Оборудование и технологический процесс ультрафиолетового отверждения

В качестве источника ультрафиолетового излучения используют газоразрядные лампы. Вместе с блоком включения, обеспечивающим их зажигание и нормальный режим работы, они образуют пускорегулирующий аппарат (ПРА).

Для фотохимического отверждения полиэфирных лаков применяют ртутные лампы низкого (люминесцентные) и высокого (ртутно-кварцевые) давления. Коэффициент полезного действия люминесцентных ламп не превышает 20 %, при работе они нагреваются до 35…45 °С, вследствие чего их называют холодными излучателями. Оптимальная температура их эксплуатации 15…25°С. Для отверждения полиэфир­ных покрытий эффективно применение ламп, испускающих поток световой энергии с длиной волн в диапазоне 310…380 нм. Обычно лампы низкого давления применяют для желатинизации лакокрасочных покрытий.

Лампы высокого давления обеспечивают интенсивность облучения в диапазоне длины волн 310… 380 нм в 20 раз большую, чем люминис-центные лампы. Трубки этих ламп изготовлены из тугоплавкого проз­рачного кварцевого стекла. При работе этих ламп температура окружаю­щей среды должна быть в пределах 400 °С, при низких температурах они работают как лампы низкого давления.

По данным фирмы "Штольлак", 70 % излучения ртутных ламп состав­ляют инфракрасные лучи, оказывающие неблагоприятное воздействие на технологическую установку и окружающую среду, 30 % составляют ультрафиолетовые лучи, лишь 8 % общего излучения вызывает срабаты­вание фотоинициаторов в лаке. Эти 8 % представляют собой ультра­фиолетовое излучение в диапазоне длины волн 315…380 нм. Из этого следует, что в случае использования обычных, даже самых мощных УФ-излучателей лишь небольшая доля генерируемой энергии, поглощает­ся молекулами отверждаемого материала. Поэтому интенсифицировать процесс фотохимического отверждения с применением обычных ртут­ных ламп не представляется возможным из-за сильного нагрева покры­тий и поверхности деталей.

При использовании УФ-облучения для отверждения лакокрасочных покрытий с применением в качестве основы лаков ПЭ-246 и ПЭ-265 лучшие результаты получаются при применении люминесцентных ламп на всех стадиях формирования покрытия, так как при этом не происхо­дит сильный нагрев покрытия. При использовании ртутно-кварцевых ламп высокого давления необходимы фильтры, поглощающие излучае­мые инфракрасные лучи.

В настоящее время в СССР и за рубежом выпускается большой ас­сортимент ртутных ламп. Как отмечалось, для фотохимического отверж­дения полиэфирных покрытий пригодны лампы, максимум светового потока излучения которых находится в диапазоне длин волн 310…380 км. Из отечественных ламп низкого давления наиболее эффективны­ми являются лампы ЛУФ (ГОСТ 6825-74), максимум излучения кото­рых лежит в диапазоне длин волн 340 . . . 380 нм, т.е. в области погло­щения полиэфирными материалами.

Из отечественных ртутно-кварцевых ламп высокого давления для фотохимического отверждения лакокрасочных покрытий пригодны лампы ДРТ (ДРТ-1000, ДРТ-2500, ДРТ-4000-04). ВПО "Светотехника" выпускает лампы ДРТ-12000, которые пригодны для замены импортных ламп НОК-14 в линиях "Дюрр" (ФРГ).

Эффективное время работоспособности ламп не зависит от износа электродов и механической прочности кварцевой трубки, а опреде­ляется исключительно потерями ртути. Пары ртути при нагревании лам­пы перемещаются на поверхность и внутрь кварца лампы. Чем выше нагрев, тем быстрее уменьшается количество ртути в трубке. Если ртутно-кварцевая лампа постоянно работает при высоких температурах, то работоспособность ее уменьшается гораздо быстрее, чем при работе в нижнем пределе оптимального диапазона температур. Оптимальный диапазон температур 500 . . . 600°С; более высокий нагрев должен предотвращаться путем охлаждения.

По данным фирмы "Штольлак", люминесцентные лампы через 2000 ч работы могут терять до 35 % первоначальной мощности. Мощность ртутно-кварцевых ламп после 1000 ч работы независимо от рабочей температуры падает в среднем на 10 %. При правильно организованном режиме охлаждения работоспособность ртутно-кварцевых ламп состав­ляет не менее 3000 ч.

