля составляет: для масляного альдегида 5, масляной кислоты 10 и непредельных углеводородов 300 мг/м³.

Неблагоприятное действие на организм работающего оказывает и пыль полимеров и композиций. По данным Института гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, пыль всех полимеров, в том числе и сравнительно безвредных, попадая в органы дыхания в больших количествах, способна вызывать заболевания, в частности бронхит и пневмонию. Пыль полиэтилена при попадании в легкие в сравнительно больших количествах приводит к развитию склероза, эмфиземы, очагов пневмонии и т. д. Поэтому борьба с запыленностью является важным элементом профилактики заболеваний.

Поступление в рабочую зону пыли порошка связано главным образом с неудовлетворительной работой ванн для напыления и распылительной аппаратуры. Пыль возникает также в процессе удаления избыточного порошка с изделий при их обдувке сжатым воздухом и при ручном встряхивании. Запыленные помещения опасны не только в санитарно-гигиеническом отношении, но и в пожарном, так как пыль полимеров с воздухом образует взрывоопасные смеси. Предельно допустимые концентрации пыли разных полимеров не одинаковы и составляют от 15 до 75 г/м³.

Образование вредностей из химических соединении и пыли во многом связано с плохой организацией работы на участках и несовершенством применяемого оборудования. Обследования работы установок по получению покрытий из поливинилбутиральных порошков во взвешенном слое, показали, что наибольшие загрязнения воздуха обнаруживаются на установках с ручным обслуживанием.

Наиболее совершенным способом получения покрытий с гигиенической

точки зрения является механизированное напыление в электростатическом поле. Этот способ лишен многих недостатков, которые присущи напылению с предварительным нагревом. В частности, при его использовании исключается образование продуктов термоокислительной деструкции полимеров в момент нанесения порошка, так как полимеры наносятся на холодные изделия, при этом пульт управления вынесен за пределы камеры. Отсутствие печи предварительного нагрева положительно сказывается на микроклимате помещения, а единственная печь для сплавления снабжена вытяжным зонтом. Также к минимуму сводится выделение продуктов термоокислительного распада полимеров при выходе изделий из печи, так как изделия охлаждаются в ванне с водой.

Из приведенных данных видно, что производство покрытий из полимерных порошков не лишено профвредностей, хотя они значительно меньше, чем при получении покрытий из жидких красок, компаундов и т. д. Тем не менее для сохранения здоровья работающих в цехах необходимо предусматривать и выполнять необходимые санитарно-гигиенические и противопожарные мероприятия [11].

6.1 Общие требования охраны труда

Правила по охране труда при выполнении окрасочных работ устанавливают единый порядок организации и проведения окрасочных работ с целью обеспечения безопасности работников, выполняющих эти работы, и лиц, находящихся в зоне производства этих работ.

Требования, являются обязательными для всех находящихся на территории Республики Беларусь нанимателей независимо от нанимателей независимо от организационно-правовых форм.