Отверждение лакокрасочных покрытий под действием ультрафиоле­тового излучения проводится в специальных сушильных камерах, осна­щенных ультрафиолетовыми излучателями. В камерах предусмотрена вентиляционная система, которая служит для охлаждения облучателей и удаления из рабочей зоны паров растворителей и озона, образующихся при работе облучателей.

В зависимости от требований технологического режима в конструк­циях камер предусмотрены отдельные зоны, особенно необходимые при отверждении парафинсодержащих полиэфирных лакокрасочных материалов: зона предварительной выдержки для удаления воздуха из покрытия и образования поверхностной парафиновой пленки; зона предварительной желатинизации с ртутными лампами низкого давления; зона отверждения покрытия с ртутно-кварцевыми лампами высокого давления; зона охлаждения покрытий с интенсивным обдувом холод­ным воздухом.

Сушильные камеры ультрафиолетового облучения имеют большую производительность, обусловленную высокой скоростью отверждения покрытий, что делает возможными высокие скорости подачи деталей — не менее 5…10 м/мин, в зависимости от способа нанесения лакокра­сочных материалов (вальцового или наливом). Они занимают значи­тельно меньшую площадь, чем камеры температурного нагрева (конвек­ционные и ИК-сушки). Камеры УФ-отверждения лакокрасочных пок­рытий различной производительности выпускают многие зарубежные фирмы: "Тромаг", "Шредер", "Хильдебранд", "Дюрр" и др. (ФРГ), "Чефли" (Италия) и т.д.

Камеры фотохимического отверждения по способу 1ST аналогичны камерам обычного УФ-облученйя, Но имеют меньшую рабочую зону, так как отверждение протекает быстрее. Кроме того, нагрев покрытия практически не происходит, поэтому не нужна зона охлаждения. Образующиеся покрытия не требуют облагораживания.

Отечественные сушильные камеры с использованием ультрафиоле­тового излучения МИЛ-2 серийно выпускаются Костромским ЗДС. Камера предназначена для ультрафиолетовой сушки низко- и высоко­вязких грунтовок и тонкослойных лаковых покрытий, нанесенных на поверхность мебельных щитов.

В состав излучателей входят ртутно-кварцевые лампы высокого давления и специальные отражатели, обеспечивающие направленность излучения. С помощью электрических приборов контролируют силу тока в лампах УФ-излучения, температуру на излучателях, длительность работы ламп, давление в системе вентиляции. Камера разделена на два блока: в первом по ходу конвейера — один излучатель, во втором — два.

Техническая характеристика камеры МИЛ-1.

1	2
Размеры обрабатываемых деталей, мм, не более:
ширина	1300
толщина	60
Число установленных излучателей	3
Скоростыюдачи, м/мин	3…18
	продолжение
1	2
Напряжение питания, В	380
Частота тока, Гц	50
Потребляемая мощность, кВт	36,2
Расход воздуха, м3/ч:
в приточной вентиляции	1800
в вытяжной вентиляции	2000
Габаритные размеры, мм:
длина	4090
ширина	2210
высота	1500
Масса, кг	1000

Серийный выпуск пускорегулирующей аппаратуры ГК 6000Н26-001М, облучателей РВП02-12000-001УХЛ4 организован СПО "Светотехника".

Процесс отделки мебельных деталей лакокрасочными материалами УФ-отверждения в настоящее время полностью механизирован и произ­водится на линиях, укомплектованных специальным оборудованием. Такие линии выпускаются многими зарубежными странами. На мебель­ных предприятиях Минлеспрома СССР в настоящее время работают модернизированные линии фирмы "Лигнакон", "Хильдебранд" и "Дюрр". На этих линиях получают глянцевые закрытопористые покрытия с пос­ледующим облагораживанием и не требующие облагораживания, а также матовые тонкослойные покрытия.

На рис. 30 приведена схема линии фирмы "Дюрр". Для нанесения вы­соковязких и ниэковязких грунтов применяются вальцовые лаконано-сящие станки. Линия оснащена шлифовальными станками проходного типа, двухголовочной (щелевой) двухскоростной лаконаливной маши­ной и тремя камерами УФ-сушки. В состав линии входят загрузочное и разгрузочное устройство и кантователь.

ВНПОмебельпромом спроектированы и изготовлены с использованием серийного оборудования линии Л01 и Л02 для отделки мебельных щи­тов лакокрасочными материалами УФ-сушки.

Отечественные линии с применением УФ-сушки оснащаются серийно выпускаемыми камерами ультрафиолетовой сушки МИЛ-2, пускорегулирующей аппаратурой ГК6000Н26-001М, облучателями РВПО2-12000-001УХЛ4 и лампами ДРТ-12000. Эти линии комплектуются вальцовыми лаконаносящими станками для тонкослойной отделки и шлифовальны­ми станками проходного типа для тонкого шлифования лакокрасочных покрытий.

Процесс отделки мебельных щитов лакокрасочными материалами в общем виде состоит из последовательных операций подготовки отде­лываемой поверхности, нанесения и ускоренного отверждения лаковых покрытий. Подготовка поверхности к лакированию включает нанесение вальцовым методом высоковязких и низковязких грунтовок УФ-от­верждения и их шлифование.

Технологический режим лакирования модифицированными парафин-содержащими лаками (ПЭ-246, ПЭ-265) с последующим облагоражива­нием на модернизированной линии фирмы "Лигнокон" приведен ниже.

Температура рабочих составов лака, С	20 ... 23
Вязкость состава по ВЗ-4,
для первой головки	30 ... 40
для второй головки	18 ... 22
Расход рабочего состава лака, г/м2
из Первой головки	320 ± 10
из второй головки	85 ± 5
Длительность выдержки для испарения растворителей, с	90 ... 100
Скорость конвейера в зоне выдержки, м/мин	4 ... 5
Температура, С:
в зоне выдержки	30 ... 40
в зоне желатинизации	55 ... 60
Степень желатинизации лака перед УФ-сушкой	полная
Число ламп в камере УФ-сушки	6
Скорость конвейера в камере УФ-сушки, м/мин	6 ... 7
Сила тока в камере УФ-сушки, А	6,2

Технологический процесс отделки глянцевым ПЭ-лаком без после­дующего облагораживания внедрен та головном предприятии ПМО "Москва" на линии фирмы "Дюрр". Он включает: удаление пыли с по­верхности деталей, крашение грунтовкой НЦ-0140 вязкостью 12 ... 13 с по ВЗ-4; нанесение высоковязкого грунта в количестве 25 ... 30 г/м²; сушку при температуре 80 ... 85 °С в течение 1 мин; сушку под двумя лампами УФ-излучения в течение 3,8 мин; нанесение низковязкого грунта 50 ... 70 с по ВЗ-8 в количестве 60 ... 70 г/м²; сушку под дву­мя лампами УФ-излучения в течение 5,7 с; удаление пыли; первое нане­сение лака вязкостью 50 ... 68 с по ВЗ-4 в количестве 190 г/м²; выдерж­ку в зоне для испарения растворителей при температуре 40…60°С в течение 1,5 мин; сушку под пятью лампами УФ-излучения в течение 9,5 мин; шлифование лаковой пленки шкуркой № М63 на бумажной основе; удаление ныли; второе нанесение лака вязкостью 50 ... 68 по ВЗ-4 в количестве 190 г/см²; выдержку в зоне для испарения растворителей при температуре 40 ... 60 °С в течение 1,5 мин; сушку под шестью лампами УФ-излучения в течение 11,4 мин.

Технологический процесс матовой открытопористой отделки внед­ренный на головном предприятии ПМО "Москва" на линии фирмы "Дюрр" включает следующие операции: удаление пыли; крашение грунтовкой- НЦ-0140 вязкостью 12 ... 13 с по ВЗ-4; сушку при темпе­ратуре 80 . : . 85 °С в течение 1 мин; нанесение высоковязкого грунта в количестве 25. ... 30 г/м²; сушку под двумя лампами УФ-излучения в течение 3,8 с; нанесение низковязкого грунта вязкостью 7 ... 10 с по ВЗ-8 в количестве 20 ... 25 г/м²; сушку под тремя лампами УФ-из­лучения в течение 5,7 с; шлифование шкурками № 4 и 5 на бумажной основе; нанесение лака 53018-7/0000 вязкостью 30…35 с по ВЗ-4 в количестве 130 г/м²; выдержку в зоне испарения при температуре 40 ... 60 °С в течение 1,5 мин, сушку под четырьмя или пятью лампа­ми УФ-излучения в течение 7,8 ... 8,7 с.

При отделке щитовых деталей мебели лакокрасочными материалами УФ-отверждения с последующим облагораживанием расход лакокрасоч­ных материалов снижается примерно на 20 %. Применение УФ-отвержде­ния для получения глянцевых покрытий с финиш-эффектом дает экономию в среднем 10 ... 15 % по сравнению с отделкой лаками ПЭ-246 и ПЭ-265. При получении матовых полиэфирных покрытий УФ-отверж­дения экономия лакокрасочных материалов составляет примерно 75 %.